Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Информатика / Другие методич. материалы / «Организация познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения»
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 26 апреля.

Подать заявку на курс
  • Информатика

«Организация познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения»

библиотека
материалов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра физики для естественных факультетов











Магистерская диссертация на тему:

«Организация познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения»












Выполнила: студентка 2 курса магистратуры

Кендюк Е.

Проверила: д.п.н., профессор

Петрова Е.Б.









Москва

2015



СОДЕРЖАНИЕ


Развитие познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения, как научной области и постоянное совершенствование информационных технологий привело не только к появлению большого количества языковых средств кодирования алгоритмов, но и к довольно четкому формированию четырех основных способов разработки самих алгоритмов - парадигм программирования. 36

Использование программных средств обучения в школе принято начинать на базе классических процедурных языков, таких как Basic или Pascal. При этом на начальном этапе нежелательно разделять алгоритмизацию и программирование во времени. 36

Приложения 122




ВВЕДЕНИЕ


Тяга человека к постижению окружающего мира выражается в многообразии форм, методах и установках исследовательской деятельности. Каждая из ключевых частей объективного мира - природа, общество и человек - исследуется своими отдельными науками. База научных знаний о природе формируется естествознанием.

В теперешнем применении термина «естествознание» - означает совокупность наук о природе, обладающих предметом своих исследований разнообразными природными явлениями и процессами, а также закономерности их эволюции. Так же, естествознание является независимой наукой о природе как едином целом и в этом качестве разрешает изучить любой объект окружающего нас мира более совершенно, чем это может сделать одна какая-либо из естественных наук в отдельности. Поэтому естествознание наряду с науками об обществе и мышлении является основной частью человеческого знания. Оно содержит в себе как деятельность по приобретению знания, так и ее результаты, т.е. систему научных знаний о природных процессах и явлениях.

В теперешних условиях интенсивного формирования информационных технологий появляется необходимость в формировании иной образовательной среды. В настоящее время актуальным является вопрос применения программных средств, при обучении естествознания.

Использование программных средств обучения открывает учащимся доступ к нетрадиционным источникам информации – электронным гипертекстовым учебникам, образовательным сайтам, системам дистанционного обучения и т.п., это призвано повысить эффективность развития познавательной самостоятельности и дать новые возможности для творческого роста школьников.

Использование программных средств обучения идет настолько быстро, что существенно расширяет познавательную деятельность старшеклассников.

Необходимо радикальное повышение эффективности и качества подготовки старшекласников до уровня, достигнутого в развитых странах, т. е. подготов­ка старшекласников с новым типом мышления, соответствующим требованиям постинду­стриального общества.

Научно-техническая революция, основанная на процес­се глобальной информатизации всех сфер общественной жизни, требует ин­форматизации и сферы образования. При этом, кроме естественного увеличения качества и степени доступности образования, должен сущест­венно повыситься экономический потенциал страны за счет роста образованно­сти населения и произойти интеграция национальной системы образования в научную, производственную, социально-общественную и культурную инфор­мационную инфраструктуру мирового сообщества.

Естествознание (в современном представлении) – это система наук о природе, одна из трех ключевых областей научного знания о природе, обществе и мышлении, находящихся во взаимной связи, взаимодействии, в движении.

Естествознание – система наук о природе, совокупность естественных наук, взятая как единое целое. Естествознание – одна из трёх основных областей человеческого знания (вместе с науками об обществе и мышлении). Предметом естествознания являются различные виды материи и формы их движения, проявляющиеся в природе, их связи и закономерности, основные формы бытия.

На сегодняшний день, под естествознанием понимают формализованное (физико-математическое) и не формализованное содержательное (например, биология, химия, география), конкретное (антропология) естествознание, т.е. точное знание обо всем, что действительно есть во Вселенной или, возможно, есть во Вселенной. Это знание часто можно сформулировать в виде математических формул.

Роль естествознания в жизни человека трудно переоценить. Оно является базой всех видов жизнеобеспечения - физиологического, технического, энергетического. Кроме того, естествознание служит теоретической основой индустрии и сельского хозяйства, всех технологий, различных видов производства. Тем самым оно выступает основным элементом культуры человечества, одним из значительных показателей уровня цивилизации.

Данние характеристики естествознания позволяют сделать вывод, что оно является подсистемой познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения.

Поэтому разработка научно-методических основ использования программных средств обучения в курсе «Естествознание», как средства организации познавательной деятельности старшеклассников, является актуальной проблемой теории и методологии среднего образования.

Основной акцент деятельности учащихся ставится на математическое моделирование, создание алгоритмов и программ в среде современных пакетов автоматизированных вычислений в курсе «Естествознание». Современные средства обучения должны удовлетворять множеству специфичных требований, таких, как доступный интерактивный интерфейс, возможность импорта и экспорта данных, выход в Интернет и множество других.

К настоящему времени разработано достаточно большое количество эффективных методов обучения моделированию. При обуче­нии указанным разделам курса «Естествознание» используются, как универсаль­ные системы программирования, так и стандартные прикладные программы, в числе которых системы программирования на языках Basic, Pascal, Си, табличные процессоры, системы управления базами данных и т.п. Однако организация познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» требует освоения старшеклассниками приемов автоматизации сложных математических расчетов, графического представления математических объектов и зависимостей, математического моделирования, основанного на построении алгоритмов и программ. К сожалению, перечисленные системы программирования и прикладные программы не только не всегда удовлетворяют требованиям, но и не вполне достаточны для полноценного решения задач физико-математической подготовки школьников.

При этом следует учитывать, что в организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание», целесообразно использовать ком­пьютерные программы: ХроноЛайнер, Измеритель, MyTest, Mathematica, MatLab, MathCad, Derive, Reduce и т.п. Одним из наиболее удобных для среднего образования являет­ся компьютерный пакет Maple фирмы Waterloo. Maple - это программный пакет, ориентированный на выполнение сложных математиче­ских расчетов и визуализацию результатов вычислений.

Специфика применения программных средств обучения в старшеклассников довольно широко раскрыта в исследованиях O. A. Бушковой [7], Е. А. Дахер [18] и др.

Проблемами экологического образования и воспитания занимались С.Н. Глазачев, В.И. Горовая, Л.И. Губарева, А. Н Захлебный, И.Д. Зверев, Г.Н. Каропа, Е.Е. Письменная, А.П. Сидельковский и др.

Психолого-педагогические основы применения информационных техно­логий в образовании изложены в работах А.Г. Асмолова, В.П. Беспалько, Е.Л. Белкина, Ю.М. Горвица, В.М. Полонского, В.А. Сластенина, Э.Г. Скибицкого, Б.Е. Стариченко, Н.Г. Ярошенко и др.

Возможности повышения эффективности обучения при использовании программных средств обучения рассматривали многие ученые. Внедрение в сис­тему образования информационных технологий обучения предполагает как создание новых средств обучения, так и разработку методик их использования в учебном процессе. Обоснованием концепций создания различных педагоги­ческих технологий и общими проблемами, возникающими при их разработке, занимались Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, А.А. Вербицкий, В.В. Краевский, М.В. Кларин, И.Я. Лернер и др.

Различные технологии создания компьютерных обучающих программ, классификация программных продуктов учебного назначения, педагогические требования к инструментальным средствам рассматривались А.Т. Ворониным, И.В. Ретинской, М.В. Шугриной и др.

Многие исследователи связывают вопросы оптимизации процесса обуче­ния с использованием в нем информационных технологий: К.К. Бойкачев, В.Ф. Венда, Б.Ф. Ломов, Г. Гергей, Б.С. Гершунский, В.Я. Ляудис, Э.Г. Малиночка, Е.И. Машбиц, А.Я. Савельев, Г.К. Селевко и др.

Опыт практического применения информационных и компьютерных технологий в сфере образова­ния в нашей стране был описан в работах А.В. Барабанщикова, Т.А. Бороненко, В.В. Вержбицкого, Т.П. Ворониной, Я.А. Ваграменко, Ю.Н. Демина, М.П. Карпенко, А. О. Кривошеева.

Возможности и перспективы использования в различных областях обра­зования электронных учебников, средств мультимедиа, виртуальной реально­сти, гипертекстовых систем посвящены работы многих авторов: А.И. Архипо­вой, В.Н. Агеева, В.В. Амильдерова, Ю.С. Брановского, А.Г. Браун, А.В. Весе-лова, Д.М. Гришечкина, И.Г. Левитиной, А.Л. Ливитина, А.В. Смольянинова и др.

Однако, несмотря на кажущуюся разработанность проблематики, многие вопросы пока не решены как в теоретическом, так и в практическом плане.

Так, существуют противоречия: между традиционными формами учебно-методического обеспечения и возникающей потребностью в инновационных технологиях обучения; между организацией познавательной деятельности и потребностью практики использованием программных средств обучения, что отразилось в организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание».

Применение информационных технологий в познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» пока является относительно новой областью исследования.

Актуальность и не разработанность названных проблем, а так же настоя­тельная потребность образовательной практики обусловили выбор темы иссле­дования, проблема которого сформулирована следующим образом: каковы пе­дагогические и методические условия организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения.

Цель исследования - теоретическое обоснование и экспериментальная проверка научно-методических основ использованиея программных средств обучения в организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание».

Объект исследования – организация познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с применением современных информационных технологий и компьютерных средств обучения.

Предмет исследования - научно-методические основы применения ин­новационных информационных технологий в организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание».

Теоретико-методологическую основу исследования составили: идеи целостности, системного подхода к анализу явлений и процессов; общая теория познания; представления о познавательной деятельности как особой объективной реальности; принципы организации познавательной деятельности, системности, единства теории и практики, развивающего характера обучения, личностно-ориентированного подхода в обучении.

Гипотеза исследования состояла в предположении, что высокие эффек­тивность и качество процесса обучения старшеклассников в курсе «Естествознание» могут быть обеспечены, если разработка и внедрение новых информационных технологий обучения базируется на научно-методических основах, отражающих: разработки программно-педагогические средства (ППС) по курсу «Естествознание», удовлетворяющие современным представлениям о мультимедийных обучающих курсах, а также соответствующие програмные средства и методику их применения, то комплексное применение совокупности программно-педагогических средств обучения в курсе «Естествознание» повысит интерес учащихся к науке, будет способствовать развитию познавательной деятельности, улучшит качество знаний учащихся.

Для проверки гипотезы и реализации целей были сформулированы и ре­шены следующие задачи:

1. Определить теоретические положения, составляющие научно-методические основы разработки и применения информационных средств обучения в организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» в соответствии с вы­водами современных психолого-педагогических учений и требованиями ин­форматизации обучения.

  1. Выявить и обосновать психолого-педагогические принципы и условия, лежащие в основе реализации информационных инновационных технологий в рамках организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание».

  2. Систематизировать и обобщить процесс разработки инновационных информационных технологий и методик их применения в организации познавательной деятельности старшеклассников.

  3. Разработать методику использования инновационных информационных технологий в соответствии с концепцией модернизации организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание».

  4. Экспериментально проверить эффективность применения программных средств обучения при организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание»

Методологической основой исследования стали философские представления о современном информационном обществе, основные положения организации познавательной деятельности старшеклассников, работы, посвященные вопросам теории, методологии в курсе «Естествознание».

Для решения проблем исследования в соответствии с указанными выше задачами были использованы следующие методы: теоретические, включающие изучение и критический анализ отечест­венной и зарубежной педагогической, психологической и методологической литературы по организации познавательной деятельности старшеклассников и применению современных информационных технологий и ком­пьютерных средств обучения в курсе «Естествознание»; эмпирические, анализ современных проблем организации познавательной деятельности старшеклассников и использования информационных ре­сурсов и программного обеспечения; разработка учебно-методического комплекса (анкетирование, тестирование, статистическая обработка результатов).

Структура дипломной работы: дипломная работа состоит из введения, трех глав и заключения.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩИХСЯ СТАРШИХ КЛАССОВ В КУРСЕ «ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ»


1.1. Особенности познавательной деятельности старшеклассников


Деятельность – основная форма проявления активного взаимоотношения человека с окружающей средой. С этим понятием тесно связаны понятия познания, активности, развития «Под развитием ученика понимается процесс внутренних изменений его физических, психических, духовных сил, обеспечивающих его самореализацию» [21-c.13].

Таким образом, познавательную деятельность можно определить как процесс отражения человеком окружающей его деятельности, образованный не только на приобретении знаний, умений, навыков, но и связи личности с результатами своей деятельности.

Познавательная деятельность, субъектом которой является школьник, имеет репродуктивный характер. Успешность учебной деятельности во многом зависит от степени независимости ребенка, его активности (или, наоборот, пассивности), интереса в достижении результата. Хорошая результативность является итогом поисковой, творческой, независимой познавательной деятельности.

Чтобы ускорять активную познавательную деятельность учащихся нужно вырабатывать у школьников стойкий интерес. Интерес – это и особая связь к чему-либо или кому-либо, это и нужда в установленных эмоциональных переживаниях, принимаемых в результате каких-то действия, от каких-то людей или предметов. Разновидностью интереса является тяга, развитие которой сориентирует ребенка в определении области профессиональных качеств личности, а значит и будущей профессии.

