Курс "Компьютерные технологии в науке и образовании" предназначен для студентов магистратуры направления 020100,68 Химия. По окончании курса должны сформироваться навыки владения современными методами поиска и обработки научной информации с помощью специализированных программных средств и ресурсов Internet, а также использования компьютерных технологий в педагогическом процессе.
Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) - система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило - различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.
По размеру охваченной территории сети делятся на следующие:
a) Персональная сеть (англ. Personal Area Network, PAN) - это сеть, построенная «вокруг» человека. Данные сети призваны объединять все персональные электронные устройства пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки, гарнитуры и.т.п.). К стандартам таких сетей в настоящее время относят Bluetooth, (Zigbee, Пиконет).
b) Локальная вычислительная сеть (ЛВС, локальная сеть, сленг. локалка; англ. Local Area Network, LAN) - компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.
c) Городская вычислительная сеть (Metropolitan area network, MAN) (от англ. «сеть крупного города») - объединяет компьютеры в пределах города, представляет собой сеть по размерам меньшую чем WAN, но большую, чем LAN.
d) Глобальная вычислительная сеть , ГВС (англ. Wide Area Network, WAN) представляет собой компьютерную сеть, охватывающую большие территории и включающую в себя десятки и сотни тысяч компьютеров.
Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.
Различают физическую и логическую топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая топология - это геометрия построения сети, а логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных.
В настоящее время в локальных сетях используются следующие физические топологии:
Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.
Рисунок 1 – Сетевая топология типа «шина»
Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).
Преимущества сетей шинной топологии:
Недостатки сетей шинной топологии:
В сети построенной по топологии типа “звезда” каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом.
Рисунок 2 – Сетевая топология типа «звезда»
Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т.е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.
Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.
Преимущества сетей топологии звезда:
Недостатки сетей топологии звезда:
В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.
Рисунок 3 – Сетевая топология типа «кольцо»
Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо.
Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.
Как правило, в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.
Эта топология основана на топологии "физическое кольцо с подключением типа звезда". В данной топологии все рабочие станции подключаются к центральному концентратору (Token Ring) как в топологии физическая звезда. Центральный концентратор - это интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает последовательное соединение выхода одной станции со входом другой станции.
Другими словами с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими станциями (предыдущей и последующей станциями). Таким образом, рабочие станции связаны петлей кабеля, по которой пакеты данных передаются от одной станции к другой и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты. В каждой рабочей станции имеется для этого приемо-передающее устройство, которое позволяет управлять прохождением данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии “звезда”.
Концентратор создаёт первичное (основное) и резервное кольца. Если в основном кольце произойдёт обрыв, то его можно обойти, воспользовавшись резервным кольцом, так как используется четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не вличет за собой отказ сети как в топологии кольцо, потому что концентратор отключет неисправную станцию и замкнет кольцо передачи данных.
Рисунок 4 – Сетевая топология «Token Ring»
В архитектуре Token Ring маркер передаётся от узла к узлу по логическому кольцу, созданному центральным концентратором. Такая маркерная передача осуществляется в фиксированном направлении (направление движения маркера и пакетов данных представлено на рисунке стрелками синего цвета). Станция, обладающая маркером, может отправить данные другой станции.
Для передачи данных рабочие станции должны сначала дождаться прихода свободного маркера. В маркере содержится адрес станции, пославшей этот маркер, а также адрес той станции, которой он предназначается. После этого отправитель передает маркер следующей в сети станции для того, чтобы и та могла отправить свои данные.
Один из узлов сети (обычно для этого используется файл-сервер) создаёт маркер, который отправляется в кольцо сети. Такой узел выступает в качестве активного монитора, который следит за тем, чтобы маркер не был утерян или разрушен.
Преимущества сетей топологии Token Ring:
Недостатки сетей топологии Token Ring: большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи.
Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0.5 дюйма. В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие использовать различные среды передачи данных в качестве общей шины. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды.
Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных:
10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый "толстым" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).
10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый "тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).
10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.
10Base-F - оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB.
Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов - 10 Мб/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от стандартов, использующих несколько несущих частот, которые называются broadband - широкополосными).
Начнем с того, что протокол - это просто установленный "язык" общения программ. Вообще, что такое пересылка данных? По кабелю отправляется последовательность "битов" - нулей или единиц. Но почему этот поток доходит до целевого компьютера и что тот собирается с этим потоком делать? Естественно, должны существовать некоторые правила формирования данных, и эти правила описываются стандартными протоколами.
Про протоколы также обычно говорят, что имеются уровни вложенности сетевых протоколов. Что это означает? Во-первых, есть так называемый физический уровень. Это - просто список определений, каким должен быть сетевой кабель, толщину жил и так далее. Допустим, теперь, кабель исправен. Тогда по нему могут отправляться пакеты с данными. Но какой компьютер примет пакет? Здесь задействуется так называемый канальный уровень - в заголовке пакета указывается физический адрес компьютера - некоторое число, зашитое в сетевой карте (не IP-адрес, а MAC-адрес).
