В настоящее время, значительно увеличилась роль информационных технологий в жизни людей. Современное общество включилось в общеисторический процесс, называемый информатизацией. Этот процесс включает в себя доступность любого гражданина к источникам информации, проникновение информационных технологий в научные, производственные, общественные сферы, высокий уровень информационного обслуживания. Процессы, происходящие в связи с информатизацией общества, способствуют не только ускорению научно-технического прогресса, интеллектуализации всех видов человеческой деятельности, но и созданию качественно новой информационной среды социума, обеспечивающей развитие творческого потенциала человека.
Одним из приоритетных направлений процесса информатизации современного общества является информатизация образования, представляющую собой систему методов, процессов и программно-технических средств, интегрированных с целью сбора, обработки, хранения, распространения и использования информации в интересах ее потребителей. Поэтому в настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение в мировое информационно-образовательное пространство. Этот процесс сопровождается существенными изменениями в педагогической теории и практике учебно-воспитательного процесса, связанными с внесением корректив в содержание технологий обучения, которые должны быть адекватны современным техническим возможностям, и способствовать гармоничному вхождению студента в информационное общество.
Информационные технологии (ИТ) обучения - это педагогическая технология, применяющая специальные способы, программные и технические средства (кино, аудио- и видеотехнику, компьютеры, телекоммуникационные сети) для работы с информацией".
Целью ИТ является качественное формирование и использование информационных ресурсов в соответствии с потребностями пользователя. Методами ИТ являются методы обработки данных. В качестве средств ИТ выступают математические, технические, программные, информационные, аппаратные и др. средства.
Методы ИТ
Средства ИТ
ИТ разделяются на две большие группы: технологии с избирательной и с полной интерактивностью.
1) К первой группе принадлежат все технологии, обеспечивающие хранение информации в структурированном виде. Сюда входят банки и базы данных и знаний, видеотекст, телетекст, Интернет и т.д. Эти технологии функционируют в избирательном интерактивном режиме и существенно облегчают доступ к огромному объему структурируемой информации. В данном случае пользователю разрешается только работать с уже существующими данными, не вводя новых.
2) Вторая группа содержит технологии, обеспечивающие прямой доступ к информации, хранящейся в информационных сетях или каких-либо носителях, что позволяет передавать, изменять и дополнять ее.
Технологии с избирательной интерактивностью
Технологии с полной интерактивностью.
Информационные технологии следует классифицировать прежде всего по области применения и по степени использования в них компьютеров. Различают такие области применения информационных технологий, как наука, образование, культура, экономика, производство, военное дело и т. п. По степени использования в информационных технологиях компьютеров различают компьютерные и бескомпьютерные технологии.
В области образования информационные технологии применяются для решения двух основных задач: обучения и управления. Соответственно paзличают компьютерные и бескомпьютерные технологии обучения, компьютерные и бескомпьютерные технологии управления образованием. В обучении информационные технологии могут быть использованы, во-первых, для предъявления учебной информации обучающимся, во-вторых, для контроля успешности ее усвоения. С этой точки зрения информационные; технологии, используемые в обучении, делятся на две группы: технологии предъявления учебной информации и технологии контроля знаний.
К числу бескомпьютерных информационных технологий предъявления учебной информации относятся бумажные, оптотехнические, электроннотехнические технологии. Они отличаются друг от друга средствами предъявления учебной информации и соответственно делятся на бумажные, оптические и электронные. К бумажным средствам обучения относятся учебники, учебные и учебно-методические пособия; к оптическим - эпипроекторы, диапроекторы, графопроекторы, кинопроекторы, лазерные указки; к электронным телевизоры и проигрыватели лазерных дисков.
К числу компьютерных информационных технологий предъявления учебной информации относятся:
Технологии, использующие компьютерные обучающие программы;
Мультимедия технологии;
Технологии дистанционного обучения.