Познавательный деятельность рассматривается как избирательная установка личности, направленная к области познания, к ее предметной стороне и самому процессу овладения знаниями. Он проявляется в отношении к себе, как к личности, к окружающему миру. В конечном итоге интересы определяют связь человека с окружающей действительностью.

Уровень развитости познавательного интереса зависит от многих факторов: социальных, моральных, интеллектуальных и т.д. Развитие познавательной деятельности проходит несколько стадий: от простого любопытства, имеющего избирательный характер, любознательности, характеризующейся изумлением, радостью познания; до тяги к познанию теоретических основ изучаемого предмета.

Содержательные компоненты организации познавательной деятельности, от которой зависит познавательный интерес, многогранны. Они включают эффект новизны, занимательность, предполагают организацию разнообразной деятельности, представляют возможности активного общения и т.д. В процессе становления личности происходит укрепление и обогащение данных компонентов новыми составляющими, содействующими дальнейшему развитию.

Познавательная деятельность старшеклассников характеризуется интеллектуальной активность, позитивный эмоциональный настрой, возможность свободного выбора и избирательной организации деятельности.

Организация познавательной деятельности старшеклассников - это создание оптимальных условий для логического и практического решения учебных задач, с учетом закономерностей каждого познавательного процесса.

Е.М. Муравьев, А.Е. Богоявленская [22-c.8] выделяя основы такой организации учебно-воспитательного процесса, обращают внимание педагогов на следующие условия:

  • взаимодействие познавательных процессов;

  • организация восприятия и наблюдения;

  • организация внимания учащихся (направить сознание ученика на содержание учебной работы, включить в действие, заставить думать);

  • тренировка памяти с учетом ее основных процессов (запоминание, сохранение, воспроизведение), с учетом правильного свертывания информации и способов действий с целью разгрузки памяти от бесполезных или второстепенных сведений, повышение готовности памяти к воспроизведению того, что необходимо и что позволит удержать в памяти более значительный материал;

  • развития мышления учащихся;

  • развитие воображения с опорой на прочные знания, умения и навыки;

  • интеллектуальная активность и самостоятельность;

  • стимулирование творческой активности учащихся (стимулы: жизненно-практическое значение знаний, интерес, доверие к учащемуся, личный пример);

  • учет индивидуальных способностей учащихся;

  • формирование у учащихся положительного отношения к учению, познавательных интересов и потребностей в знаниях;

  • наличие определенного фонда знаний как необходимого условия работы мышления и воображения.

Учитывая эти условия, каждый педагог должен в своей работе по организации познавательной деятельности обеспечить этапы ее организации:

  • создание оптимальных условий для активной самостоятельной творческой работы мышления, восприятия, воображения;

  • организация аналитико-синтетической мыслительной деятельности, а также воображения и формирование на этой основе новых знаний и интеллектуальных (умственных) умений учащихся;

  • закрепление через упражнения, выработка и автоматизация технических компонентов познавательной деятельности учащихся.

Практический опыт показывает, что развитию познавательной деятельности, интересу к изучаемому предмету и к самому процессу умственного труда способствует такая организация обучения, при которой ученик действует активно, вовлекается в процесс самостоятельного поиска и «открытия» новых знаний, решает вопросы проблемного характера.

Для теперешних старшеклассников учебный труд, как и всякий другой, интересен тогда, когда он разнообразен. Однообразная информация однообразные способы действия очень быстро развивают скуку. Для появления интереса к изучаемому предмету необходимо понимание нужности, важности, целесообразности изучения данного предмета в целом и отдельных его разделов.

Учителю важно помнить, то чем больше новый материал связан с усвоенными ранее знаниями, тем он интереснее для учащихся. Связь изучаемого с интересами, существующими у школьников ранее, также способствует возникновению интереса к новому материалу. Не слишком легкий, ни слишком трудный материал не вызывает интереса. Обучение должно быть трудным, но посильным – вот девиз современного учителя.

Необходимо уделять особое внимание контролю, чем чаще проверяется и оценивается работа школьника, тем интереснее ему работать. «Яркость, эмоциональность учебного материала, взволнованность самого учителя с огромной силой воздействует на школьника, на его отношение к предмету» [2-c.7].

Таким образом, нужно отметить, чтоорганизация познавательной деятельности старшеклассников - это целенаправленный процесс для становления личности учащихся как субъекта и объекта развития.


1.2. Применение программных средств обучения в организации познавательной деятельности старшеклассников


Анализ современной научно-методической литературы свидетельствует о тенденции все более широкого использования информационных технологий в учебном процессе.

Образование – это такая сфера деятельности человека, которая всегда чутко реагирует на различные способы подачи информации. Именно так в сферу образования вошли кинофильмы, видеофильмы, кассеты с магнитофонными записями, а в настоящее время активно внедряются новые компьютерные технологии. Вопросам информатизации современного учебного процесса и основам использования информационных технологий при обучении различным предметам посвящено большое количество исследований.

Особое значение для понимания единства не только естественнонаучного, но и социально-гуманитарного знания имеют новые междисциплинарные методы исследования. Речь идет о системном методе, новой концепции самоорганизации, возникшей в рамках синергетики, а также общей теории информации, впервые появившихся в кибернетике.

Кибернетика, возникшая около полувека назад, является одним из замечательных примеров междисциплинарного исследования. Она изучает с единой точки зрения процессы управления в технических, живых и социальных системах. Хотя конкретные процессы управления стали исследовать задолго до возникновения кибернетики, однако каждая наука при этом применяла свои понятия и методы, вследствие чего трудно было выделить наиболее фундаментальные принципы и методы управления.

Для этого требовалось подойти к конкретным процессам управления с более общей, абстрактной точки зрения и применить современные математические методы исследования. Одним из результатов такого подхода явилось широкое использование математических моделей и применение компьютеров.

Поскольку процесс управления связан с получением, хранением и преобразованием информации, постольку кибернетика дала мощный толчок и для развития теории информации. Кибернетика является одним из специальных видов концептуальных систем, исследующих разнообразные процессы управления. Отсюда естественно подходят к общему понятию системы и системного подхода.

При системном подходе объекты исследования рассматриваются как элементы некоторой целостности или системы, связанные между собой определенными отношениями, которые образуют структуру системы. В результате взаимодействия этих элементов общие, целостные свойства системы будут качественно отличаться от свойств составляющих ее элементов и не сводиться к их сумме.

Такие свойства называют эмерджентными, или возникающими, поскольку они появляются или образуются именно в процессе взаимодействия элементов системы. Свойства системы как целого не сводятся к сумме свойств частей.

В исследованиях по теории и методике обучения астрономии вопросы применения информационных технологий рассматриваются в диссертационных исследованиях И.В. Паболкова (применение компьютерного моделирования в школьном астрономическом образовании, методика применения пакета программ «АСТРОНОМИЯ») Л.С. Белоозеров (методика изучения астрономических понятий курса физики и астрономии в современной школе на базе новых технологий обучения).

Новые информационные технологии в образовании – это образовательные технологии с использованием компьютеров. По определению А.В. Смирнова «… новая информационная технология (НИТ) – технология обработки, передачи, распространения и представления информации с помощью ЭВМ, создание вычислительных и программных средств» [С. 59].

Аппаратные и программные средства, необходимые для реализации информационных технологий, называют средствами новых информационных технологий СНИТ. В исследовании А.В. Смирнова дано следующее определение средств новых информационных технологий: «…аппаратные и программные средства учебного назначения, необходимые для реализации новых информационных технологий обучения» [С. 46].

Под средствами информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) С.В. Панюкова понимает «комплекс технических, программно-аппаратных, программных средств, систем и устройств, функционирующих на базе средств вычислительной техники; современных средств и систем информационного обмена, обеспечивающих автоматизацию ввода, накопления, хранения, обработки, передачи и оперативного управления информацией» [С.7].

К средствам информационных и телекоммуникационных технологий относятся: ПЭВМ, перефирийное оборудование, средства технологии мультимедиа и систем «виртуальная реальность», системы машинной графики и искусственного интеллекта; средства коммуникации (сетевое оборудование, программные комплексы, телефонные линии, волоконно-оптические и спутниковые каналы связи и пр.) и их инструментарий.

Наиболее общая работа, в которой рассматривается классификация средств информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) по способу их использования в образовательных целях, является работа И.В. Роберт и П.И. Самойленко «Информационные технологии в науке и образовании» в которой предлагается следующая классификация использования ИКТ. ИКТ можно применять в качестве:

  • средств обучения;

  • средств, совершенствующих процесс преподавания;

  • инструмента познания окружающей действительности и самопознания;

  • средств развития личности обучаемого;

  • объекта изучения в рамках освоения курса информатики;

  • информационно-методического обеспечения и управления учебно-воспитательным процессом;

  • средства коммуникаций;

  • средства автоматизации процесса обработки результатов эксперимента и управления;

  • средства автоматизации процессов контроля и коррекции результатов учебной деятельности, тестирования и психодиагностики;

  • средств организации интеллектуального досуга.

Новые информационные (компьютерные технологии по классификации Г.К. Селевко ) наиболее часто применяются в учебном процессе. Программные средства обучения развивают идеи программированного обучения, ориентированы на локальные компьютеры. По организационным формам преобладают индивидуальная работа учащихся или работа в малых группах.

При этом применяются готовые программы (обучающие и демонстрационные), компьютерные проектные среды, например «Живая физика», готовые компьютерные лабораторные комплексы для проведения экспериментов, электронные задачники, интерактивные анимационные компьютерные модели физических процессов.

При решении прикладных математических задач широкое применение нашли программные системы компьютерной математики. Авторы предлагали различные названия таких компьютерных программ. Так, они носили названия «системы компьютерной алгебры» [23], «математический пакет» [13], «системы аналитических вычислений» [39], «компьютерные математические пакеты» [34], а в последнее время закрепилось название «системы компьютерной математики» [7].

Вначале программные средства обучения делились на два принципиально различных класса: системы для численных и символьных (аналитических) вычислений. К первым обычно относили системы Eurica, MATLAB, MathCAD, электронные таблицы, например, Microsoft Excel.

Ко вторым относились программные средства обучения MuPAD, Mathematica, Maple. В настоящее время такое деление считается устаревшим.

Все перечисленные программные средства обучения получили дальнейшее развитие как универсальные системы, обеспечивающие автоматизацию как численных, так и аналитических вычислений. Среди универсальных следует отметить MATLAB, MathCAD, Mathematica и Maple.

С одной стороны, выбор оптимального программного средства обучения определяется конечными целями его использования, классами задач, решаемыми с его помощью. С другой стороны, все програмные пакеты имеют единое назначение автоматизации процесса громоздких формульных вычислений и получения конечного результата в числовой, формульной и графической формах, что освобождает пользователя от непродуктивных затрат времени. Все програмные пакеты имеют достаточно мощный арсенал средств для решения задач различных классов, оснащены большим числом встроенных функций, средствами символьных преобразований, визуализации и анимации.

В. П.Дьяконов , один из ведущих специалистов в России в области информационных технологий, определяет программные средства обучения как совокупность теоретических, алгоритмических, аппаратных и программных средств, предназначенных для эффективного решения на компьютерах всех видов математических задач с высокой степенью визуализации всех этапов вычислений [19].

Анализ сравнительных данных популярности программных средств обучения в мире и в России представлены в таблице 1.



Таблица 1

Популярность программных средств обучения в мире и в России

Система

Место в мире

Место в России

Derive

2

5

MuPAD

6

6

MathCAD

5

3

Mathematica

4

4

Maple

1

2

MATLAB

3

1


В мире первое место занимает система Maple, которая и была изначально ориентирована на применение ее в сфере образования. В настоящее время Maple - мощная и универсальная программа, которая способна решать широкий класс задач и обладает непревзойденными графическими возможностями. Эта программа является совместной разработкой Университета Ватерлоо (Канада) и Высшей технической школы (ETHZ, Швейцария), для продажи которой была создана специальная компания - Waterloo Maple, Inc.

Широкое распространение в мире имеет система Derive, являющаяся базой для современных микрокалькуляторов. В России их не так много, поэтому Derive трудно всерьез конкурировать с другими компьютерными математическими пакетами в обилии функций и графических возможностях. Derive является больше учебной системой компьютерной алгебры начального уровня. Преимуществом этой программы является ее нетребовательность к аппаратным ресурсам компьютера.

MatLab - одна из тщательно проработанных и проверенных временем систем автоматизации математических расчетов, построенная на расширенном представлении и применении матричных операций. Это нашло отражение и в самом названии системы - MATrixLABoratory, то есть матричная лаборатория. Но в то же время синтаксис языка программирования системы продуман настолько тщательно, что данная ориентация почти не ощущается теми пользователями, которых не интересуют непосредственно матричные вычисления.

В отличие от мощного и ориентированного на высокоэффективные вычисления при анализе данных пакета MatLab, программа MathCad, представляет собой продвинутый редактор математических текстов с широкими возможностями символьных вычислений и прекрасным интерфейсом.