Рисунок 1 – Структура пакета
Канальный уровень = уровень Ethernet. Как вы видите, пакет содержит некоторый параметр Ethertype, задающий тип пакета. Сами данные зависят от этого типа, и их содержание уже находится на сетевом уровне. Наиболее распространены два протокола: ARP, отвечающий за преобразование IP-адресов в MAC-адреса; и самый существенный протокол - IP. Приведем структуру пакета IP (детализация поля "Data" предудущего рисунка)
Рисунок 2 – Детализация пакета «Data»
Все данные, переносимые по IP уже пересылаются на конкретный IP-адрес (это не мешает посылать широковещательных запросы всем компьютерам локальной сети - просто указывается специальный IP-адрес, например, 192.168.255.255). У протокола IP тоже есть разновидности - в пакете в установленном формате передается число, обозначающее тип протокола. Например, одним из типов протоколов, подчиненных IP, является ICMP, используемый командой ping для проверки, откликается ли компьютер.
Но наиболее распространены два следующих типа: TCP - Transmission Control Protocol и UDP - universal datagram protocol (кстати, мы уже поднялись на транспортный уровень). Отличие же между этими протоколами таково: про протокол TCP говорят, что он "надежный", то есть в процессе обмена данными производится постоянная проверка: а дошел ли пакет до цели? А протокол UDP не предусматривает никакого контроля - отправили дейтаграмму и забыли. Когда такое нужно? Очень просто, например, при прослушивании интернет-радио. Если был сбой и пакет до вас вовремя не дошел, он уже не нужен - просто проскользнули помехи - и вы слушаете дальше. Приведем структуру TCP-пакета (детализация поля "данные" с предыдущего рисунка).
Рисунок 3 – Детализация поля «Данные»
Как мы видим, в пакете указывается номер порта, на который отправлен пакет. Обычно номер порта определяет тип протокола на прикладном уровне - какому именно приложению отправлены эти данные. Однако ничего не запрещает использовать нестандартные порты для своих сервисов - просто менее удобно будет пользователям. Наиболее известные протоколы - http (просмотр страниц в интернете), pop3 (получение почты). Чтобы не повторяться, отошлю к списку стандартных портов. Сами данные, получаемые приложением вкладываются в TCP-пакет (поле "данные").
Таким образом, мы получили своеобразную иерархию вложенности пакетов. В Ethernet-пакет вложен IP-пакет, в него TPC или UDP-пакет, а в него - данные, предназначенные конкретному приложению.
Плодотворное развитие педагогической науки может происходить только при условии творческого переосмысления накопленного ею теоретического и практического опыта, т.е. в процессе исследовательской деятельности. Известно, что исследования опираются, прежде всего, на конкретные факты, которые можно получить только в ходе проведения экспериментов. Современной тенденцией в сфере исследований является повышение качества и количества анализа поступающей в ходе исследования информации.
Стремительно развивающийся процесс информатизации всех сфер жизни общества делает возможным поднять на новый уровень организацию и качество исследовательской работы.
Можно условно выделить пять этапов конструирования логики исследования.
Первый этап - накопление знаний и фактов:
- выбор проблемы и темы исследования,
Обоснование её актуальности, уровня разработанности;
Ознакомление с теорией и историей вопроса и изучение научных достижений в данной и смежных областях;
Изучение практического опыта учебных заведений и лучших педагогов;
Определение объекта, предмета, цели и задач исследования.
Для проведения обзора состояния рассматриваемой проблемы молодой ученый обычно шел в библиотеку и там проводил поиск литературы по интересующему вопросу. Зачастую найти статьи (а тем более, материалы конференций) по требуемой тематике в фондах крупных библиотек работа не простая, трудоемкая и не всегда дающая желаемый результат.
Изучение имеющейся литературы даёт возможность узнать, какие стороны проблемы уже достаточно изучены, по каким ведутся научные дискуссии, что устарело, а какие вопросы ещё не исследованы. На данном этапе мы видим несколько возможностей использования информационных технологий:
1. для поиска литературы :
а) в электронном каталоге реальной библиотеки ВУЗа, а также заказ литературы через внутреннюю сеть библиотек;
б) в Internet с применением браузеров типа Internet Explorer, Mozilla Firefox и др., различных поисковых машин (Yandex.ru, Rambler.ru, Mail.ru, Aport.ru, Google.ru, Metabot.ru, Search.com, Yahoo.com, Lycos.com и т.д.).
На сегодняшний день через Internet из русскоязычных ресурсов доступны электронные версии многих российских газет и журналов, посвящённых вопросам воспитания и образования, базы рефератов, диссертаций, курсовых и дипломных работ, энциклопедии, электронные толковые словари, виртуальные учебники по некоторым предметам высшей школы для дневной и дистанционной формой обучения, информация о некоторых важных событиях и мероприятиях в сфере педагогической науки и образования. Интерес представляют собой электронные библиотеки, как например Российская Государственная Библиотека www.rsl.ru , Электронная Библиотека Института Философии РАН www.philosophy.ru/library , Научная Электронная Библиотека www.elibrary.ru , а также системы поиска книг в электронных библиотеках www.gpntb.ru , www.sigla.ru. Internet предоставляет также возможность для общения и обмена мнениями среди исследователей на форумах, как, например, на Молодёжном Научном Форуме www.mno.ru/forum .
2. для работы с литературой в ходе:
Составления библиографии - составления перечня источников, отобранных для работы в связи с исследуемой проблемой;
Реферирования - сжатого изложения основного содержания работы;
Конспектирования - ведения более детальных записей, основу которых составляют выделение главных идей и положений работы;
Аннотирования - краткой записи общего содержания книг или статей;
Цитирования - дословной записи выражений, фактических или цифровых данных, содержащихся в литературном источнике.