Компьютерные ИТ предъявления информации
Современные средства компьютерной техники можно классифицировать как:
Персональные компьютеры - это вычислительные системы с ресурсами, полностью направленными на обеспечение деятельности одного управленческого работника. Это наиболее многочисленный класс вычислительной техники, в составе которого можно выделить персональные компьютеры IBM PC и совместимые с ними компьютеры, а также персональные компьютеры Macintosh. Интенсивное развитие современных информационных технологий обусловлено как раз широким распространением с начала 1980-х гг. персональных компьютеров, сочетающих в себе такие качества, как относительная дешевизна и достаточно широкие для непрофессионального пользователя функциональные возможности.
Корпоративные компьютеры (иногда называемые мини-ЭВМ или main frame) представляют собой вычислительные системы, обеспечивающие совместную деятельность большого количества интеллектуальных работников в какой-либо организации, проекте при использовании единых информационно-вычислительных ресурсов. Это многопользовательские вычислительные системы, имеющие центральный блок большой вычислительной мощности и со значительными информационными ресурсами, к которому подсоединено большое количество рабочих мест с минимальной оснащенностью (обычно это клавиатура, устройства позиционирования типа «мышь» и, возможно, устройство печати). В качестве рабочих мест, подсоединяемых к центральному блоку корпоративного компьютера, могут выступать и персональные компьютеры. Сфера использования корпоративных компьютеров - обеспечение управленческой деятельности в крупных финансовых и производственных организациях. Организация различных информационных систем для обслуживания большого количества пользователей в рамках одной функции (биржевые и банковские системы, бронирование и продажа билетов населению и т.п.).
Суперкомпьютеры представляют собой вычислительные системы с предельными характеристиками вычислительной мощности и информационных ресурсов и используются в военной и космической областях, и фундаментальных научных исследованиях, глобальном прогнозировании погоды. Данная классификация довольно условленна, так как интенсивное развитие технологий электронных компонентов и совершенствование архитектуры компьютеров, а также наиболее важных их элементов приводят к размыванию границ между средствами вычислительной техники.
В системе образования на сегодня накоплено множество различных компьютерных программ учебного назначения, созданных в учебных заведениях и центрах России. Немалое их число отличается оригинальностью, высоким научным и методическим уровнем. Интеллектуальные обучающие системы - это качественно новая технология, особенностями которой являются моделирование процесса обучения, использование динамически развивающейся базы знаний; автоматический подбор рациональной стратегии обучения для каждого обучаемого, автоматизированный учет новой информации, поступающей в базу данных. Технологии мультимедиа (от англ. multimedia - многокомпонентная среда), которая позволяет использовать текст, графику, видео и мультипликацию в интерактивном режиме и том самым расширяет рамки применения компьютера в учебном процессе.
Виртуальная реальность (от англ. virtual reality - возможная реальность) - это новая технология неконтактного информационного взаимодействия, создающая с помощью мультимедийной среды иллюзию присутствия в реальном времени в стереоскопически представленном «экранном мире». В таких системах непрерывно поддерживается иллюзия места нахождения пользователя среди объектов виртуального мира. Вместо обычного дисплея используются очки телемониторы, в которых воспроизводятся непрерывно изменяющиеся события виртуального мира. Управление осуществляется с помощью реализованного в виде «информационной перчатки» специального устройства, определяющего направление перемещения пользователя относительно объектов виртуального мира. Кроме этого в распоряжении пользователя есть устройство создания и передачи звуковых сигналов.
Автоматизированная обучающая система на основе гипертекстовой технологии позволяет повысить усвояемость не только благодаря наглядности представляемой информации. Использование динамического, т.е. изменяющегося, гипертекста дает возможность провести диагностику обучаемого, а затем автоматически выбрать один из оптимальных уровней изучения одной и той же темы. Гипертекстовые обучающие системы дают информацию таким образом, что и сам обучающийся, следуя графическим или текстовым ссылкам, может применять различные схемы работы с материалом. Все это позволяет реализовать дифференцированный подход к обучению.