MathCad не имеет языка программирования как такового, а возможности символьных вычислений заимствованы из пакета Maple. Все вычисления здесь осуществляются на уровне визуальной записи выражений в общеупотребительной математической форме. Пока математические возможности MathCad в области компьютерной алгебры намного уступают системам Maple, Mathematica и MatLab.

Компания Wolfram Reseach, Inc., разработавшая систему компьютерной математики Mathematica, по праву считается старейшей и наиболее крупной в этой области. Пакет Mathematica повсеместно применяется при расчетах в современных научных исследованиях. Можно даже сказать, что Mathematica обладает значительной функциональной избыточностью. В приведенном рейтинге система Mathematica заняла четвертое место по популярности, как в мире, так и в России. Однако большое количество научных работ, как, например [7; 31], по внедрению пакета Mathematica в систему образования доказывает ее популярность.

Сравнение пакетов Mathematica и Maple показывает, что Maple выигрывает своими графическими и анимационными возможностями, в то время как Mathematica при решении некоторых задач дает результат, который не удавалось получить в Maple [35].

При внедрении программного обеспечения в систему школьного образования важным критерием является наглядность, интерактивность и визуализация этапов решения задач. Всем этим качествам удовлетворяет система Maple, поэтому именно эту программу можно применять в школе на уроках математики, информатики и физики.

Также немаловажным фактором выбора программного обеспечения для системы образования является стоимость пакета. Так стоимость пакета Mathematica превышает стоимость идентичного по возможностям пакета Maple примерно в 2,5 раза. Итак, система Mathematica, на наш взгляд, больше подходит для научных исследований, MathCad - для решения инженерных задач, a Maple - при решении образовательных задач в школе и в ВУЗе.

Кроме того, практически все компьютерные математические пакеты обладают возможностями импорта и экспорта данных. Так, например, файл из Maple можно экспортировать в общеизвестные форматы HTML, LaTeX, RTF. При этом сохранится форматирование документа, наличие формул, что является очень удобным. Также широко развита возможность импорта объектов в документ Maple, таких как графическое изображение, звук, видео, формула. Импорт и экспорт файлов успешно осуществляется между Maple и следующими приложениями: Corel Draw, Microsoft Equation, Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft Power Point, Paintbrush.

В связи с широким внедрением Интернет-технологий в Maple существует команда, которая позволяет открыть ресурс Интернета или файл Maple, который находится на другом компьютере в сети, не выходя из программы аналитических вычислений.

Отметим, что практически все эти системы работают не только на персональных компьютерах, оснащенных популярными операционными системами Windows, но и под управлением операционных системы Linux, UNIX, а также на КПК.

Также немаловажны эргономические требования, которым удовлетворяют программных средств обучения, с точки зрения использования их в системе образования: отображение информации на экране управляется пользователем (цвет, шрифт, масштаб, редактирование графика и т.д.); обеспечивается работа в нескольких режимах (текстовый, графический, символьный); существует настройка среды на конкретные типы монитора и используемых драйверов; к пакетам можно подключать библиотеки с целью решения дополнительного круга задач.

В настоящее время является необходимым внедрение в процесс обучения естествознанию таких систем и программ, которые дают возможность учащимся раскрыть свои умственные и творческие способности, развить мышление и логику, получить основы профессиональных компетенций и определить курс своей будущей карьеры.

BC.Корнилов , в своем исследовании считает, что важнейшей задачей педагогики является нахождение, накопление и анализ различных технологий и способов использования средств обучения в учебном процессе таким образом, чтобы придать учебным занятиям черты технологичности. Внедрение в учебный процесс информационных технологий обучения, в частности, программных средств обучения, инициирует формирование у учащихся компьютерного визуального мышления, которое предполагает оперирование образами на экране компьютера. Ученикам предоставляется возможность активно и сознательно осмысливать различные, ранее незнакомые математические понятия; успешно решать учебные математические задачи [34, с. 344].

Применению программных средств обучения в ВУЗах нет альтернативы [28]. Вопрос же об их использовании в школах остается недостаточно раскрытым.

По мнению Р. И.Ивановского , необходимость введения программных средств обучения в процесс школьного образования определяется следующими факторами: высокой интенсивностью учебного процесса; требованиями повышения информативности занятий; стремлениями исключить рутинные операции; отсутствием времени на разработку учащимися сложных программ; требованиями вариативности решаемых типовых задач; простотой создания иллюстраций на базе компьютерных математических пакетов; простотой символьного, численного и графического решения задач и их анимации [27, с.32].

Обучающимся необходимо дать умения и навыки использования программных средств обучения, что является на данный момент одним из приоритетных направлений в прикладных науках. Согласно проведенным исследованиям, а также уже накопленному опыту применения в школах, наиболее удачным средством достижения поставленных целей является пакет символьной математики Maple. Он позволяет легко проводить сложные вычисления и наглядно представить изучаемый объект в графической форме, что помогает созданию качественных проектов по естественнонаучным дисциплинам. Математика и информатика являются ядром физико-математического цикла, что дает возможность при использовании пакета символьной математики Maple интегрировать эти предметы, тем самым, повышая качество знаний как по математике и информатике, так и по всем остальным предметам данного цикла.

Е. А.  Дахер  [18] считает, что программные средства обучения с точки зрения педагогики является дидактическим средством обучения, которое при наличии соответствующей разработанной методики преподавания позволяет оптимизировать учебный процесс, а с точки зрения информатики - средством, предназначенным для автоматизации решения математических задач в различных областях науки, техники и образования, интегрирующим в себя современный интерфейс пользователя, аналитические и численные методы решения различных математических задач, средства визуализации результатов вычислений. На стадии принятия решений такое средство позволяет с большей достоверностью проанализировать полученные результаты.

В своем исследовании BC. Корнилов  [34] утверждает, что использование программных средств обучения в системе образования, в частности в ВУЗе, способствует реализации ряда дидактических принципов обучения. Сопоставим выделенные им принципы школьному образованию.

С использованием программных средств обучения в процессе обучения реализуются творческая активность и инициатива учащихся. Таким образом, происходит смещение акцента в сторону активного обучения.

Использование программных средств обучения гармонично со­четает групповую и индивидуальную форму обучения при выполнении каждым учеником индивидуального задания как части общего задания. Тем самым реализуется принцип коллективного характера в сочетании с развитием индивидуальных особенностей старшекласника.

Иллюстративность и практическая значимость излагаемого с помощью программных средств учебного материала способствует активизации обучениям формированию устойчивого познавательного интереса.

С использованием программных средств обучения реализуется принцип профессиональной направленности обучения, выражающийся в формировании у учащихся профессионально значимых умений и навыков для своей будущей работы в различных областях. К таковым относятся: умение анализировать роль и степень влияния различных факторов и условий на характер исследуемых свойств процессов и явлений; умение самостоятельно формулировать задачи; умение интерпретировать полученные результаты, представленные в виде таблиц и графиков; навыки самостоятельного использования современных компьютерных технологий при решении задач.

С использованием программных средств обучения реализуется принцип научности обучения, так как с помощью математических пакетов становится возможным наглядно показать учащимся большее число фундаментальных научных достижений в области естествознания, сформировать знания об общенаучных методах познания, о методах исследо­вания и компьютерном моделировании.

Таким образом, использование программных средств обучения в школьной системе образования реализует принцип системности обучения. Этот прин­цип, формируя качество знания наличием в сознании учащихся межпредметных связей, отражает содержательно-логические связи с учетом их познавательных возможностей.

С использованием программных средств обучения реализуется принцип опережающего обучения путем формирования у старшеклассников знаний, умений и навыков, позволяющих адаптироваться к познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание».


1.3. Особенности использования программных средств обучения в курсе «Естествознание»


Естествознание – система наук о явлениях и законах природы. На современном этапе развития естествознание включает множество отраслей: физику, химию, биологию, биохимию, геохимию, астрономию, генетику, экологию и др. Естествознание захватывает обширный спектр вопросов о многообразных свойствах объектов и явлений природы, которую можно анализировать как целостную систему. Успехи естествознания, особенно с XVII–XVIII вв., на долгое время сделали принципы естествознания эталоном рациональности.

Изучение природы было естественным влечением человека познать окружающий мир и стало основой практической деятельности. Основные понятия, само представление о закономерностях изменения явлений, способы применения законов природы были порождены ее исследованием.

Отношение к природе, понимание ее места в мироздании, представление о явлениях, происходящих в ней, были основой научных и философских систем в различных цивилизациях. В настоящее время естественнонаучные знания являются сферой активных действий и основанные на них современные технологии формируют новый образ жизни человека.

Компьютеризация образования становится предметом все более широких исследований.

Методологическим основам проблемы применения компьютеров на уроках естествознания посвящены работы Л.И. Анциферова, Г.А. Бордовского, В.А. Извозчикова, А.С. Кондратьева, В.В. Лаптева и др.

Часть авторов показывает, что наиболее перспективным использованием программных средств обучения на уроке является применение в качестве инструментального средства. Так, например, В.В. Клевицкий рассматривает возможности проведения компьютеризованного физического эксперимента для индивидуализации обучения.

В показано, что применение компьютеризованного эксперимента наиболее актуально там, где это вносит качественно новые результаты, по сравнению с традиционным, натурным экспериментом, например, в задачах, в которых исследуются быстро протекающие процессы, задачах, в которых точность традиционного оборудования школьного кабинета недостаточна, и т.п. Компьютер может использоваться для обработки данных и регистрации большого массива экспериментальных данных, как средство коммуникации. Это отражает и тенденции использования компьютера в современной астрономии.

Современного астронома чаще можно увидеть не у окуляра телескопа, а перед монитором компьютера. Причем не только теоретика, но и наблюдателя. Применения компьютера в астрономии, как и других науках, чрезвычайно разнообразны. Это и автоматизация наблюдений, и обработка их результатов. Современные астрономы видят изображения небесных объектов не в окуляре, а на мониторе – приемником излучения обычно служит прибор с зарядовой связью (ПЗС) – ПЗС матрица.

Компьютеры также нужны для работы с большими объемами информации, поступающей с космических телескопов, все данные о наблюдениях передаются по Интернет. Важнейшим средством современной науки физики является компьютерный эксперимент, компьютерное моделирование. Использование компьютера на уроках физики и астрономии позволяет познакомить учащихся со всеми этими направлениями.

Карпушова И.Б., Сапрыкина Г.А., Старцева Н.А. подробно рассмотрели технологию создания программных средств обучения естественнонаучного цикла с психологической точки зрения. Ими была предложена таблица использования возможностей персонального компьютера (ПК) для интенсификации процесса усвоения учебного материала (Табл.2).

Таблица 2.

Использование возможностей программных средств обучения для интенсификации процесса усвоения учебного материала

Элементы процесса усвоения

Возможности компьютерного курса для интенсификации элементов процесса усвоения

Восприятие

Комплекс виртуальных лабораторий и интерактивных моделей, анимации, звук, красочность

Понимание

Гипертекст, справочные таблицы, интерактивный словарь, система гиперссылок, глоссарий, каталоги и путеводители

Осмысление

Контроль в журнале работы, помощь в выборе оптимального алгоритма решения; тестовые задания, вопросы

Обобщение

Выделение основных мыслей, схемы, таблицы, диаграммы и т. д.

Закрепление

Повторное воспроизведение важных элементов, воспроизведение других вариантов (многовариантность), тренинг, система дистанционного обучения. Тренирующе-тестирующий блок, интегрированный с базой данных задач

Применение

Тренирующе-тестирующий блок: решение задач, тестов. Работа с интерактивными моделями, выполнение заданий творческого характера, поисковая работа через рекомендуемые проблемные сайты, предметный и именной указатели


Из этого вытекают следующие требования к программных средств обучения: современные компьютерные курсы должны быть мультимедийными, многоуровневыми, содержать гипертекст, современную графику, основываясь на современных технологиях Java, Macromedia Flach, компьютерные модели должны быть по возможности интерактивными.

На основе таблицы, представленной в составлена таблица использования современных программных средств обучения с элементами дистанционного обучения, в которую добавлены характеристики современных мультимедийных программных средств обучения, ориентированных на работу в сети Интернет (комплекс виртуальных лабораторий и интерактивных моделей, глоссарий, каталоги и путеводители, предметный и именной указатели, тренирующе-тестирующий блок) (табл. 1).

Ниже опишем основные особенности пакета Maple, демонстрирующие уникальные возможности этой системы программных средств обучения для решения конкретных образовательных задач в курсе «Естествознание».

1. Интерфейс системы Maple

В основе пользовательского интерфейса Maple лежит графический многооконный интерфейс операционной системы Windows. Управление системой возможно с помощью главного меню, панелей инструментов и палитр. Набор панелей инструментов зависит от типа рабочей среды, которая представлена следующими модами: текстовая, формульная, программная (область ввода), исполнительная (область вывода), графическая, а также табличная, Web и т.д. Интерфейс программы простой, доступный, интуитивно понятный и интерактивный. При работе осуществляется естественный диалог пользователя и программы. Maple имеет собственный язык программирования, свои команды, стандартные функции, которые по идеологии близки к языку Turbo Pascal.Запись команды заканчивается либо «:», либо «;», а ее исполнение производится при нажатии клавиши Enter или через контекстное меню.