С помощью текстового редактора MS Word можно автоматизировать все вышеперечисленные операции.
3. для автоматического перевода текстов с помощью программ-переводчиков (PROMT XT) с использованием электронных словарей (Abby Lingvo 7.0.)
4. хранения и накопления информации .
Педагог-исследователь может хранить и обрабатывать большие массивы информации с помощью CD-, DVD – дисков, внешних накопителей на магнитных дисках, Flash-дисков
5. для планирования процесса исследования.
Система управления Microsoft Outlook позволяет хранить и вовремя предоставлять информацию о сроках проведения того или иного мероприятия, конференции, встречи или деловой переписки, имеющей отношение к исследованию.
6. общения с ведущими специалистами.
Желательно списаться с ведущими специалистами в интересующей области, узнать об их новых достижениях. Для этого необходимо ознакомиться с их публикациями, знать место работы и адрес для переписки. Используемые на данном этапе информационные технологии: глобальная сеть Интернет, электронная почта, поисковые системы Интернет.
Второй этап - стадия теоретического осмысливания фактов:
Выбор методологии - исходной концепции, опорных теоретических идей, положений;
Построение гипотезы исследования;
Выбор методов исследования и разработка методики исследования.
Третий этап - опытно-экспериментальная работа:
Построение гипотезы исследования – теоретической конструкции, истинность которой предстоит доказать;
Организация и проведение констатирующего эксперимента;
Организация и проведение уточняющего эксперимента;
Проверка гипотезы исследования;
Организация и проведение формирующего (контрольного) эксперимента;
Окончательная проверка гипотезы исследования;
Формулировка выводов исследования.
Информационные технологии применяются на данном этапе исследовательской работы для фиксации информации о предмете и для обработки полученной информации.
Фиксация данных исследования на его экспериментальной стадии осуществляется как правило в форме рабочего дневника исследователя, протоколов наблюдений, фотографий, кино- и видеодокументов. Благодаря развитию мультимедийных технологий компьютер может осуществлять сегодня сбор и хранение не только текстовой, но и графической и звуковой информации об исследованиях. Для этого применяются цифровые фото- и видеокамеры, микрофоны, а также соответствующие программные средства для обработки и воспроизведения графики и звука:
Универсальный проигрыватель (Microsoft Media Player);
Аудиопроигрыватели (WinAmp, Apollo);
Видеопроигрыватели (WinDVD, zplayer);
Программы для просмотра изображений (ACD See, PhotoShop, CorelDraw,);
Программа для создания схем, чертежей, графиков (Visio) и др.
Для обработки количественных данных полученных в ходе эксперимента часто применяются математические методы исследования с использованием статистических пакетов прикладных программ.
Необходимо также отметить возможность использования для обработки данных табличного редактора Microsoft Excel. Данный редактор позволяет заносить данные исследования в электронные таблицы, создавать формулы, сортировать, фильтровать, группировать данные, проводить быстрые вычисления на листе таблицы, используя «Мастер функций». С табличными данными также можно проводить статистические операции, если к Microsoft Excel подключён пакет анализа данных.
Табличный редактор Microsoft Excel с помощью встроенного мастера диаграмм также даёт возможность построить на основании результатов обработки данных различные графики и гистограммы, которые можно впоследствии использовать на других этапах исследования.
Таким образом, на этапе сбора и обработки данных исследования компьютер сегодня можно считать незаменимым. Он в значительной мере облегчает работу исследователя по регистрации, сортировке, хранению и переработке больших объёмов информации, полученных в ходе эксперимента, наблюдения и других методов исследовательской работы. Это позволяет исследователю сэкономить время, избежать ошибок при расчётах и сделать объективные и достоверные выводы из экспериментальной части работе.
Четвертый этап - анализ и оформление результатов исследования:
Обоснование заключительных выводов и практических рекомендаций;
Научный доклад, статьи, учебно-методические пособия, монографии, книги;
Презентации по теме исследования.
На этапе оформления результатов исследования в виде диссертации, для подготовки научных докладов, статей, учебно-методических пособий, монографий, книг по теме исследования также активно должны быть использованы информационные технологии. При этом могут использоваться уже упоминавшиеся ранее текстовый редактор Microsoft Word и табличный редактор Microsoft Excel . Для обработки графических изображений и изготовления плакатов подойдут программы типа PhotoShop .
Пятый этап - пропаганда и внедрение результатов исследования:
Выступления на кафедрах, советах, семинарах, научно-практических конференциях, симпозиумах и т.д.;
Публикации в средствах массовой информации
Для выступления на кафедрах, советах, семинарах, научно-практических конференциях, симпозиумах информационные технологии можно применить в качестве средства презентации графической и текстовой информации, иллюстрирующей доклад. В этом случае можно использовать программу для создания презентаций и деловой графики Microsoft Power Point . С помощью программы Microsoft Publisher возможно подготовить и напечатать раздаточный и иллюстративный материал для участников конференции: брошюры, бюллетени, информационные листки и т.д.
Кроме того, сегодня существует возможность публиковать статьи и монографии в Internet с помощью пакетов Front Page , Flash MX , Dream Weaver для создания Web-страниц. Публикация в Internet является на сегодняшний день самым быстрым способом донести новейшую информацию о ходе и результатах исследования заинтересованным лицам.