Специфика технологий Интернет - WWW (от англ. World Wide Web - всемирная паутина) заключается в том, что они предоставляют пользователям громадные возможности выбора источников информации: базовая "информация на серверах сети; оперативная информация, пересылаемая по электронной почте; разнообразные базы данных ведущих библиотек, научных и учебных центров, музеев; информация о гибких дисках, компакт-дисках, видео- и аудиокассетах, книгах и журналах, распространяемых через Интернет-магазины, и др.
Следует выделить основные дидактические требования, предъявляемые к ИТО, с целью повышения эффективности ее применения в образовательном процессе.
К ним относятся:
Мотивированность в использовании различных дидактических материалов;
Четкое определение роли, места, назначения и времени использования КОП;
Ведущая роль педагога в проведении занятий;
Тесная взаимосвязь конкретного класса КОП с другими видами применяемых ТСО;
Введение в технологию только таких компонентов, которые гарантируют качество обучения;
Соответствие методики компьютерного обучения общей стратегии проведения учебного занятия;
Учет того, что введение в комплект учебных средств КОП требует пересмотра всех компонентов системы и изменения общей методики обучения;
Обеспечение высокой степени индивидуализации обучения;
Обеспечение устойчивой обратной связи в обучении и другие.
Современный период развития цивилизованного общества характеризуется процессом информатизации, одним из приоритетных направлений которого является информатизация образования. Существенным компонентом процессов информатизации является разработка и использование педагогических программных средств, базирующихся на различных информационных технологиях. В последнее время одним из актуальных становится направление, базирующееся на использовании в педагогических программных средствах компьютерных сетей.
Применение компьютерных сетей в процессе обучения различным учебным дисциплинам требует от преподавателя знаний как в области подготовки сценария учебного курса с учетом возможностей инструментальных средств разработки программ, так и знаний в области методики преподавания конкретной дисциплины. Это объясняется широкими возможностями применения компьютерных коммуникаций и сетей в практической деятельности.
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 :
Основные направления рационального применения ИТ в научных исследованиях: 1. Сбор, хранение, поиск и выдача научно-технической информации (НТИ). 2. Подготовка программ научных исследований (НИ), подбор оборудования и экспериментальных устройств. 3. Математические расчеты. 4. Решение интеллектуально-логических задач. 5. Моделирование объектов и процессов. 6. Управление экспериментальными установками. 7. Регистрация и ввод в ЭВМ экспериментальных данных. 8. Обработка одномерных и многомерных (изображения) сигналов. 9. Обобщение и оценка результатов НИ. 10. Оформление и представление итогов НИ. 11. Управление научно-исследовательскими работами (НИР).
ИТ НА ЭТАПЕ СБОРА И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ Целью данного этапа является получение ответов на следующие вопросы: 1. Какие авторы или научные группы занимаются аналогичной темой? 2. Каковы известные решения по исследуемой теме? 3. Какими известными методами и средствами решаются исследуемые проблемы? 4. Каковы недостатки известных решений и какими путями их пытаются преодолеть? Углубленное изучение информации по предмету исследования позволяет исключить риск ненужных затрат времени на уже решенную проблему, детально изучить весь круг вопросов по исследуемой теме и найти научно- техническое решение, отвечающее высокому уровню. Основным источником информации являются научные документы, которые по способу представления могут быть текстовыми, графическими, аудиовизуальными и машиночитаемыми.
НАУЧНЫЕ ДОКУМЕНТЫ ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ НА первичные и вторичные, опубликованные и неопубликованные. Первичные документы – это книги, брошюры, периодические издания (журналы, труды), научно-технические документы (стандарты, методические указания). Важное значение здесь имеет также патентная документация (издания, содержащие сведения об открытиях, изобретениях и т.п.); К неопубликованным первичным документам относятся: науч-ные отчеты, диссертации, депонированные рукописи и т.п.; Вторичные документы содержат краткую обобщенную информацию из одного или нескольких первичных документов: справочники, реферативные издания, библиографические указатели и т.п.