Одной из важнейших особенностей Maple является строгое и очень удачное соответствие структуры команд и программных процедур логике математического мышления. Логика командных процедур Maple соответствует логике заданию функции от одной или нескольких переменных. Поэтому написание команд в Maple воспринимается пользователями довольно легко. И в то же время, грамотное владение Maple подразумевает умение работать с математическими функциями.

Необходимо отметить, что сама эта особенность существенно повышает математическую грамотность и развивает абстрактное математическое мышление. При начале взаимодействия с Maple и учащиеся, и учителя непосредственно на каждом шагу ощущают это полезное влияние.

  1. Языки программирования

Язык программирования Maple весьма близок к языку программирования Turbo Pascal, и обладая четкой структурой, математической логикой и возможностями, не уступающими Turbo Pascal, одновременно обладает несравненно большими графическими возможностями, возможностями анимации и развитостью интерфейса. Кроме того, в ядре этой программы содержится большой набор готовых вычислительных процедур, представленных в виде команд, как например, solve(); int();, самостоятельное определение которых заняло бы десятки строк обычной программы. Все эти качества позволя­ют рассматривать язык программирования Maple как базовый для изучения основ программирования в школе на уроках информатики, альтернативный Turbo Pascal и Basic.

  1. Биективная система отображения: команда формула

Биекция, взаимно-однозначное отображение, является одной из центральных идей любой математической структуры. Именно биекция дает возможность математике моделировать явления окружающего мира. Идея биекции является центральной и для системы Maple. В частности, она реализуется при конвертировании выражений: из текстовой строки выражение преобразуется в программу, из программы - в математическую формулу, из формулы - в исполнительную и обратно в любом порядке.

Установление и применение этой биекции способствует более глубокому пониманию как математики, так и программирования.

4. Графические возможности Maple

Как известно, более 90 % всей информации человек получает через зрительный канал. Поэтому графическая форма представления информации является важнейшей и для процесса обучения, а графические возможности программы являются приоритетными при выборе базовой программы для обучения. Хорошие графические возможности программы способствуют росту интереса к изучаемому предмету, развитию пространственного мышления и одновременно создают базу для математического моделирования явлений окружающего мира. По общему признанию специалистов пакет Maple обладает уникальными графическими и анимационными возможностями как для двухмерного, так и трехмерного моделирования показано на рисунке 1 и рисунке 2.

>plot([х^3-2*х+1,х^2],х=-5..5,

color=[green, orange], thickness=[4,3],title="Графики функций", titlefont=[TIMES,BOLD,12]);

hello_html_m381fc32.gif

Рис. 1. Построение графиков функций в Maple.



hello_html_745bb32c.gif


hello_html_7f127dc3.png

Рис. 2. Построение гиперболического параболоида в среде Maple


Очень полезной особенностью графических возможностей Maple является интерактивность пространственной графики. На рисунке 3 показан объект в пространстве можно вращать и рассматривать во всех ракурсах. Представим фрагмент программы, реализующей анимацию графика функции на рисунке 3.


hello_html_m29713681.jpg

Рис. 3. Гиперболический параболоид в среде Maple.


Работа с анимацией в Maple осуществляется с помощью меню и панели инструментов. Достоинством анимации является то, что они легко экспортируются как отдельный анимационный файл и применимы для демонстрации.

5. Маплеты

В Maple есть уникальная возможность создания диалога программы и пользователя в графической форме в виде маплета.

6. Возможность создания пользовательских библиотек

Maple обладает богатой библиотекой приложений. Открытость программного кода системы предоставляет пользователю широкие возможности для создания собственных библиотек [1; 2].

Программная структура прикладных математических пакетов, как правило, включает ядро программы, содержащее основные программные процедуры общего назначения (основные логические операции, алгебраические операции, действия над числами и т.п.), и систему специальных библиотек программных процедур, обеспечивающих программную поддержку профессиональных исследований в области математики и других точных наук, а также дополнительные программные средства решения ряда задач.

Такая архитектура компьютерного математического пакета является следствием компромисса между универсальностью программного обеспечения и эффективностью и скоростью вычислений, что позволяет пользователю создавать свои собственные профессиональные библиотеки программных процедур (БП) и подключать их к основному ядру программы. Каждая такая БП представляет собой отдельный файл, содержащий определения ряда логически и функционально связанных между собой многопараметрических пользовательских программных процедур. После создания файла обычными средствами Maple он сохраняется в формате программы Maple «*.m», и его содержимое становится недоступным для ре­дактирования и просмотра пользователями, а лишь для применения создан­ных программных процедур.

Профессор Ю. Г. Игнатьев выделил три причины необходимости создания собственных пользовательских библиотек [29]:

  • Во-первых, конкретные задачи научного исследования или учебного процесса задают устойчивые, часто повторяющиеся последовательности методов и средств исполнения, которые, естественно, требуют алгоритмизации и автоматизации.

  • Во-вторых, требования быстрого использования систем процедур компьютерного математического пакета (чаще всего в демонстрационных целях) выявляют устойчивые алгоритмы процедур с минимальным набором параметров, которые оформляются в виде пользовательской процедуры.

  • В-третьих, некоторые существующие процедуры (чаще всего численных расчетов) занимают слишком много времени, что делает практически невозможным эффективное решение задачи. Это касается, в первую очередь, прикладных научных задач.

  • В-четвертых, компьютерные математические пакеты, несмотря на заявления их создателей, все же допускают ошибки. Столкнувшись с ними, пользователь вынужден создавать свои библиотеки пользовательских процедур.

Для среднего образования актуальными являются два первых из перечисленных выше факторов. Кроме того, применительно к школьному образованию возникает еще один фактор. Стандартные процедуры Maple часто имеют сложную структуру и определяются большим числом необязательных параметров. В таких случаях целесообразно создание более простого варианта процедур, исключая лишние параметры в зависимости от задач пользователей.

Часто учителя математики, физики, использующие на уроках возможности Maple, не обладают необходимыми навыками программирования. В таких случаях именно учителем информатики может создаваться библиотека процедур по различным направлениям предметов физико-математического цикла. Созданной библиотекой могут воспользоваться, как учителя, так и ученики.

Таким образом, используя готовые пользовательские процедуры в курсе «Естествознание», с помощью одной команды можно решить задачу гораздо проще и быстрее. Каждая написанная программная процедура, в свою очередь, наравне со стандартными процедурами Maple может стать частью новой программной процедуры, - тем самым создаются более сложные и функциональные программные продукты.

Работа над специализированной библиотекой процедур развивает навыки алгоритмического мышления и программирования, что в свою очередь развивает алгоритмическое мышление ученика и повышает профессиональную квалификацию преподавателя, приближая ее к современным требованиям





Вывод к первой главе


Перспективные возможности обуславливают организацию познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения, на первый взгляд, весьма отдаленные части в единое целое.

Развитие познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения, как научной области и постоянное совершенствование информационных технологий привело не только к появлению большого количества языковых средств кодирования алгоритмов, но и к довольно четкому формированию четырех основных способов разработки самих алгоритмов - парадигм программирования.

Структурные программы удобны для решения простых расчетных задач, характерных для учебного процесса. К процедурным языкам программирования относятся: Basic, Turbo Pascal, Ada, Фортран, Модула-2, ПЛ/1, Рапира, REXX. Процедурная парадигма являлась основой обучения в большинстве курсов программирования. Опыт этой работы отражен в работах таких исследователей, как А. Г. Гейн, А. П. Ершов, В. Е. Жужжалов, А. Г. Кушнеренко, В. М. Монахов и многих других.

Использование программных средств обучения в школе принято начинать на базе классических процедурных языков, таких как Basic или Pascal. При этом на начальном этапе нежелательно разделять алгоритмизацию и программирование во времени.

Такими многофункциональными средствами обучения, одновременно являющимися средой программных средств обучения в курсе «Естествознание», а также средством организации информационной среды, создания и обработки информационных объектов, могут служить компьютерные математические пакеты.

Сравнение пакетов Mathematica и Maple показывает, что Maple выигрывает своими графическими и анимационными возможностями, в то время как Mathematica при решении некоторых задач дает результат, который не удавалось получить в Maple.

При внедрении программного обеспечения в систему школьного образования важным критерием является наглядность, интерактивность и визуализация этапов решения задач. Всем этим качествам удовлетворяет система Maple, поэтому именно эту программу можно применять в школе для организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание».

ГЛАВА 2. Реализация организации познавательной деятельности старшеклассников в КУРСЕ «ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ


2.1. Организация познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание»


Естествознание, как указывалось ранее, – это совокупность наук о природе, взятых в их взаимосвязи. Но данное определение не отражает в полной мере сущности естествознания, поскольку природа выступает как единое целое. Это единство не открывается ни одной частной наукой, ни всей их совокупностью. Множество специальных естественнонаучных дисциплин своим содержанием не исчерпывает всего, что мы подразумеваем под природой: природа глубже и богаче всех имеющихся теорий.

Понятие природы трактуется по-разному. Чаще под природой понимается все сущее, весь мир в многообразии его форм. Природа в этом значении стоит в одном ряду с понятиями материи, Вселенной. Наиболее понятно толкование понятия «природа» как совокупности естественных условий существования человеческого общества. В данной трактовке характеризуются место и роль природы в системе исторически меняющегося отношения к ней человека и общества. В более узком смысле под природой понимают объект науки, а точнее – совокупный объект естествознания.

Современное естествознание развивает новые подходы к разумению природы как единого целого. Это выражается в изображениях о развитии природы, о различных формах движения материи и разных структурных уровнях организации природы, в расширяющемся представлении о типах причинных связей. Например, с созданием теории относительности существенно видоизменились взгляды на пространственно-временную организацию объектов природы; развитие современной космологии обогащает представления о направлении естественных процессов; развитие экологии привело к пониманию глубоких принципов целостности природы как единой системы

Современное естествознание представляет собой раздел науки, основанный на повторяемой эмпирической проверке гипотез и создании теорий или эмпирических обобщений, изображающих природные явления. Совокупный объект естествознания – природа.

Предмет естествознания – факты и явления природы, которые воспринимаются нашими органами чувств, прямо или опосредованно, с помощью приборов.

Наша задача состоит в том, чтобы выявить эти факты, обобщить их и создать теоретическую модель, включающую законы, управляющие явлениями природы. Например, явление тяготения – конкретный факт, принятый посредством опыта; закон всемирного тяготения – вариант объяснения данного явления. При этом эмпирические факты и обобщения, будучи определенными, сохраняют свое первоначальное значение. Законы могут быть изменены в ходе развития науки. Так, закон всемирного тяготения был скорректирован после создания теории относительности.

Основной принцип естествознания гласит: знания о природе должны допускать эмпирическую проверку.

Это означает, что истиной в науке признается то положение, которое доказывается воспроизводимым опытом. Таким образом, опыт является решающим аргументом принятия той или иной теории.

Вопрос использования программных средств обучения в курсе «Естествознание» в средней школе является очень важным и актуальным.

Современные программных средств обучения развиваются с калейдоскопической быстротой. Поэтому необходимо определить дидактические требования к современному понятию «электронный учебник», к комплексу программных средств обучения в курсе «Естествознание» на примере астрономии и физики, рассмотреть вопросы методики применения использованием программных средств обучения познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание».

В настоящее время в обучении физике широко применяются различные программных средств обучения обучающие компьютерные программы и программные среды.

С появлением компьютеров в классах стала меняться методика преподавания астрономии и физики, все больше используются проектная и исследовательская формы учебной деятельности, индивидуализация обучения. Использование компьютера на уроке физики эффективное средство познавательной деятельности учащихся, которое открывает для учителя широкие возможности по совершенствованию урока.

Применяя учебные имитационные компьютерные программы, учитель может представить изучаемый материал более наглядно, показать модели физических экспериментов, для которых нет оборудования в школе. Например, «Задачник по физике. Оптика. Волны» разрешает учащимся наблюдать имитационные эксперименты по интерференции и дифракции, « «Опыт Майкельсона», опыты по поляризации света.

С помощью астрономической программы «PcSpace v. 2.2» возможно странствие на космическом корабле по нашей Галактике. Программа RedShift 4 является универсальным планетарием.

Компьютерная программа по физике может смоделировать работу ядерного реактора или эволюцию звезд. Кроме того, компьютерное моделирование значительно экономит время на самих уроках, упрощает процесс подготовки учителя к уроку, экономит время учителя.

Для учителя важно ориентироваться в основных программных средств обучения, а также знать, для каких дидактических целей они могут использоваться. Кратко невозможно проанализировать особенности всех современных программных средств обучения, такое разнообразие имеется на сегодняшний день.

Мы понимаем под анимацией модель, в которой возможно отражение физического или химического явления, процесса, движение объектов без влияния пользователя на это движение, процесс, явление.

Под интерактивной моделью мы понимаем такую анимацию, на параметры которой можно влиять в процессе изучения. С методической точки зрения с помощью интерактивных моделей можно сконструировать компьютерную лабораторную работу.

Под обучающей компьютерной моделирующей средой мы понимаем интерактивную среду, в которой можно создавать самостоятельные интерактивные эксперименты, моделировать процессы и явления.

Важными могут быть ответы на следующие первоочередные вопросы.