Подводя итог, можно сказать, что организация и проведение ни одного современного исследования не может обойтись сегодня без применения информационных технологий. Очевидно, что в будущем, с расширением возможностей компьютера по переработке информации и разработкой искусственного интеллекта, а также нового программного обеспечения, компьютер станет не просто многофункциональным инструментом исследования, но и активным участником теоретической и экспериментальной работы. Возможно, он будет способен формализовать и описать явления, считавшиеся ранее недоступными для математической обработки и анализа; будет самостоятельно высказывать гипотезы, делать прогнозы и вносить предложения по ходу исследования.
Информационные технологии обучения - совокупность методов и технических средств сбора, организации, хранения, обработки, передачи, и представления информации, расширяющей знания людей и развивающих их возможности по управлению техническими и социальными процессами.
Е.И. Машбиц и Н.Ф. Талызина рассматривают информационную технологию обучения как некоторую совокупность обучающих программ различных типов: от простейших программ, обеспечивающих контроль знаний, до обучающих систем, базирующихся на искусственном интеллекте.
В.Ф.Шолохович предлагает определять ИТО с точки зрения ее содержания как отрасль дидактики, занимающуюся изучением планомерно и сознательно организованного процесса обучения и усвоения знаний, в которых находят применение средства информатизации образования.
Содержательный анализ приведенных определений показывает, что в настоящее время существует два явно выраженных подхода к определению ИТО. В первом из них предлагается рассматривать ее как дидактический процесс, организованный с использованием совокупности внедряемых (встраиваемых) в системы обучения принципиально новых средств и методов обработки данных (методов обучения), представляющих целенаправленное создание, передачу, хранение и отображение информационных продуктов (данных, знаний, идей) с наименьшими затратами и в соответствии с закономерностями познавательной деятельностями обучаемых. Во втором случае речь идет о создании определенной технической среды обучения в которой ключевое место занимают используемые информационные технологии.
Таким образом, в первом случае речь идет об информационных технологиях обучения (как процессе обучения), а во втором случае о применении информационных технологий в обучении (как использование информационных средств в обучении).
ИТО следует понимать как приложение ИТ для создания новых возможностей передачи и восприятия знаний, оценки качества обучения и всестороннего развития личности.
В научно-методической и популярной литературе часто встречается термин новые информационные технологии (НИТ). Это достаточно широкое понятие для различных практических приложений. Прилагательное "новое" в данном случае подчеркивает новаторский, то есть принципиально отличающийся от предшествующего направления технического развития. Их внедрение является новаторским актом в том смысле, что кардинально изменяет содержание различных видов деятельности в организациях, учебных заведениях, быту и т.д.
Используя современные обучающие средства и инструментальные среды, можно создать прекрасно оформленные программные продукты, не вносящие ничего нового в развитие теории обучения. В этом случае можно говорить только об автоматизации тех или иных сторон процесса обучения, о переносе информации с бумажных носителей в компьютерный вариант и т.д.
Говорить же о новой информационной технологии обучения можно только в том случае, если:
средством подготовки и передачи информации обучаемому выступает компьютерная и информационная техника.
Таблица 1
Информационные технологии применяемые в высшей школе России
|
Название ИТ |
Англоязычное название |
Сокращенное название |
|
|
Электронный учебник |
electronic textbook |
||
|
Мультисредовая система |
multimedia system |
||
|
Экспертная система |
|||
|
Система автоматизированного проектирования |
computer aided design |
||
|
Электронный библиотечный каталог |
electronic library |
||
|
Банк данных, база данных |
|||
|
Локальные и распределенные (глобальные) вычислительные системы |
Local and Wide area networks |
||
|
Электронная почта |
|||
|
Электронная доска объявлений |
|||
|
Система телеконференций |
|||
|
Автоматизированная система управления научными исследованиями |
Computer research system |
||
|
Автоматизированная система организационного управления |
Management information system |
||
|
Настольная электронная типография |
dest-top publishing |
Таким образом, сказанное, под информационной технологией обучения в профессиональной подготовке специалистов предлагается понимать систему общепедагогических, психологических, дидактических, методических процедур взаимодействия педагогов и обучаемых с учетом технических и человеческих ресурсов, направленную на проектирование и реализацию содержания, методов, форм и информационных средств обучения, адекватных целям образования, особенностям будущей деятельности и требованиям к профессионально важным качествам специалиста.
Средства ИКТ:
Аппаратные средства:
Программные средства :
Информационные технологии (ИТ) в образовании в настоящее время является необходимым условием перехода общества к информационной цивилизации. Современные технологии и телекоммуникации позволяют изменить характер организации учебно-воспитательного процесса, полностью погрузить обучаемого в информационно-образовательную среду, повысить качество образования, мотивировать процессы восприятия информации и получения знаний. Новые информационные технологии создают среду компьютерной и телекоммуникационной поддержки организации и управления в различных сферах деятельности, в том числе в образовании. Интеграция информационных технологий в образовательные программы осуществляется на всех уровнях: школьном, вузовском и послевузовском обучении.
Постоянное совершенствование учебно-воспитательного процесса вместе с развитием и перестройкой общества, с созданием единой системы непрерывного образования, является характерной чертой обучения в России. Осуществляемая в стране реформация школы направлена на то, чтобы привести содержание образования в соответствие с современным уровнем научного знания, повысить эффективность всей учебно-воспитательной работы и подготовить учащихся к деятельности в условиях перехода к информационному обществу. Поэтому информационные технологии становятся неотъемлемым компонентом содержания обучения, средством оптимизации и повышения эффективности учебного процесса, а также способствуют реализации многих принципов развивающего обучения.