СПОСОБЫ СБОРА И ОБРАБОТКИ НТИ анкетирование, собеседование, экспертный опрос и т.д., работа с научно-техническими документами, которая включает поиск, ознакомление, проработку документов и систематизацию информации. Поиск выполняется по каталогам, реферативным и библиографическим изданиям. Автоматизация этой процедуры обеспечивается использованием специализированных информационно-поисковых систем (ИПС) библиотек и научно-исследовательских институтов (НИИ), электронных каталогов, поиском в машиночитаемых (БД), а также с помощью программ поиска в Internet.
ПУТИ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ работа с литературным материалом; запросы в организации-держатели информации (государственные и общественные образовательные организации); привлечение к работе консультантов или экспертов; поиск информации в автоматизированных информационных системах; поиск в ресурсах компьютерных сетей; собственные наблюдения. Информационный поиск может быть – адресный (по формальным признакам); – семантический (по смыслу, содержанию); – документальный; – фактографический и др.
КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННО- ПОИСКОВЫХ СИСТЕМ документальные, позволяющие работать с полными текстами или адресами документов; фактографические, которые выдают необходимые сведения из имеющихся документов; информационно-логические (интеллектуальные) представляют информацию, полученную в результате логического поиска и целенаправленного выбора в автоматизированном режиме. При наличии в БД полных текстов документов названные средства и позволяют реализовывать процедуру ознакомления. Часто для этого вполне достаточны рефераты или аннотации документов. Трудоемкость организации табличных БД можно существенно уменьшить с использованием систем оптического распознавания (например, FineReader), обеспечивающих обработку сканированных документов и их экспорт в БД.
ИТ В ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ Объем ТИ зависит от специфики и сложности проблемы. В общем случае может включать этапы: 1. Постановка задачи, где определяются цели исследования, наиболее эффективные пути реализации. Иногда формируется гипотеза, предварительно объясняющая явление. 2. Разработка модели процесса функционирования изучаемого объекта. В ТИ обычно используются математические, информационные или логические модели явления. 3. Выбор методов построения модели и их проверка. 4. Разработка алгоритмов и программных средств реализации моделей. 5. Выполнение математических расчетов или обработка информационных алгоритмов. 6. Анализ полученных результатов с помощью логических рассуждений и выводов, формулирование результатов исследований.
ИТ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ Наиболее часто ВТ используют в проведении математических расчетов. ПО для данного направления условно делится на следующие категории: 1. Библиотеки программ для численного анализа, которые также делятся на библиотеки общего назначения (пакеты SSP, NAG) и узко специализи-рованные пакеты, ориентированные на решение определенного класса задач (MicroWay – матрицы, преобразование Фурье). 2. Специализированные системы для математических расчетов и графического манипулирования данными и представления результатов (Phaser - дифференциальные уравнения, Statgraf – статистический анализ), Eureca, Statistica. 3. Диалоговые системы математических вычислений с декларативными языками, позволяющими формулировать задачи естественным образом (MuMath, Reduce, MathCad, Matlab, Mathematica). 4. Электронные таблицы (ЭТ), которые позволяют выполнять различные расчеты с данными, представленными в табличной форме (Supercalc, Quattro Pro, Excel).
ИТ В НАУЧНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ, МОДЕЛИРОВАНИИ И ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НИ Основные задачи экспериментальных исследований (ЭИ): 1. Целенаправленное наблюдение за функционированием объекта для углубленного изучения его свойств. 2. Проверка справедливости рабочих гипотез для разработки на этой основе теории явлений. 3. Установление зависимости различных факторов, характеризующих явление, для последующего использования найденных зависимостей в проектировании или управлении исследуемыми объектами. ЭИ включают этапы подготовки эксперимента, проведения исследований и обработки результатов.
ОПИСАНИЕ ЭТАПОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ На подготовительном этапе определяются цели и задачи ЭИ, разрабатываются методика и программа его выполнения. Этот этап включает также подбор необходимого оборудования и средств измерений. При разработке программы ЭИ стремятся к меньшему объему и трудоемкости работ, упрощению эксперимента без потери точности и достоверности результатов. В этой связи данный этап ЭИ требует решения задачи определения минимального числа опытов (измерений), наиболее эффективно охватывающего область возможного взаимодействия влияющих факторов и обеспечивающего получения их достоверной зависимости. Данная задача решается средствами раздела математической статистики – планирование эксперимента, который представляет необходимые методы для рациональной организации измерений, подверженных случайным ошибкам.