  1. Какие обучающие программные средства обучения, моделирующие физические и химические эксперименты, имеются на сегодняшний день.

  2. Какие программные средства обучения содержат анимации, какие – интерактивные модели, а какие моделирующие компьютерные среды?

  3. Как можно организовать учебный процесс с использованием компьютера в кабинете естествознания.

Анализ программных средств обучения мы привели в таблицах 3–6 приложение А.

Анализ имеющихся программных средств обучения по естествознанию позволяет сделать вывод, что не создан современный мультимедийный курс астрономии, содержащий интерактивные модели, тренирующе-тестирующий блок, интегрированный с базой задач и тестов, поисковый блок, содержащий предметный и именной указатели, глоссарий. Мультимедийный курс должен быть ориентирован на работу не только на локальном компьютере, но и в локальных сетях и Интернет.

Анализ имеющихся программных средств обучения по естествознанию позволяет сделать вывод, что в настоящее время созданы различные современные мультимедийные курсы по естествознанию. В дальнейшем надо создать мультимедийный курс, в котором кроме интерактивных моделей, учебно-справочного блока, тестирующего комплекса, имеется виртуальная лаборатория, в моделирующей среде которой учитель и учащиеся смогут самостоятельно создавать интерактивные модели.

По своему дидактическому назначению программных средств обучения можно разделить на следующие группы:

  1. Демонстрационные программы.

  2. Обучающие программы.

  3. Контролирующие.

  4. Обучающе-контролирующие программных средств обучения.

  5. Тренажеры.

С другой стороны принято выделять:

  1. Конструкторы или компьютерные моделирующие среды.

  2. Имитационно-моделирующие программных средств обучения. Некоторые программных средств обучения могут содержать интерактивные модели, в которых учитель или учащийся может изменять параметры модели и более глубоко исследовать соответствующий процесс.

Программные средства обучения средства позволяют:

  • «индивидуализировать и дифференцировать процесс обучения;

  • осуществлять контроль с диагностикой ошибок, обратную связь;

  • проводить самоконтроль и самокоррекцию учебной деятельности;

  • высвобождать учебное время за счет выполнения компьютером рутинных вычислительных работ;

  • визуализировать учебную информацию;

  • моделировать и имитировать изучаемые процессы или явления;

  • проводить лабораторные работы в условиях имитации на компьютере реального опыта или эксперимента;

  • формировать умение принимать оптимальное решение в различных ситуациях;

  • развивать определенный вид мышления (например, наглядно-образного, теоретического);

  • усиливать мотивацию обучения (например, за счет изобразительных средств программы или вкрапления игровых ситуаций);

  • формировать культуру познавательной деятельности и др.» [С.231].

Быстрое развитие программных средств обучения, начавшееся буквально сразу после введения курса «ОИВТ», привело к процессу переосмысливания целей и места этого предмета в системе образования. В последнее десятилетие программных средств обучения становится ключевой составляющей всей системы научного познания и будет в значительной степени определять пути формирования глобального информационного общества, основанного на знаниях. В настоящее время в мировом научном и образовательном сообществах существуют три основные точки зрения на предмет и область исследований программных средств обучения [33].

В соответствии с первой из них программные средства обучения все еще квалифицируется как комплекс технических дисциплин, изучающая методы и средства автоматизированной обработки и передачи информации при помощи современных средств информатизации и, в первую очередь, с помощью ЭВМ и телекоммуникационных сетей. Именно эта точка зрения была доминирующей вплоть до 1995 года и определяла отношение к информатике в отечественной науке. В США, Канаде и многих других англоязычных странах русскоязычному термину «Информатика» сегодня соответствует, как минимум, четыре англоязычных термина и четыре сформировавшиеся области знания: Information science, Computer science, Computer Science and Information Science и Computational Science. При этом в области Computer science основное внимание уделяется инструментально-техническим аспектам, а не изучению собственно информационных процессов, которыми занимается другая наука, получившая в этих странах название «Information science».

Термин «учебная компьютерная среда» употребляют многие исследователи. А.Л. Сметанников считает, что «учебная компьютерная среда» применяется «… для изучения отдельных тем и разделов дисциплин, усвоение которых направлено на формирование функциональных навыков умственных действий. Суть их заключается в том, что учащемуся предоставляется математическая, информационная или структурная модель обучаемого объекта, явления или процесса (среда)» [С.22 ].

Под термином обучающая компьютерная моделирующая среда мы понимаем интерактивную среду, в которой можно изучать поведение среды (объекта, явления или процесса), самостоятельно создавать интерактивные эксперименты. Так в компьютерной среде «Живая Физика» учащиеся могут изучать движение тел в любых полях, например гравитационном или электромагнитном.

Современные программных средств обучения в курсе «Естествознание» должны удовлетворять дидактическим требованиям:

  • соответствия содержанию обязательного минимума физического образования и одновременного превышения этого минимума;

  • интерактивности моделей;

  • обратной связи;

  • обеспечения условий для формирования исследовательских умений;

  • единства обучающей и контролирующей функций;

  • разнообразия видов и дифференцированности заданий;

  • соответствия возможностям учащихся и создания условий для индивидуального роста.

Несмотря на то, что новый компьютерный курс «Открытая Физика» ориентирован на индивидуальную, самостоятельную работу школьников, он может с успехом использоваться и на уроках физики. В данном компьютерном мультимедийном курсе имеются более 100 анимационных и интерактивных моделей, позволяющих в динамике проиллюстрировать изучаемое физическое явление, лабораторные работы, задачи, тесты, в том числе снабженных подробными решениями.

Модели дают возможность в широких пределах изменять условия физических экспериментов (массы, скорости, ускорения, жесткости пружин, температуры, характер протекающих процессов и т.д.).

Например, в компьютерной модели «Изобарный процесс» в компьютерном курсе «Открытая физика 2.0» моделируется изобарный процесс, т.е. процесс квазистатического расширения или сжатия идеального газа при постоянном давлении. Можно изменять физические показатели. Приводится график зависимости для изобарного процесса, выводится энергетическая диаграмма, на которой указываются количество теплоты Q, полученной газом, произведенная работа A и изменение его внутренней энергии U (рис.5).

hello_html_39c598db.png

Рис.5. Компьютерная модель «Изобарный процесс».


В компьютерной модели «Вынужденные колебания» демонстрируются вынужденные колебания груза на пружине. Видоизменяющиеся по гармоническому закону внешняя сила приложена к свободному концу пружины.

Можно обратить внимание учащихся на то, что водворившиеся вырванные колебания всегда происходят на частоте вынуждающей силы и показать, что резонанс наступает, когда эта частота приближается к собственной частоте колебательной системы (рис.6).

hello_html_m18e6deb3.png

Рис.6. Компьютерная модель «Вынужденные колебания».


Такая интерактивность перед учащимися открывает огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов. Следует отметить, что в компьютерных моделях воссоздаются реальные количественные условия физических экспериментов. Это в значительной степени способствует выработке у учащихся ощущения реальных масштабов физических явлений и процессов.

Безусловно, компьютерные лабораторные работы рекомендуется проводить только после реальных экспериментов. Методику проведения компьютерной лабораторной работы приведем на примере компьютерной лабораторной работы «Взаимодействие параллельных токов». После простых по подготовке к демонстрации опытов «Взаимодействие двух параллельных токов» с лентами из алюминиевой фольги, подробно разобранных в книге «Демонстрационный эксперимент по физике.

Предполагается, что учащиеся могут данное задание выполнить, решая задачу, а затем проводят компьютерный интерактивный эксперимент и проверяют свое решение. Учащимся рекомендуется объяснять, что данный компьютерный интерактивный эксперимент – учебный. В науке компьютерное моделирование применяют для решения сложных задач, например, для анализа эволюции звезд различной массы и химического состава.

Методика проведения компьютерной лабораторной работы «Взаимодействие параллельных токов» приведена в Приложении Б.

В качестве примера была взята сложная тема для усвоения учащихся – «Работа газа». Именно по данной теме в мультимедийном курсе имеется интерактивная модель, используя которую и можно разработать компьютерную лабораторную работу, в ходе решения задач которой необходимо делать компьютерные эксперименты. Сначала рекомендуется разобрать теорию вопроса, затем ответить на контрольные вопросы, потом выполнить задачи, при решении которых необходимо провести компьютерный эксперимент и проверить полученный результат.

Методика проведения компьютерной лабораторной работы «Работа газа» приведена в Приложении В.

Таким образом, разработана структура тестов и заданий, проверяемых компьютерным экспериментом.

Каждый учащийся может получить индивидуальный контрольный тест из базы данных, созданный в трех вариантах сложности, получить электронную консультацию по решению теста, при этом задания формируются индивидуально, в зависимости от возраста и уровня знаний ученика, ведется журнал достижений. На рис.7 показана структура формирования тестов (количество вопросов, тема, уровень сложности может варьироваться).

hello_html_3adc687c.jpg

Рис. 7. Формирование теста по физике в системе дистанционного обучения образовательного портала «Открытый Колледж».


Если учащийся не смог ответить на тест, он после консультации с виртуальным учителем и возврата в текст электронного учебника вторично получает уже принципиально другой набор тестовых заданий. А поскольку база данных задач на сервере значительна, то решение всех тестовых задач каждым учащийся носит объективный характер и может быть оценено учителем на каждом занятии с выставлением соответствующей отметки уже в журнал класса.

При использовании на уроке данных курсов для учителя открываются широкие возможности для учителя по совершенствованию структурирования урока. Учитель в зависимости от уровня подготовки учащихся и изучаемого материала может подобрать из курса иллюстрации физических процессов и явлений, задачи, тесты, лабораторные работы.

Наблюдения при различных условиях опыта «живых» моделей физических явлений с последующим обсуждением и теоретическими оценками вызывает у учащихся повышенный интерес и создает в классе атмосферу коллективного творчества.

Обобщая выше сказанное, можно сделать вывод о том, что учитель на уроке может использовать учебные компьютерные курсы для:

  • демонстраций и иллюстраций текстов, формул, фотографий при изучении нового материала;

  • иллюстрации методики решения сложных задач, в том числе сопровождения решения каждой сложной задачи интерактивной моделью происходящего в ней физического процесса («Курс физики XXI века»);

  • решения экспериментальных задач с использованием анимационных экспериментов;

  • проведения лабораторных работ;

  • контроля над уровнем знаний учащихся по методике дифференцированного обучения;

  • текущего контроля знаний с использование современных технологий дистанционного обучения;

  • самостоятельного создания компьютерного эксперимента в компьютерной среде «Живая Физика».

Практика использования указанных программных средств обучения средств на уроках естествознания показывает, что, если учащимся предлагать интерактивные модели для самостоятельного изучения, то учебный эффект оказывается чрезвычайно низким.

Для эффективного вовлечения учащихся в учебную деятельность с использованием программных средств обучения необходимы индивидуальные раздаточные материалы с заданиями и вопросами различного уровня сложности. А.Ф. Кавтрев перечислил основные виды заданий, которые можно предложить учащимся при работе с компьютерными моделями:

Ознакомительное задание. Задание содержит инструкции по управлению моделью и контрольные вопросы.

Компьютерные эксперименты. В рамках этого задания учащемуся предлагается провести несколько простых экспериментов с использованием данной модели и ответить на контрольные вопросы.

Экспериментальные задачи. Это задачи, для решения которых учащемуся необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов.

Тестовые задания. Это задания с выбором ответа, в ходе выполнения которых учащийся может воспользоваться компьютерной моделью.

Исследовательские задания. Учащемуся предлагается самому спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые подтверждают или опровергают некоторую закономерность.

Творческие задания. В рамках таких заданий учащиеся сами придумывают задачи, формулируют их, решают, а затем ставят компьютерные эксперименты для проверки полученных ответов.

Перечисленные задания помогают учащимся быстро овладеть управлением компьютерной моделью, способствуют осознанному усвоению учебного материала и пробуждению творческой фантазии.

Мультимедийных курсов по естествознанию в разделе астрономии, содержащих интерактивные модели, нет. Разработка такого мультимедийного курса по астрономии, соответствующего школьному астрономическому образованию, имеющему методическую поддержку через Интернет, и явилась частью данного исследования.

Таким образом, можно предложить использование компьютера в кабинете естествознания различными способами:

  • с целью демонстрации, обучения и тестирования готовые обучающие и демонстрационные программы, современные мультимедийные интерактивные компьютерные диски;

  • в качестве компьютерных проектных сред;

  • для готовых компьютерных лабораторных комплексов при проведении экспериментов, демонстраций, измерения физических величин, для лабораторных работ.

  • в качестве самостоятельных проектных исследований с использованием АЦП (аналого-цифровых преобразователей) и компьютера;

  • для телекоммуникационных технологий обучения физике и астрономии.

Таким образом, характеристика программных средств обучения для различных операционных систем (DOS, WINDOS, MAC) по естесвознанию, рассмотрены основные способы применения ППС на уроках, основные виды заданий и способы их использования на уроках, а также рассмотрены различные возможности применения компьютеров в учебных целях. Показано, что не существует мультимедийного курса по астрономии, отвечающего современным дидактическим требованиям.