Основными направлениями применения ИТ в учебном процессе являются:
1. разработка педагогических программных средств различного назначения;
2. разработка web-сайтов учебного назначения;
3.разработка методических и дидактических материалов;
4.осуществление управления реальными объектами (учебными ботами);
5.организация и проведение компьютерных экспериментов с виртуальными моделями;
6.осуществление целенаправленного поиска информации различных форм в глобальных и локальных сетях, её сбора, накопления, хранения, обработки и передачи;
7.обработка результатов эксперимента;
8.организация интеллектуального досуга учащихся.
Наиболее широко в данный момент используются интегрированные уроки с применением мультимедийных средств. Обучающие презентации становятся неотъемлемой частью обучения, но это лишь простейший пример применения ИТ.
В последнее время учителя создают и внедряют авторские педагогические программные средства, в которых отражается некоторая предметная область, в той или иной мере реализуется технология её изучения, обеспечиваются условия для осуществления различных видов учебной деятельности. Типология используемых в образовании педагогических программных средств весьма разнообразна: обучающие; тренажеры; диагностирующие; контролирующие; моделирующие; игровые.
В учебном процессе высшего учебного заведения изучение ИТ предусматривает решение задач нескольких уровней:
§ Использование информационных технологий как инструмента образования, познания, что осуществляется в курсе «Информатика»;
§ Информационные технологии в профессиональной деятельности, на что направлена общепрофессиональная дисциплина «Информационные технологии», рассматривающая их теорию, компоненты, методику;
§ Обучение прикладным информационным технологиям, ориентированным на специальность, предназначенным для организации и управления конкретной профессиональной деятельностью, что изучается в дисциплинах специализаций.
Например, дисциплина «Информационные технологии в профессиональной деятельности» входит в образовательную программу обучения студентов педагогических специальностей. Современный учитель начальных классов и педагог дополнительного обоазования должен уметь принимать обоснованные решения на основе информационных потоков, кроме традиционных знаний студент должен быть знаком с процессом обработки данных и владеть навыками построения информационных систем.
Методические материалы по данным дисциплинам многочисленно представлены в печати, в электронных вариантах, сопровождаются различными приложениями и прикладными программами. Разобраться в таком обилии предложенного материала самостоятельно достаточно сложно. Если взять, к примеру, только тот факт, сколько источников предложено в сети Интернет: список рекомендуемой литературы, интерактивные пособия и онлайн-учебники, рефераты и т.п. На запрос пользователя «Дисциплина «Информатика и в профессиональной деятельности» поисковая система Google.ru выдает около 400 тысяч ссылок.
Разобраться в сложившейся ситуации и помочь в освоении учебного материала может помочь только квалифицированный специалист-преподаватель: он не только организует самостоятельную работу студентов (рефераты, тестирование, контрольные и курсовые работы), но в условиях регламента времени на изучение дисциплины умеет выбрать наиболее важные аспекты для изучения. В настоящее время преподаватели, преследуя подобные цели, создают авторские педагогические программные средства, реализованные в мультимедийной и гипермедийной форме на CD и DVD-дисках, на сайтах в сети Интернет.
Послевузовское образование также ориентировано на внедрение ИТ: в учебные планы аспирантов и соискателей многих научных направлений включаются дисциплины, связанные с изучением и внедрением информационных технологий в научную и профессиональную деятельность. В Кемеровском педагогическом колледже студенты всех специальностей изучают дисциплину «Информационные технологии в науке и образовании» уже на первом и на втором курсе. Целью этого курса является освоение слушателями основных методов и средств применения современных информационных технологий в научно-исследовательской и образовательной деятельности, повышение уровня знаний начинающего ученого в области применения компьютерных технологий при проведении научного эксперимента, организация помощи студенту в его научном исследовании, в оформлении статей, тезисов, докладов. Повышение уровня компьютерной подготовки обучаемых, увеличение количества и расширение разновидностей авторских педагогических программных средств, использование новых информационных технологий в науке и образовании в целом, являются одним из основных направлений совершенствования среднего специального образования в нашей стране.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лаврушина, Е.Г., Моисеенко Е.В. Преподавание информатики в вузе. http://www.ict.nsc.ru
2. Деденёва, А.С., Аксюхин А.А. Информационные технологии в гуманитарном высшем профессиональном образовании // Педагогическая информатика. Научно-методический журнал ВАК. № 5. 2016. С. 8-16.
3. Деденёва, А.С., Аксюхин А.А. Мультимедиа технологии в условиях формирования образовательной среды вузов искусств и культуры // Историко-культурные связи России и Франции: основные этапы: сборник статей / Сост. И.А. Ивашова; гл. ред. Н.С. Мартынова. - Орёл: ОГИИК, ил., ООО ПФ «Оперативная полиграфия», 2017. С. 19-25.
Особую роль в современной науке играют новейшие информационные тех
нологии и компьютерная техника. Их влияние на науку - разнообразно.
Использование компьютерной техники приводит к:
возникновению новых методов исследования;
развитию средств и методов формализации и математизации науки;
возникновению новых научных направлений исследования;
изменению характера научного поиска.