ОПИСАНИЕ ЭТАПОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Этап проведения собственно исследований определяется спецификой изучае-мого объекта. По характеру взаимодействия средств эксперимента с объек-том различают обычные и модельные ЭИ. В первом, взаимодействие оказы-вается непосредственно на объект, во втором – на заменяющую его модель. Метод моделирования объектов и процессов является основным в научном эксперименте. Различают: Физическое моделирование выполняется на специальных установках. ВТ используются для управления процессом эксперимента, сбора регистрационных данных и их обработки. Для аналогового моделирования используются аналоговые вычислительные машины, что позволяет создавать и исследовать модели-аналоги, которые могут описываться одинаковыми диф. уравнениями с исследуемым процессом. Математическое моделирование включает исследования не только с помощью чисто математических моделей. Здесь используются также информационные, логические, имитационные и другие модели и их комбинации.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ целесообразно использовать ПС, разработанные специалистами с использованием последних достижений прикладной математики и программирования. Возможности современных ПС, в части машинной графики, включая параметризацию, использование способов фрактала, цветовой динамики, мультипликации и т.п., обеспечивают достаточную наглядность результатов. Наиболее широкое применение находит ВТ для: логического, функционального и структурного моделирования электронных схем; моделирования и синтеза систем автоматического управления; моделирования механических и тепловых режимов конструкций, механики газов и жидкостей. При этом используются сотни функционально-ориентированных ПС (например, MICRO - Logic, ANSYS, DesignLAB), так и системы универ-сального применения (ЭТ – Excel, QuattroPro, система MathCad).
ИТ В ОФОРМЛЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ НИ Результаты НИ могут быть представлены в виде отчета, доклада, статьи и т.п., в оформлении которых в настоящее время широко используются средства ВТ. Процесс создания научного документа включает: 1. Подготовку текстовой части, содержащей формулы и спецсимволы. 2. Формирование таблиц и их графическое отображение. 3. Подготовку иллюстраций в виде схем, рисунков, чертежей, графиков, диаграмм. 4. Грамматический и лексический контроль. 5. Импорт рисунков и графических изображений из других систем. 6. Прямой и обратный переводы. 7. Форматирование документа и печать.
ПС ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАУЧНЫХ ТЕКСТОВ кроме текстовых редакторов используются: 1. Для формирования табличной информации – средства ЭТ (Excel, QuattroPro) с использованием возможностей графического отображения. 2. Для создания сложных графических иллюстраций – системы деловой графики (Corel Draw) и геометрического моделирования (AutoCAD). 3. Для эффективного грамматического контроля текста – специализированные системы типа Orfo, Lingvo Corrector, Propis. 4. Для создания фотоизображения – средства оптического распознавания, средства редактирования и цифровую фотографию (FineReader, Adobe Photoshop и т.п.). 5. Для автоматизированного перевода – системы Prompt, Socrat.
НАПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО СОЗДАНИЯ ДОКУМЕНТОВ 1. Применение интегрированных программных систем, обеспечивающих в рамках одной системы создание текста, таблиц, графиков (Framework, Works). 2. Использование комплексов взаимосвязанных программ в рамках одной операционной оболочки (MS Office включает самостоятельные ПС Word, Excel и др., имеющие механизм эффективного обмена данными). 3. Гиперсреды и мультимедийные системы.