2.2. Методы, формы и средства обучения в курсе «Естествознание» на основе использования программных средств обучения


Методы, формы и средства обучения, необходимые для организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения, построены на существующих методах и формах, скорректированных с учетом особенностей нового средства обучения.

Работа над методической системой обучения естествознания сводится к интерпретации существующих методов обучения, учитывая ее особенности, а также выбранных форм и средств. По характеру познавательной деятельности учащихся выделяют четыре основных метода обучения: объяснительно - иллюстративный, репродуктивный, проблемный, исследовательский.

Рассмотрим их реализацию на уроке естествознания с использованием ком­пьютерного математического пакета Maple.

  • объяснительно-иллюстративный метод обучения реализует использо­вание компьютерного математического пакета Maple в качестве средства для создания демонстрационных материалов к урокам и интерактивных обучающих пособий [45];

  • репродуктивный метод обучения с применением компьютерных средств предусматривает усвоение знаний, сообщаемых ученику преподавателем и (или) компьютером, и организацию деятельности обучаемого по воспроизведению изученного материала и его применению в аналогичных ситуациях. Знания и умения программирования отрабатываются школьниками при работе с компьютерным математическим пакетом Maple;

  • проблемный метод обучения использует возможности компьютерного математического пакета Maple для организации учебного процесса как постановки и поисков способов разрешения некоторой проблемы.

В теории М. И. Махмутова [40] проблемное обучение представляет собой «тип развивающего обучения, в котором сочетаются систематическая самостоятельная поисковая деятельность учащихся с усвоением ими готовых выводов науки, а система методов построена с учетом целеполагания и принципа проблемности, процесс взаимодействия преподавания и учения ориентирован на формирование познавательной самостоятельности учащихся, устойчивости мотивов учения и мыслительных (включая и творческие) способностей в ходе усвоения ими научных понятий и способов деятельности, детерминированного системой проблемных ситуаций».

Главной целью является максимальное содействие активизации познавательной деятельности старшеклассников. В процессе обучения предполагается решение разных классов задач на основе получаемых знаний, а также извлечение и анализ ряда дополнительных знаний, необходимых для разрешения поставленной проблемы.

При этом важное место отводится приобретению навыков по сбору, упорядочению, анализу и передаче информации. Фактически основой для этого является моделирование реального творческого процесса за счет создания проблемной ситуации и управления поиском решения проблемы. При этом осознание, принятие и разрешение этих проблемных ситуаций происходит при оптимальной самостоятельности старшекласников, но под общим направляющим руководством педагога в ходе совместного взаимодействия.

Этот аспект чрезвычайно важен, поскольку в нем, собственно, и состоит основное отличие проблемного обучения от эвристического, предполагающего, что обучение происходит при «незнании» не только ученика, но и учителя [52].

Помимо повышения мотивации одним из эффектов применения проблемных методов обучения является развитие внимания, воли, повышение самооценки учащихся. Все это, в свою очередь, благоприятно отражается на иных функциях обучения: как на усвоении знаний, умений и навыков, так и на повышении творческого потенциала учащихся.

Именно параллельное обучение старшеклассников основам работы в Maple и возможностям использования программных средств обучения в курсе «Естествознание».

Можно выделить следующие методы обучения:

  1. Исследовательский метод обучения с применением компьютерного математического пакета Maple обеспечивает самостоятельную творческую деятельность обучаемых в процессе проведения научно-технических исследований в рамках определенной тематики с разработкой программных продуктов и математических моделей. При использовании этого метода обучение является результатом активного исследования, открытия и игры, вследствие чего, как правило, бывает более приятным и успешным, чем при использовании других вышеперечисленных методов. Успешную реализацию исследовательского метода при обучении программированию дают возможности компьютерного математического пакета Maple в области моделирования.

  2. Моделирование - это замена реального объекта, процесса, явления его подходящей копией, которая проще изучаемого оригинала, но сохраняет и отражает его существенные особенности с точки зрения цели моделирования и может помочь в изучении оригинала. Моделирование используется в различных областях жизнедеятельности. В настоящее время моделирование находит новые применения, особенно благодаря компьютерам и компьютерным технологиям, так как они расширяют возможности по исследованию моделей. Моделирование - это, по сути, конечная цель применения новых информационных технологий и направление интеграции информатики и других учебных дисциплин. Моделирование является связующим звеном, которое в процессе обучения объединяет усилия информатики и других дисциплин для формирования прочных знаний [10].

Математическое моделирование представляет собой мощнейший инструмент для проведения формально-логических педагогических исследований, являющихся неотъемлемым компонентом педагогических исследований в целом. Компьютерные модели имеют ряд серьезных преимуществ перед моделями других видов в силу своей гибкости и универсальности. Применение моделей на компьютере позволяет замедлять и ускорять ход времени, сжимать или растягивать пространство, имитировать выполнение действий дорогостоящих, опасных или просто невозможных в реальном мире.

Применение исследовательского метода обучения невозможно без реа­лизации проектной деятельности учащихся.

3. Метод проектов в педагогической литературе [49] рассматривают как совокупность приемов, операций, которые помогают овладеть определенной областью практических или теоретических знаний в той или иной деятельности. С методической точки зрения, проектная деятельность учащихся представляет собой теоретическое или практическое проблемно-ориентированное исследование, которое ученики проводят в учебных целях под научным руководством одного или нескольких учителей. Главный основополагающий принцип метода проектов - исходить из интересов самого ребенка.

Основоположники педагогического метода проектов Дж. Дьюи и У. Килпатрик, которые предложили метод проектов, в основе которого лежала целесообразная деятельность ученика, основанная на его личных интересах и предусматривающая приобретение новых знаний, которые помогут реализовать поставленную цель. Популярность метода проектов обуславливается рациональным сочетанием теоретических знаний и практического опыта школьников для решения конкретных проблем. С начала XX в. Метод проектов становится необычайно популярным в американской школе. В российских школах метод проектов появился в 20 годах XX в.

Работа по методу проектов - это относительно высокий уровень сложности педагогической деятельности, предполагающий серьезную квалификацию учителя. Если большинство общеизвестных методов обучения требуют наличия лишь традиционных компонентов учебного процесса - учителя, ученика (или группы учеников) и учебного материала, который необходимо усвоить, то требования к учебному проекту совершенно особые. Работа над проектом - это реализация пяти этапов:

А). Необходимо наличие социально значимой задачи (проблемы) - информационной, практической, исследовательской. Дальнейшая работа над проектом - это разрешение данной проблемы. Поиск социально значимой проблемы - одна из наиболее трудных организационных задач, которую приходится решать учителю - руководителю проекта вместе с учащимися - проектантами;

Б). Выполнение проекта начинается с планирования действий по разрешению проблемы. Иными словами, с проектирования самого проекта, в частности - с определения вида продукта и типа презентации;

В). Каждый проект обязательно требует исследовательской работы учащихся. Таким образом, отличительная черта проекта - поиск информации, которая затем будет обработана, осмыслена, представлена участниками проектной группы;

Г). Результатом работы над проектом, иначе говоря, выходом проекта является продукт. В общем виде это средство, которое разработали участники проектной группы для разрешения поставленной проблемы;

Д). Итоговый проект должен быть представлен, причем достаточно убедительно, как наиболее приемлемое средство решения проблемы. Проект требует на завершающем этапе презентацию своего продукта.

Иногда шестым компонентом реализации метода проектов считают портфолио, т.е. папку, в которой собраны все рабочие материалы проекта, в том числе черновики, дневные планы, отчеты и т.п.

Методологической основой использования метода проектов в технологическом образовании школьников являются общепедагогические дидактические принципы: связь теории с практикой, научность, наглядность, сознательность, активность и прочность усвоения знаний, доступность, систематичность и преемственность обучения. Применение метода проектов как ведущего в технологическом образовании школьников способствует реализации дидактических функций:

Образовательная функция нового подхода к технологическому образованию подразумевает знакомство учащихся с основными технологическими знаниями, умениями и терминологией. Перед учителем не стоит задача ознакомления учащихся с жестко заданным набором технологий. Реализация образовательной функции технологии позволит учащимся с помощью проектной деятельности увидеть глубокие связи абстрактных способов обработки материалов с возможностями удовлетворить определенные потребности личности и общества, позволит самореализоваться и подготовиться к адаптации в той социально-трудовой среде, в которой выпускники окажутся после окончания школы.

Воспитательная функция использования метода проектов в технологическом образовании школьников состоит в развитии личностных качеств: деловитости, предприимчивости, ответственности, выработки навыка разумного риска и др. Проектная деятельность учащихся позволит реализовать их интересы и способности, приучит к ответственности за результаты своего труда, сформирует убеждение, что успех в деле зависит от личного вклада каждого.

Развивающая функция использования метода проектов в технологическом образовании состоит в том, что школьники осознают возможности применения абстрактных технологических знаний и умений для анализа и решения практических задач. У учащихся развиваются навыки выбора одного решения из множества альтернативных и осознание всех краткосрочных и долгосрочных проблем этого выбора. Организация проектной деятельности в технологическом образовании школьников способствует развитию творческого потенциала учащихся, проведению самостоятельных исследований, принятию решений, развитию умения работать в команде и отвечать за результаты коллективного труда, проведению оценок процессов и результатов труда, формирует привычку к анализу ситуаций.

Новизна использования метода проектов в рамках предмета «Естествознание» заключается в отказе от формального обучения школьников умениям и навыкам без определения целей выполняемой работы и ее значимости для учащегося, его семьи, друзей, общества и переход к мотивированному выполнению упражнений перед началом проекта ли в процессе его выполнения.

При этом старшекласники осуществляют процесс проектирования и добиваются соответствующих учебных результатов. Умение приложить технологические знания и трудовые умения к решению задач, выдвинутых практикой, требует использование знаний и умений по другим учебным дисциплинам (математике, черчению, химии, физике, изобразительному искусству и др.). Эти межпредметные связи могут быть как сопутствующими, так и опережающими, но они обычно углубляют и развивают проект. Наличие межпредметных связей увеличивает значимость проекта.

Проектная деятельность требует от учителя не столько объяснения знания, сколько создания условий для расширения познавательных интересов детей, и на этой базе - возможностей самообразования в процессе практического применения знаний. Именно поэтому учитель-руководитель проекта должен обладать высоким уровнем общей культуры, комплексом творческих способностей. И, прежде всего, развитой фантазией, без которой он не сможет быть генератором развития интересов ребенка и его творческого потенциала. Наиболее сложным является вопрос о самостоятельности учащихся, работающих над проектом. Очевидно, что степень самостоятельности учащихся зависит от множества факторов: от возрастных и индивидуальных особенностей детей, от их предыдущего опыта проектной деятельности, от сложности темы проекта, от характера отношений в группе и т.д. Для учителя важно избежать перегибов в ту или иную сторону. Необходимо найти баланс степеней содействия учителя и самостоятельности учащихся.

Количество часов, отведенное на обучение естествознания на профильном уровне (4 часа в неделю), позволяет реализовать метод проектов в полной мере и создать учащимся условия для проектной работы как в групповой, так и в индивидуальной формах [44], и тем самым значительно повысить качество обучения.

Большую пользу в поиске соответствующей информации окажут специальные образовательные порталы в Интернете по данному предмету, в частности, на страницах по физике размещен поиск по физике в Интернете и электронный учебник (рис. 8) в свободном доступе.


hello_html_a37b310.jpg

Рис. 8. Электронный учебник


Для решения современных образовательных задач, в основе которых лежат применение новых сетевых технологий, создан и размещена в Интернете в свободном бесплатном доступе виртуальная моделирующая среда «On-line лаборатория по физике» – универсальный конструктор по различным темам, с помощью которого учитель может самостоятельно создавать различные интерактивные модели и эксперименты с использованием телекоммуникационных средств обучения. Это позволяет заменить иллюстративно-объяснительные методы обучения физике широким спектром возможностей, реализуемым при активном использовании интерактивного эксперимента, построенного самостоятельно.

Как показывает опыт, каждому учителю хочется создать для урока свою собственную интерактивную модель, которая бы отвечала собственному оригинальному конструированию урока и планированию. Виртуальная «On-line лаборатория» по физике поможет учителю в реализации собственных педагогических идей.

Особенностью виртуальной «On-line лаборатории». Дисциплина «Химия» формирует старшекласника, совокупность общенаучных, инструментальных и профессиональных компетенций, обеспечивающих решение проблем, связанных с использованием химических веществ, материалов и физико-химических процессов.

Но использование современных химических лабораторий не всегда может показать влияние на состояние окружающей среды.

На конкретных примерах с использованием программных средств обучения и на лабораторно-практических занятиях можно проводить имитацию экологических ситуаций. При рассмотрении темы «Развитие современной промышленности и охрана окружающей среды», мы предлагали ученикам использовать: информационно-обучающие программы (электронные библиотеки, электронные книги, электронные периодические издания, словари, справочники, учебные компьютерные программы, информационные системы); интерактивные программы (электронная почта, электронные телеконференции); поисковые программы (каталоги, поисковые системы).

Решение систем линейных алгебраических уравнений часто возникает при решении химических задач, мы можем использовать прикладные программные продукты на примере программы MathCAD.