В силу затруднений практического характера или невозможности проведения натурного эксперимента обычный эксперимент заменяется вычислительным экспериментом (например, экспериментальное исследование проблем ядерной энергетики, ряда проблем освоения космоса, эксперименты по управлению климатом, социальные эксперименты). В подобных случаях именно вычислительный эксперимент открывает широкие перспективы, поскольку он сравнительно дешев, легко управляем, в нем можно «создавать» условия, недостижимые в лабораториях. При этом «экспериментирование» проводится с математическими моделями, однако его методика имеет определенное сходство с методикой реального эксперимента.
Возникновение вычислительного эксперимента стало возможным, во-первых, благодаря появлению компьютеров, работающих в режиме диалога; во- вторых, усовершенствованию теории и практики программирования и разра- ботки теории численных методов и алгоритмов решения математических задач и, наконец, в-третьих, развитию и усовершенствованию методов построения математических моделей, использованию в этих целях языка не только классической, но и современной математики.
В вытчислительном эксперименте ЭВМ выступает не только и не столько как вычислительное средство наподобие арифмометра, а как весьма совершенный инструмент для знакового моделирования разнообразных процессов, допускающих формального и алгоритмического описания.
Структура вычислительного эксперимента
построение математической модели исследуемых процессов (описание их на языке математики);
нахождение приближенного численного метода решения задачи, сформулированной при построении математической модели. Т.е. выбор алгоритма ее решения (последовательности логических и математических операций, которые необходимо осуществить для получения результата). От специалиста требуется на этом этапе вычислительного эксперимента установить разумную степень точности результата, который должен быть получен с помощью ЭВМ;
программирование вычислительного алгоритма для ЭВМ;
расчет на ЭВМ;
анализ и интерпретация результатов, полученных в ходе исследования атематической модели, ее соответствие действительности, сопоставление с данными наблюдений и натурных экспериментов.
Использование вычислительных экспериментов позволило повысить точность описания. Теперь не требуется слишком упрощать модели изучаемых явлений и жертвовать точностью описания. Это позволяет избежать прямых ошибок, связанных с упрощенными моделями. Вычислительный эксперимент доказал свою эффективность в решении многих типов задач в гидро- и аэродинамике, в физике плазмы, исследовании глобальных последствий «ядерной зимы» и т.п. Применение ЭВМ позволяет облегчить, ускорить и совершенствовать процесс проверки логико-математических операций, производимых на предшествующих стадиях математического эксперимента.
Создание аналитического программирования оказало существенное воздействие процессов компьютеризации на сферу теоретического исследования. Оно позволяет ЭВМ непосредственно работать с математическими формулами - совершать преобразования, выкладки и т.п. (в небесной механике, физике плазмы, гидродинамике, квантовой химии). В математике и математической логике, например, смогли, наконец, решить топологическую проблему четырех красок. Суть ее заключается в том, что необходимо доказать, что не менее четырех красок необходимо, чтобы граничащие страны на карте всегда имели разные цвета.
Создание и применение компьютерной графики позволило визуализациро- вать многие виды научной информации и создало принципиально новые возможности для исследования, поскольку не всегда результаты научных исследований можно выразить в текстовой форме. Впечатляющим примером применения средств компьютерной графики является сделанное в 1984 г. американским и математиками Хоффманом и Миксом крупное открытие в геометрии - доказательство существования нового класса т.н. минимальных поверхностей (наименьших поверхностей натяжения). Формируется новая техника производства синтезированных трехмерных изображений - иконография, которая способна к лаконичному и полному ото- бражению окружающей действительности и наших фантазий246.
Использование интерфейса «виртуальной реальности» открывает новые возможности в творчестве дизайнеров, скульпторов, архитекторов. Но наиболее значительной представляется роль этой технологии в раскрытии и развитии творческого потенциала человека. Графический образ служит инструментом прямого воздействия на интуитивно-образные процессы, происходящие в правом полушарии головного мозга, и может способствовать устранению «право- полушарного крена» в современной культуре.
Компьютеры включаются в научный поиск на всех стадиях, что приводит к повышению эффективности и качества научного поиска и проведения научного эксперимента.
Современный научный эксперимент невозможен без обработки (часто весьма трудоемкой), огромного объема информации - цифровые данные, графики, снимки и т. д. Это осуществляется с помощью специализированных автоматических систем на основе использования ЭВМ. Экспериментальные устройства стали работать в сопряжении с компьютерами, которые не только регистрируют и анализируют параметры исследуемых систем, но и планируют, готовят эсперимент, управляют процессом его проведения, обработкой и обобщением результатов.
Кроме того ЭВМ используются и в других функциях в процессе экспериментальных исследований.
Например, в современной физике широко используются лазеры с перестраиваемой частотой. Традиционная технология проведения экспериментов с использованием таких лазеров предусматривала ручную регулировку резонатора, определяющего частоту излучения. Достаточно простая программа позволяет обойтись без ручной регулировки. Экспериментатор освобождается от многократного повторения рутинных операций, а эксперимент, ранее требовавший нескольких недель, проводится в течении нескольких часов.
Широко используется ЭВМ для расшифровки экспериментальной информации в генетике, молекулярной биологии. Они используются для воссоздания пространственных структурных моделей сложных молекул на основе рентгеновских снимков. Биолог рассматривает белковую молекулу «через ЭВМ», подобно тому, как он раньше рассматривал клетку через микроскоп.
Центр внимания в экспериментальной деятельности ученого смещается в сторону разработки и обоснования общего замысла и плана проведения эксперимента, а затем интерпретации полученных результатов.