ПРИОРИТЕТНЫЕ НАУЧНЫЕ СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СЕТЕВЫХ ИТ область экологии, охраны окружающей среды, медицины, биологии связаны с методами оценки параметров окружающей среды, методами анализа и прогнозирования катастроф, технологиями оценки риска экологически опасных производств, анализа прогнозирования и принятия решений в связи с чрезвычайными ситуациями, системами проектирования экологического оборудования, системами диагностики и принятия решений в медицине и биологии (в т.ч. телемедицины)
РОЛЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ
Развитие университета по инновационному пути невозможно без создания и совершенствования инфраструктуры информатизации, которая заключается, прежде всего, в информатизации интеллектуальной деятельности за счет использования информационных и телекоммуникационных технологий. Современные информационные технологии определяются как непрерывные процессы обработки, хранения, передачи и отображения информации, направленные на эффективное использование информационных ресурсов, средств вычислительной техники и передачи данных при управлении системами различного класса и назначения. Информационные технологии оказывают влияние на все аспекты деятельности человека, существенно увеличивая степень автоматизации всех информационных процессов, что является предпосылкой для ускорения темпов научно-технического прогресса. Информационные технологии играют важную роль в обеспечении информационного взаимодействия между людьми, в системах подготовки и распространения информации, в процессах получения и накопления новых знаний. Основу современных информационных технологий составляют: передача информации на любое расстояние в ограниченное время; интерактивный режим работы; интегрированность с другими программными продуктами; гибкость процесса изменения данных и постановок задач; возможность хранения больших объемов информации на машинных носителях. Практически информационные технологии реализуются применением программно-технических комплексов, состоящих из персональных компьютеров с необходимым набором периферийных устройств, включенных в локальные и глобальные вычислительные сети, обеспеченных необходимыми программными средствами, что увеличивает степень автоматизации, повышает эффективность как учебного процесса, так и научных исследований. Современные информационные технологии являются той основой, на которой возможно построение работы современного университета. Кроме того, сама система высшего образования является активным участником процесса развития информационных технологий.
Информационные технологии повышают уровень эффективности работ в науке и образовании за счет упрощения и ускорения процессов обработки, передачи, представления и хранения информации; обеспечение точности и качества решаемых задач; возможности реализации ранее не решаемых задач; сокращения сроков разработки, трудоемкости и стоимости научно-исследовательских работ . Наука и образование имеют много одинаковых задач. Это касается информационного обеспечения , применения математических и интеллектуально-логических методов решения задач, оформления результатов, управления, как учебным процессом, так и научными исследованиями.
Эффективность научных исследований в значительной степени связана с уровнем использования компьютерной техники . Один из наиболее эффективных методов научного исследования – вычислительный эксперимент позволяет изучать поведение сложных систем, которые трудно физически смоделировать. Широко применяются возможности вычислительной техники для логического, функционального и структурного моделирования, при этом используются как функционально-ориентированные программные средства, так и системы универсального применения, такие как Excel, QuattroPro, MathCad. На этапе обработки результатов научных исследований наибольшее применением находят программные средства, обеспечивающие выполнение математических расчетов с использованием теории вероятности, теории ошибок, математической статистики, векторного и растрового анализа изображений. Подготовка научных работ насыщенных математическими, химическими формулами, имеющими несколько уровней, решается использованием специальных редакторов для научных документов, интегрированных систем для проведения математических и инженерно-технических расчетов (например, системы MathCad). Подготовка научных текстов, сильно насыщенных формулами, наиболее эффективна в системе TEX, где набор формул выполняется средствами специального языка. Программное обеспечение для реализации задач теоретических исследований включает: библиотеки программ для численного анализа; специализированные системы для математических расчетов и графического манипулирования данными и представления результатов (например, Statistica); электронные таблицы, позволяющие выполнять различные расчеты с данными, представленными в табличной форме; средства, включающие элементы искусственного интеллекта (системы автоматизированного перевода, например, PROMT; системы поддержки принятия решений и различные экспертные системы). Теоретические исследования технических проблем в некоторых случаях целесообразно проводить с использованием автоматизированной системы решения изобретательских задач, которая охватывает все этапы технического творчества от анализа технических систем до поиска вариантов решения. Автоматизация процедуры сбора и обработки научно-технической информации обеспечивается использованием специализированных информационно-поисковых систем библиотек и научно-исследовательских институтов, программ поиска в сети Internet, поиском в базах данных (трудоемкость организации которых, в частности, можно существенно уменьшить с использованием систем оптического распознавания, обеспечивающих обработку сканированных документов и их экспорт в базу данных). Наиболее эффективно задачи компьютеризации научных исследований реализуются в рамках автоматизированных систем научных исследований.