Рассмотрим некоторые примеры. Пусть нужно знать давление пара чистых компонентов, если известно их суммарное давление в смесях. Так, при определенной постоянной температуры давление смеси паров бензола, дихлорэтана и хлорбензола в однофазной системе равно значениям, приведенным в таблице.

Состав смеси

Давлене

hello_html_3d79909b.gif, Па

hello_html_m4bd7a23.gif

hello_html_m43a806b9.gif

hello_html_44c06280.gif

0,80

0,10

0,10

1840

0,20

0,70

0,10

1860

0,05

0,05

0,90

236


На основе табличных данных запишем систему линейных уравнений:

hello_html_m1f52c9e1.gif

Запишем эту систему уравнений на MathCAD методом Гаусса.

hello_html_bc137c6.gif

Следовательно, для решения этой системы мы получили частичные давления всех компонентов:

hello_html_7fac3329.gifhello_html_m5b6c8f38.gifhello_html_mebe7912.gif

Рассмотрим другую, на первый взгляд, более простую химическую реакцію:

hello_html_7bdb1827.gif

Составим базовую матрицу реакции:

hello_html_26f3d6c1.gif

Находим коэффициенты этого уравнения на MathCAD:

hello_html_m32a8d273.gif

Матрица с базисом H, S, O и Na имеет вид:

hello_html_m32a8d273.gif

Поскольку коэффициенты являются дробными числами, их надо умножить на меньшее число, чтобы они имели целое числовое значение. Такое число равно двум. Соответственно и приобретает значение этого числа, то есть два. Итак, и Знак минус перед коэффициентом свидетельствует о том, что он расположен в правой части уравнения. Запишем уравнение реакции:

Наиболее эффективными программами, на наш взгляд, являются: использование виртуальных лабораторий; электронные и информационные ресурсы с текстовой информацией (учебники, учебные пособия, задачники, тесты, словари, справочники, энциклопедии, периодические издания, числовые данные, программные и учебно-методические материалы); электронные и информационные ресурсы с аудиоинформацией (звукозаписи стихов, дидактического языкового материала, звуков живой и неживой природы, синхронизированные аудиообьекты); электронные и информационные ресурсы с аудио- и видеоинформацией (аудио- и видеообьектив живой и неживой природы, предметные экскурсии).

Использование информационных технологий при изучении дисциплины «Естествознание» направлено на решение следующих задач:

  • формирование экологической культуры;

  • формирование культуры мышления;

  • изучение основных закономерностей протекания химической реакции;

  • изучение основных принципов, лежащих в основе процесса образования простых и сложных веществ;

  • влияние горнодобывающей деятельности на окружающую среду.

Виртуальная моделирующая среда «On-line лаборатория» имеет уникальные возможности:

  • самостоятельного построения моделей различной сложности;

  • изменения параметров объектов, свойств и масштабов среды конструирования, которые сложно реализовывать в реальном физическом эксперименте;

  • сохранения построенной модели с возможностью последующего использования с повторным воспроизведением важных моментов модельного эксперимента;

  • повышения наглядности представления информации путем выявления закономерностей с помощью диаграмм и графиков процессов;

  • использования для системы дистанционного обучения;

  • иллюстрации и дополнение базовых учебников;

  • обеспечение активного восприятия учащихся.

Безусловно, никакая виртуальная лаборатория не заменит настоящий, реальный эксперимент. Применяя любые компьютерные модели, и, в частности, интерактивные модели, созданные на базе виртуальной «On-line лаборатории» по физике, рекомендуется вначале провести реальный физический эксперимент и только затем использовать возможности компьютерного моделирования (Приложение Г).

Таким образом, как показывает анализ посещения страниц (по данным системы SpyLOG) виртуальной «On-line лаборатории», число посещений увеличивается примерно вдвое ежемесячно. Анализ с использования программных средств обучения показало, что только 55% старшеклассников знакомы с возможностями использования программных средств обучения. Учителя неохотно используют готовые компьютерные модели из-за того, что они не полностью соответствуют структуре урока и их собственным идеям преподавания. Виртуальная «Online-лаборатория» дает возможность реализовать подобные идеи, может учитывать вариативность и индивидуализацию общего образования.

Форма организации обучения представляет собой внешнее выражение деятельности учителя и учащегося, осуществляемой в установленном порядке и определенном режиме. В рамках формы обучения реализуются содержание и методы обучения.

Преподавание основ естествознания с использованием программных средств обучения наследует все дидактическое богатство отечественной педагогики: урочную систему, домашние задания, лабораторную форму занятий, контрольные работы и т.п. Формы организации обучения программированию зависят от целей урока, его конкретного этапа и типа: формирования новых знаний, закрепления и совершенствования знаний, формирования умений, применения знаний на практике, повторения, систематизации знаний и контроля их усвоения.

При объяснении нового материала обычно используются формы фронтальной работы с классом, а при отработке учащимися знаний и умений программирования на различных этапах - групповые и индивидуальные. При реализации проектного и исследовательского методов оптимальными становятся индивидуальная работа либо работа в парах с учетом психологических особенностей школьников.

При индивидуальной работе, как правило, осуществляется самостоятельное усвоение знаний, формируются познавательная самостоятельность и адекватность самооценки. Работа в группах или парах сопровождается развитием коммуникативных способностей учащихся, чувства ответственности за результат совместной работы и способности объективной оценки. Формирование знаний учащихся помимо урока соответствующего типа можно проводить на лекции, конференции, семинаре, в беседе. С целью формирования указанных умений учащихся урок проводится в форме учебно-практического занятия.

Обязательным компонентом процесса обучения является контроль или проверка результатов обучения. Контроль за усвоением учащимися знаний может осуществляться в форме зачета, контрольного теоретического и учебно-практического занятий. Ученики получают конкретные практические задания, по выполнению которых отчитываются перед учителем.

Таким образом, уроки и занятия по организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения, целесообразно проводить, применяя мультимедийный проектор, как на этапе объяснения нового материала, так и на уроках-практикумах. Одновременное выполнение этапов решения задач учителем с использованием проектора и учащимися на своих компьютерах, сопровождающееся концентрацией внимания школьников на выполнении задания, значительно повышает продуктивность работы, а, кроме того, экономит время при ответах на однотипные вопросы учеников, возникающие у них при работе с заданиями.





2.3. Перспективы использования программных средств обучения в курсе «Естествознание»


Необходима специальная подготовка учителя с использованием программных средств обучения на уроках естествознания. Исследованием вопросов подготовки учителя к использованию новых информационных технологий, формирования профессиональной компетентности учителя в условиях информатизации образования занимались Ю.С. Брановский, О.В. Бурнусова, Т.В. Добудько, М.И. Жалдак, Г.А. Кручинина, И.В. Марусева .

Содержание выше отмеченных работ касается формирования информационно составляющей профессиональной культуры и подготовки учителя естествознания.

Мы считаем, что не является обязательным, если учитель естествознания не владеет языками программирования, поскольку он пользуется готовыми программными продуктами, то знание основных характеристик программных средств обучения, умение применять их на практике, являются не просто желательными, а обязательными.

  1. На лекционных занятиях. Ознакомление в теоретическом плане с основными характеристиками программных средств обучения, с видами заданий, которые можно предложить учащимся при работе с интерактивными компьютерными моделями.

  2. На семинарских занятиях. Ознакомление с основными программных средств обучения. Заполнение анкеты № 1. Приложение Е. «Учебно-методический анализ программно-педагогических средств».

Программные средства обучения позволяют обеспечивать учебный процесс в пяти основных блоках:

  • система дистанционного обучения учащихся.

  • поиск информации в Интернет.

  • электронные учебники.

К системе дистанционного обучения учащихся следует отнести:

  1. Тренирующе-тестирующие блоки, размещенные в свободном доступе в Интернет, состоящие из системы составления тестов разной степени сложности по различным темам, базы данных задач, вопросов и тестов и блока контроля знаний с журналом результатов.

  2. Обратную связь между дистанционным учителем и учащимся с использованием электронной почты, учебных конференций, учебных форумов.

  3. Дистанционные уроки.

  4. Общение с системой «дистанционный учитель», которая позволяет получить ответ на любой вопрос по физике и астрономии в рамках программ школьных курсов, получить рекомендации по решению задач.

  5. Телеконференции.

  6. Виртуальная лаборатория с возможностью создания собственных интерактивных моделей.

  7. Дистанционные олимпиады с проведением обучающего и конкурсного туров, телекоммуникационных конкурсов.

В блоке поиска информации в Интернет осуществляется обучение навыкам поиска образовательных сайтов, электронных библиотек, информационных ресурсов по физике и астрономии.

На рис. 10, приложение Ж. «Применение программных средств обучения в традиционном образовательном процессе» изображена структура применения программных средств обучения в рамках традиционного образовательного процесса.

Представлены образовательные ресурсы по естествознанию, которые не являются всеобъемлющими, но дают первое представление о телекоммуникационных ресурсах, которые могут быть полезны для учителя естествознания.

В настоящее время не определено, что же такое образовательный сайт и образовательный портал.

С нашей точки зрения образовательный сайт это - группа взаимосвязанных веб-страниц по определенной образовательной тематике, принадлежащая какой-нибудь организации или частному лицу, имеющая для удобства меню.

Цель образовательного портала – обеспечение информационного процесса обучения.

Задачи образовательного портала – обеспечение широкого и качественного доступа к имеющимся образовательным продуктам, электронным учебным курсам, размещенным в открытом доступе, учебно-методическое сопровождение, продвижение модельных форм организации образовательного процесса, система дистанционного обучения.

Основные функции образовательного портала заключаются в описании классификации ресурсов и создании каталогов для поиска новых ресурсов, справочной информации. Образовательный портал может содержать отдельные блоки типа:

  1. Блок поисковой системы с предметным и именным указателями, справочная информация.

  2. Блок классификации ресурсов Интернета (поиск Информации в Интернете, рефераты, рецензии и т.п.).

  3. Интерактивные рубрики (форум, телеконференция, электронные консультации виртуального учителя и т.п.).

  4. Электронные учебники.

  5. Тестирующе-тренирующий блок системы дистанционного обучения.

  6. Блок дистанционного повышения квалификации учителя с электронными учебниками, нормативными и учебно-методическими материалами (стандарты образования, программы, тесты системы дистанционного обучения, тесты Единого экзамена и т.п.), поиск информации в Интернете.

Таким образом, главная задача организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения – это, прежде всего, создание учебно-методического центра, наполнение образовательного портала большим количеством информации, ссылок, разнообразными информационными ресурсами.

Выводы по II главе


        1. Анализ имеющихся программных средств обучения по естествознанию, позволяет сделать вывод о том, что не создан мультимедийный курс по естествознанию, содержащий учебные интерактивные модели, тренирующе-тестирующий блок, интегрированный с базой задач, ориентированный не только на работу на локальном компьютере, но и в локальных сетях, и в Интернет.

        2. Анализ программных средств обучения, что практически отсутствуют учебно-методические сайты по естествознанию с размещением информации, предназначенной для учащихся и учителей. Поэтому задача разработки структуры комплекса программных средств обучения является актуальной.

        3. Определены наиболее целесообразные методы применения и разработаны учебно-методические материалы по использованию создаваемых программных средств обучения.

Разработаны модели организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения, использующие информационные технологии, учитывающие вариативность и индивидуализацию общего образования и направленные на развитие познавательной самостоятельности учащихся:

  • интерактивное моделирование,

  • «On-line лаборатория по физике»,

  • дистанционные олимпиады,

  • компьютерные лабораторные работы,

  • дистанционный урок.


ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТАРШЕКЛАССНИКОВ В КУРСЕ «ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ


3.1. Цели, задачи и методика проведения педагогического эксперимента


Целью экспериментального исследования являлось организация познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения. В основу исследования положена следующая гипотеза: если разработать программные средства обучения по курсу «Естествознание», удовлетворяющие современным представлениям о мультимедийных обучающих курсах, а также соответствующие телекоммуникационные средства и методику их применения, то комплексное применение программных средств обучения повысит интерес учащихся к науке, будет способствовать развитию познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание».

Целью педагогического эксперимента является проверка основных положений данной гипотезы.

Главными задачами педагогического эксперимента являлись:

  1. Выяснение необходимости создания и применения современных мультимедийных курсов по естествознанию.

  2. Выяснение необходимости создания современных методических рекомендаций по использованию программных средств обучения.

  3. Проверка возможности применения программных средств обучения «Открытая Астрономия», а также проверка предположения о результативности методики комплексного применения программных средств обучения «Открытая Астрономия» в решении обучающих, воспитательных и развивающих задач школьного астрономического образования, развития познавательной самостоятельности учащихся.

  4. Проверка возможности применения программных средств обучения «Открытая Физика», а также проверка предположения о результативности методики комплексного применения программных средств обучения «Открытая Физика» в решении обучающих, воспитательных и развивающих задач школьного образования, развития познавательной самостоятельности учащихся.

Задачами констатирующего этапа эксперимента являлись:

а) выявление познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения;

б) определение понятий электронный учебник, образовательный портал в применении познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание»;

в) выявление целесообразности создания познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание» с использованием программных средств обучения;

г) выявление условий эффективного использования использованием программных средств обучения и наиболее эффективных форм учебных занятий с использованием технологии компьютерного моделирования и применения телекоммуникационных технологий.