Широкое применение новейших информационных технологий в современной науке приводит к тому, что наряду с теоретической и экспериментальной деятельностью можно выделить, например, как считают многие ведущие физики, вычислительную физику.
Создание компьютерного банка нуклеотидных последовательностей (в 1982 г. в США, затем в Европе и СССР) привело к рождению и быстрому развитию компьютерной генетики.
Под влиянием современных информационно-компьютерных технологий идет процесс формирования нового исследовательского мышления в науке. Для него в первую очередь характерно «сращивание» логичного и образного, синтез понятийного и наглядного, формирования «интеллектуальной образности» и «чувственного моделирования». Первые ростки нового научного мышления связаны с так называемым «экранно-динамичным диалоговым моделированием», которое обеспечивает большие возможности для восприятия потоков информации и ее переработки с помощью чувственного воображения ученого247.
Существенные изменения в картине мира в современной науке удивительным образом резонируют с изменениями, происходящими в организации нашего знания о них, в культуре письма. Ж. Деррида, как известно, разработал концепцию двух типов письма - линейного и нелинейного. Для линейного, т.е. вытянутого в строку письма, воплощенного в книжной культуре, характерно иерархическое строение, последовательность смыслонесущих элементов текста, которое ориентирует на восприятие его содержания как единого организованного целого, отсекая, не допуская к тексту все ответвления мысли, все возможные траектории ее движения, которые не вписываются в эту организованность. При этом, «основная функция линейного письма понималась и понимается как представление, репрезентация уже существующего смысла. Одновременно речь идет о представлении смысла как единого, полностью законченного целого»248 .
Идея нелинейного текста, быстрота, гибкость, реактивность и глубина нового мышления находят себе адекватную «орудийную» опору в развитом инструментарии экранной культуры. На наших глазах формируется новый тип культуры, основанной на так называемой «экранной речи», т. е. на временном потоке экранных изображений на мониторе компьютера, который свободно вмещает в себя поведение и устную речь персонажей, анимационное моделирование, письменные тексты и многое другое. Культура компьютерной страницы позволяет вынести текст за рамки плоскостного изображения и создать объемное топологическое пространство - гипертекст. Характерная особенность его организации - возможность перехода от одного фрагмента текста, носителя определенного смысла, к множеству других смысловых единиц.
Башляр Г. Новый рационализм. - М., 1987. 2.
Бургин М.С., Кузнецов В.И. Введение в современную точную методологию науки. - М., 1994. 3.
Новый органон // Бэкон Ф. Соч.: В 2т. - М., 1978. - Т.2. 4.
Виртуальные реальности. - М., 1998. 5.
Гайденко П.П. Проблема рациональности на исходе XX века // Вопросы философии. - 1991. - №6. 6.
Клайн М. Математика. Поиск истины. - М., 1988. 7.
Клайн М. Математика. Утрата определенности. - М. 1984. 8.
Методологическое сознание в современной науке. - К., 1989. 9.
Микешина Л.А., Опенков М.Б. Новые образы познания и реальности. - М., 1997. 10.
Моисеев Н.Н. Современный рационализм. - М., 1995. 11.
Нагель Э., Ньюмен Д. Теорема Геделя. - М., 1970. 12.
Научная картина мира. Логико-гносеологические аспекты. - К., 1983. 13.
Рациональность на перепутье: В 2 кн., - М., 1999. 14.
Рузавин Г.И. Математизация научного знания. - М; 1984. 15.
Рузавин Г.И. Философские проблемы основания математики. - М., 1983. 16.
Степин В.С. Теоретическое знание. - М., 2000. 17.
Философия науки. Вып. 2. Гносеологические и логико-методологические проблемы. - М., 1996. 18.
Философские проблемы оснований математики. - М., 1983. 19.
Эпистемология и постнеклассическая наука. - М., 1998.
Контрольные вопросы: 1.
Что такое теоретические объекты современной науки? Как они соотносятся с реальностью? 2.
Как трансформируется в современной эпистемологии представление об объекте и субъекте познания? 3.
Охарактеризуйте изменения идеалов и норм познания, характерных для неклассической и постнеклассической науки? 4.
Охарактеризуйте особенности формализации науки. Чем обусловлены границы формализации научных знаний? В чем состоит философский смысл теорем Геделя? 5.
Назовите формы и методы математизации современной науки. 6.
Какую роль играют новейшие информационные технологии в современной науке?
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУКЕ
Аксюхин А.А., Вицен А.А., Мекшенева Ж.В.
ФГОУ ВПО «Орловский государственный институт искусств и культуры», Орел, Россия
Информационные технологии (ИТ) в образовании в настоящее время является необходимым условием перехода общества к информационной цивилизации. Современные технологии и телекоммуникации позволяют изменить характер организации учебно-воспитательного процесса, полностью погрузить обучаемого в информационно-образовательную среду, повысить качество образования, мотивировать процессы восприятия информации и получения знаний. Новые информационные технологии создают среду компьютерной и телекоммуникационной поддержки организации и управления в различных сферах деятельности, в том числе в образовании. Интеграция информационных технологий в образовательные программы осуществляется на всех уровнях: школьном, вузовском и послевузовском обучении.