Информатизация университетского образования - необходимое условие как качественной подготовки будущего специалиста в современных условиях интенсивного развития информационных и коммуникационных технологий, так и повышения конкурентного уровня университета на рынке образовательных услуг. В развитии процесса информатизации образования проявляются тенденции формирования системы непрерывного образования, создания единого информационного образовательного пространства, активного внедрения новых средств и методов обучения, ориентированных на использование технологий обработки данных, текстовой, графической и числовой информации; мультимедиа и «виртуальной реальности»; искусственного интеллекта и дистанционного образования. Наиболее часто используемыми средствами обучения, становятся сетевые учебно-методические пособия , компьютерные обучающие системы в мультимедийном варианте, аудио и видео учебно-информационные материалы. Для преподавателей информационные технологии в образовании могут быть применимы для решения вопросов подготовка лекционного материала, электронных учебников, создания информационно-методического обеспечения по изучаемым курсам, подготовки демонстрационных средств поддержки проведения занятий, автоматизации проверки знаний обучаемых. Автоматизированный контроль знаний учащихся в виде тестирования дает возможность организации централизованного контроля, позволяет сделать контроль более объективным, не зависящим от субъективности преподавателя, снижает людские и материальные затраты, позволяет значительно сократить время опроса и анализа, организовать хранение материалов и результатов тестирования в электронном виде, повышает информативность и наглядность результатов. Применение вычислительной техники в образовании позволило повысить качество обучения, создать новые средства воспитательного воздействия, средства эффективного взаимодействия преподавателя и обучаемого, ускорить передачу знаний. Использование обучающих информационных технологий - эффективный метод для систем самообразования, продолженного обучения, а также для систем повышения квалификации и переподготовки кадров. К основным преимуществам использования информационных технологий в образовании перед традиционным обучением относят: информационные технологии значительно расширяют возможности учебной информации (применение цвета, графики, звука, анимации позволяет воссоздавать реальную обстановку деятельности); позволяют существенно повысить мотивацию студентов к обучению; способствуют наиболее широкому раскрытию способностей обучаемых, активизации их умственной деятельности; формированию рефлексии (обучающийся имеет возможность наглядно представить результат своих действий, определить этап в решении задачи, на котором сделана ошибка, и исправить ее). Информационные технологии в учебном процессе, в основном, используются при изложении нового материала (например, программа презентаций Power Point); проведении виртуальных лабораторных работ с использованием обучающих программ; закреплении изложенного материала (тренинг - разнообразные обучающие программы); в системах контроля и проверки (тестирование с оцениванием, контролирующие программы); для самостоятельной работы учащихся (обучающие программы, энциклопедии и т. д.); при проведении теле и видеоконференций. Опыт общения со студентами показывает, что использование компьютеризированных систем обучения позволяет повысить скорость поиска необходимой информации, ее наглядность, обеспечивает повышение роли самостоятельной работы студентов, качество обратной связи, эффективность учебных занятий, не менее чем, на 30%.
Стремительная компьютеризация практически всех областей знания требует рассматривать информационные технологии как важнейшую составляющую фундаментальной подготовки специалиста, как актуальное научно-образовательное направление - быстро развивающуюся университетскую дисциплину «Компьютерные технологии в науке и образовании». В результате изучения курса студенты получают навыки и умения применять на практике: средства телекоммуникационного доступа к источникам научной информации; возможности сети Internet для организации оперативного обмена между исследовательскими группами; методы математического моделирования, с использованием пакетов программ обработки данных. Итогом обучения студентов в рамках данного курса, как правило, является готовое электронное пособие по направлениям научно-исследовательской, либо учебно-методической деятельности будущего специалиста. Благодаря преподаванию дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании», университет получил возможность подготовки кадров высшей квалификации на единой систематической основе в широком диапазоне направлений современных информационных и коммуникационных технологий.
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?