Постоянное совершенствование учебно-воспитательного процесса вместе с развитием и перестройкой общества, с созданием единой системы непрерывного образования, является характерной чертой обучения в России. Осуществляемая в стране реформация школы направлена на то, чтобы привести содержание образования в соответствие с современным уровнем научного знания, повысить эффективность всей учебно-воспитательной работы и подготовить учащихся к деятельности в условиях перехода к информационному обществу. Поэтому информационные технологии становятся неотъемлемым компонентом содержания обучения, средством оптимизации и повышения эффективности учебного процесса, а также способствуют реализации многих принципов развивающего обучения.
Основными направлениями применения ИТ в учебном процессе школы являются:
разработка педагогических программных средств различного назначения;
разработка web-сайтов учебного назначения;
разработка методических и дидактических материалов;
осуществление управления реальными объектами (учебными ботами);
организация и проведение компьютерных экспериментов с виртуальными моделями;
осуществление целенаправленного поиска информации различных форм в глобальных и локальных сетях, её сбора, накопления, хранения, обработки и передачи;
обработка результатов эксперимента;
организация интеллектуального досуга учащихся.
Наиболее широко в данный момент используются интегрированные уроки с применением мультимедийных средств. Обучающие презентации становятся неотъемлемой частью обучения, но это лишь простейший пример применения ИТ.
В последнее время учителя создают и внедряют авторские педагогические программные средства, в которых отражается некоторая предметная область, в той или иной мере реализуется технология её изучения, обеспечиваются условия для осуществления различных видов учебной деятельности. Типология используемых в образовании педагогических программных средств весьма разнообразна: обучающие; тренажеры; диагностирующие; контролирующие; моделирующие; игровые.
В учебном процессе высшего учебного заведения изучение ИТ предусматривает решение задач нескольких уровней:
Использование информационных технологий как инструмента образования, познания, что осуществляется в курсе «Информатика»;
Информационные технологии в профессиональной деятельности, на что направлена общепрофессиональная дисциплина «Информационные технологии», рассматривающая их теорию, компоненты, методику;
Обучение прикладным информационным технологиям, ориентированным на специальность, предназначенным для организации и управления конкретной профессиональной деятельностью, что изучается в дисциплинах специализаций.
Например, дисциплина «Информационные технологии в экономике» и синонимичная ей «Информационные технологии в управлении» входит в образовательную программу обучения студентов экономических специальностей. Современный экономист должен уметь принимать обоснованные решения на основе информационных потоков, кроме традиционных экономических знаний студент должен быть знаком с процессом обработки данных и владеть навыками построения информационных систем.
Методические материалы по данным дисциплинам многочисленно представлены в печати, в электронных вариантах, сопровождаются различными приложениями и прикладными программами. Разобраться в таком обилии предложенного материала самостоятельно достаточно сложно. Если взять, к примеру, только тот факт, сколько источников предложено в сети Интернет: список рекомендуемой литературы, интерактивные пособия и онлайн-учебники, рефераты и т.п. На запрос пользователя «Дисциплина «Информационные технологии в экономике» поисковая система Google.ru выдает около 400 тысяч ссылок.
Разобраться в сложившейся ситуации и помочь в освоении учебного материала может помочь только квалифицированный специалист-преподаватель: он не только организует самостоятельную работу студентов (рефераты, тестирование, контрольные и курсовые работы), но в условиях регламента времени на изучение дисциплины умеет выбрать наиболее важные аспекты для изучения. В настоящее время преподаватели, преследуя подобные цели, создают авторские педагогические программные средства, реализованные в мультимедийной и гипермедийной форме на CD и DVD-дисках, на сайтах в сети Интернет.
Послевузовское образование также ориентировано на внедрение ИТ: в учебные планы аспирантов и соискателей многих научных направлений включаются дисциплины, связанные с изучением и внедрением информационных технологий в научную и профессиональную деятельность. В Орловском государственном институте искусств и культуры аспиранты и соискатели всех специальностей изучают дисциплину «Информационные технологии в науке и образовании» уже на первом курсе аспирантуры. Целью этого курса является освоение слушателями основных методов и средств применения современных информационных технологий в научно-исследовательской и образовательной деятельности, повышение уровня знаний начинающего ученого в области применения компьютерных технологий при проведении научного эксперимента, организация помощи аспиранту в его научном исследовании, в оформлении статей, тезисов, докладов и диссертационной работы.
Повышение уровня компьютерной подготовки обучаемых, увеличение количества и расширение разновидностей авторских педагогических программных средств, использование новых информационных технологий в науке и образовании в целом, являются одним из основных направлений совершенствования среднего специального, высшего и послевузовского образования в нашей стране.
Литература
1. Лаврушина Е.Г., Моисеенко Е.В. Преподавание информатики в вузе. http://www.ict.nsc.ru
2. Деденёва А.С., Аксюхин А.А. Информационные технологии в гуманитарном высшем профессиональном образовании // Педагогическая информатика. Научно-методический журнал ВАК. № 5. 2006. С. 8-16.
3. Деденёва А.С., Аксюхин А.А. Мультимедиа технологии в условиях формирования образовательной среды вузов искусств и культуры // Историко-культурные связи России и Франции: основные этапы: сборник статей / Сост. И.А. Ивашова; гл. ред. Н.С. Мартынова. – Орёл: ОГИИК, ил., ООО ПФ «Оперативная полиграфия», 2008. С. 19-25.
Аксюхин А.А., Вицен А.А., Мекшенева Ж.В. Информационные технологии в образовании и науке // III Международная научная конференция «Современные проблемы информатизации в системах моделирования, программирования и телекоммуникациях».
URL: (дата обращения: 27.03.2019).