Задачами поискового этапа эксперимента являлись:

а) выявление дидактических требований к современным использованием программных средств обучения;

б) поиск различных организационных форм, методических приемов обучения при применении использованием программных средств обучения в организации познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание»;

в) анализ результатов практического применения программных средств обучения «Открытая Астрономия».

Задачами обучающего этапа эксперимента являлись:

а) подтверждение влияния применения программных средств обучения на развитие познавательной самостоятельности познавательной деятельности старшеклассников в курсе «Естествознание»;

б) повышение и развитие мотивации учащихся, в том числе учебной мотивации, основанной на формировании интереса к природным явлениям и к самому изучаемому предмету.

Педагогический эксперимент в три этапа: констатирующий, поисковый и обучающий эксперимент.

Констатирующий этап. Констатирующий эксперимент на первом этапе выявил основные проблемы применения компьютерных технологий в практике преподавания естествознания.

Констатировалось несоответствие имеющихся компьютерных программ современным дидактическим требованиям, неоправданность ожиданий существенного повышения качества обучения за счет использования компьютерной технологии.

Констатирующий эксперимент на этом этапе состоял в выявлении основных проблем эффективности преподавания естествознания с использованием в учебном процессе:

  • простейших компьютерных программ (под DOS);

  • мультимедийных программ типа RedSift 3;

Констатирующий эксперимент показал, что:

  • практически отсутствуют учебно-методические сайты по естествознанию, а из имеющихся нет таких, которые бы поддерживали учебные компьютерные программы;

  • отсутствует система методической поддержки учителя естествознания на специальных образовательных сайтах.

Главной целью эксперимента является самореализация учащихся при внедрении в процесс обучения естествознания технологиям на профильном уровне новых организационных форм использования компьютеров, основанных па современных компьютерных математических пакетах. Внедрение программных средств обучения в систему школьного образования в рамках экспериментальной работы осуществлялось в трех направлениях

Основа экспериментальной работы с учащимися представлена двумя компонентами: элективным курсом «Изучение пакета символьной математики Maple» и программой раздела курса информатики «Программирование в среде компьютерного математического пакета Maple». Проектная деятельность учащихся была реализована по этим двум направлениям.

В результате урочной, факультативной и внеклассной индивидуальной работы учащихся были созданы проекты по информатике, а также работы, интегрирующие предметы физико-математического цикла, основанные на использовании метода математического моделирования, как, например, проектная работа группы учащихся 11 класса «Библиотека программных процедур «Векторы в пространстве». Лучшие работы учащихся были представлены на конференциях и конкурсах и отмечены положитель­ной оценкой. Данная система работы схематично представлена на Рис. 9.

Кроме того, сопутствующим и полезным продуктом процесса внедрения Maple в школе явился третий компонент - «Творческая лаборатория учителя», в котором учителями-предметниками для создания наглядного материала к урокам информатики и другим предметам физико-математического цикла использовались графические и вычислительные возможности компьютерного математического пакета Maple. При этом учителя получили возможность создания и развития своих авторских творческих лабораторий и совместной проектной деятельности с учащимися. Разработка урока геометрии с применением возможностей Maplе.

В соответствии с планом экспериментальной работы были проведены следующие мероприятия:

  1. Проведены занятия элективного курса «Изучение пакета символьной математики Maple» в классах физико-математического профиля;

  2. В программу обучения естествознания были включены уроки по изучению программирования с использованием компьютерного математического пакета Maple;

3. Обеспечено участие школьников в ежегодных районных, городских, республиканских и российских научных конференциях и конкурсах с проектными работами.

Maple

в школе

Модуль в программе естествознание

Проектная деятельность учащихся

Демонстрационные материалы к урокам. Совместные проекты с учащимися.

Творческая лаборатория учителя

Элективный

курс

hello_html_e51cfc1.gifhello_html_422729f7.gifhello_html_57ae547.gifhello_html_m5998ab6.gifhello_html_m35d50edf.gifhello_html_m6d9d7140.gifhello_html_m408e67fc.gifhello_html_m4999677e.gif













Рис. 9. Использование программных средств обучения в курсе «Естествознание»


Анализируя результаты, можно сказать, что поставленные задачи были решены: учащиеся успешно овладевают новым программным обеспечением, самореализуются, получая профессиональные компетенции, расширяют и углуб­ляют свои знания в области информатики. На занятиях элективного курса учащиеся проявляют активный интерес к теме урока, к новым понятиям и возможностям программы Maple, показывают заинтересованность в достижении конечного результата. Учащиеся освоили среду и язык программирования Maple и научились решать задачи программирования в курсе информатики на профильном уровне средствами Maple.

В результате эксперимента выявлены повышение мотивации к обучению, успешное овладение учащимися новым программным обеспечением, их самореализация в процессе обучения и достижении конечного результата, получение профессиональных компетенций, расширение и углубление знаний в области программирования. Уровень обучаемости по предмету «Информатика и ИКТ» определяется показателем качества знаний, который измеряется в процентах и вычисляется по формуле:


Количество учеников с положительной оценкой /

Количество учеников * 100%


В 2014-2015 учебном году в эксперименте принимали участие 11-Б (25 учащихся, контрольная группа) и 11-В (27 учащихся, экспериментальная группа) классы физико-математического профиля обучения.

Учащиеся контрольной группы изучали раздел «Вселенная» курса естествознания с использованием стандартной системы программирования Turbo Pascal. В обучении этому же разделу курса естествознания учащихся экспериментальной группы использовался компьютерный математический пакет Maple.

Вначале 2014-2015 уч. г. перед проведением эксперимента были подсчитаны показатели качества подготовки в классах, участвующих в эксперименте, по результатам годовых оценок за 10 класс. В конце 2014-2015 уч. г. по результатам годовых оценок за 11 класс были получены новые показатели. На Рис. 10 представлена диаграмма сравнения качества подготовки данных учащихся до и после проведения эксперимента.

hello_html_3515fcfd.gifРис. 10. Диаграмма сравнения качества подготовки по предмету «Естествознание»


Анализ результатов эксперимента выявляет явную положительную динамику качества подготовки по информатике в обоих классах. Этот общий рост объясняется более серьезным отношением к учебе в выпускном классе. Однако, в экспериментальной группе качество подготовки повысилось значительнее, что свидетельствует об эффективности обучения информатике при условии использования программных средств обучения компьютерного математического пакета Maple в процессе обучения.

После изучения раздела « Концепции современного естествознания» курса информатики с целью выявление уровня знаний и умений в области программирования была проведена контрольная работа в этих же классах.

Учащиеся контрольного класса выполняли задания с использованием системы программирования Turbo Pascal, а учащиеся экспериментального класса с использованием компьютерного математического пакета Maple. Анализ контрольной работы показал, что па выполнение контрольной работы ученики экспериментального класса потратили меньше времени, чем ученики контрольного класса; решения задач в Maple учащимися экспериментального класса были оформлены более полно и логично.

Средняя оценка выполненных контрольных работ составила: в контрольном классе - 3,9; в экспериментальном классе - 4,4. Это подтверждает гипотезу о том, что при использовании компьютерного математического пакета Maple в обучении программированию у учащихся развивается математическая логика и алгоритмическое мышление, а это, в свою очередь, приводит к повышению уровня подготовки школьников в области программирования.

В 2014-2015 учебном году в рамках эксперимента изучался вопрос о влиянии использования программных средств обучения компьютерного математического пакета Maple на профессиональную ориентацию школьников. Работа проводилась в 11-А классе физико-математического профиля обучения.

Ученики, владеющие умениями практического применения программных средств обучения, опережают в успеваемости тех, у кого нет опыта работы с компьютерными математическими пакетами. Именно поэтому является необходимым внедрение компьютерных математических пакетов в систему школьного образования. Умение работать и программировать в Maple может найти свое применение в различных профессиональных сферах деятельности: информатика, математика, физика, техника и технологии.

С целью диагностики познавательной мотивации учащихся в рамках элективного курса «Материя и ее свойства» был проведен письменный опрос в форме очного группового анкетирования. При помощи метода анкетирования можно получить высокий уровень массовости исследования. Особенностью этого метода можно назвать его анонимность, т.к. личность респондента не фиксируется, фиксируются лишь его ответы. По форме вопросы разделяются на открытые (свободный ответ, например: «Какие учебные цели можно достичь с помощью Maple?») и закрытые - ответ заключается в выборе из нескольких предлагаемых в анкете утверждений. На вопросы анкеты отвечали учащиеся 11-Б класса физико-математического профиля.

Вызывает ли у Вас интерес изучение компьютерной математики Maple в курсе «Етествознание»? (см. Рисунок 11).


hello_html_me66cf08.gif

Рис. 11. Круговая диаграмма результатов анкетирования о мотивации учащихся к изучению программных средств обучения


hello_html_m3079d80a.gif

Рис. 12. Гистограмма результатов анкетирования учащихся по параметру интереса к возможностям компьютерного мате­матического пакета Maple.


Из предыдущей диаграммы на рисунке 12 видно, что наиболее интересными для учащихся являются графические возможности Maple. Здесь реализуется принцип наглядности. Визуализированнная и более наглядная информация мотивирует познавательный интерес учащихся и, следовательно, повышает качество обучения.

Применяли ли Вы на практике знания, полученные при изучении Maple? (см. Рисунок 13).

hello_html_m73279fdc.gif

Рис. 13. Гистограмма результатов анкетирования учащихся о применении Maple в практической деятельности


72,2% учащихся применяли на практике знания, полученные на электив­ном курсе по изучению Maple. Учащиеся во время подготовки к урокам ма­тематики, физики, для самопроверки и даже из любознательности пользова­лись возможностями Maple как в школе, так и дома.

Также учащиеся отметили, что изучение системы компьютерной матема­тики Maple способствует развитию логики и мышления, формирует внима­тельность и терпение при работе с программой, позволяет расширить свои знания в области информатики и математики.

Способствует ли изучение Maple повышению интереса к естествознанию? (см. Рисунок 14).


hello_html_m124f27ae.gif

Рис. 14. Круговая диаграмма результатов анкетирования учащихся о возможности повышения мотивации к учебе.


Возможно ли применение знаний (опыта работы) в использовании Maple в Вашей будущей профессии? (см. Рисунок 15).


hello_html_mf33c61d.gif

Рис. 15. Круговая диаграмма результатов анкетирования учащихся о возможности применения Maple в будущей профес­сии


Хотели бы Вы продолжить изучение СКМ Maple в будущем? (см. Рисунок 16).


hello_html_m179fdc73.gif


Рис. 16. Круговая диаграмма результатов анкетирования учащихся на выявление мотивации к изучению СКМ в будущем.


Анкетирование проводилось в 11-А классе физико-математического профиля (2014/2015 уч.г.). Из последних двух диаграмм (рис. 15, 16) видно, что большинство учащихся не исключают возможности дальнейшего изучения компьютерного математического пакета Maple и применения полученных знаний в своей будущей профессии. Опыт работы в Maple, знания, полученные учащимися в школе на элективном курсе станут твердой базой для освоения других систем компьютерной математики, как, например, Mathematica, MatLabили MathCad.

Результаты анкетирования слушателей элективного курса являются важным звеном в экспериментальной работе. Данные анкетирования способствуют повышению качества обучения в рамках элективного курса. Зная интересы учащихся, можно усиливать их познавательную активность и развивать их сильные стороны и индивидуальные особенности.

Одной из важных целей школьного образования является развитие конкурентоспособной личности выпускника. Период обучения в школе для будущего молодого специалиста является весьма значимым как период закладки фундамента образования. На Рис. 24 представлена информация о выборе выпускниками, изучающими информатику с использованием компьютерного математического пакета Maple, дальнейшее обучение. Процент выпускников, выбравших дальнейшее обучение на технических специальностях в ВУЗах представлен на рисунке 17.

hello_html_m1cb5b96.gif

Рис. 17. Диаграмма сравнения по учебным годам.


Показатели интереса учащихся к компьютерному математическому пакету Maple, понимание ими полезности и актуальности владения этой программой, выбор выпускниками направления дальнейшего обучения - подтверждают цель исследования, а именно то, что при использовании в процессе обучения информатике компьютерного математического пакета Maple активизируется познавательная деятельность учащихся, повышается их интерес к учебной деятельности и профессиональная ориентация, развиваются практические умения в области применения информационных технологий в последующей профессиональной работе.

В последнее время в изучении курса «Естествознания» произошли существенные изменения. В результате реформирования школьного образования произошло сокращение числа часов на область «Естествознание» в базовом учебном плане. В учебном плане основной школы предмет «астрономия» отсутствует, но предполагается интеграция астрономических знаний в систематических курсах физики, химии, биологии, географии, а также использование пропедевтических знаний по астрономии в начальной школе.

Изучение курса естествознания является логичным продолжением изучения образовательного компонента «Окружающий мир» в начальной школе.

В изучение естествознания возможно по различным учебникам и программам (табл. 3).

Все предлагаемые программы являются пропедевтическими курсами предметов естественнонаучного цикла. Для всех перечисленных программ характерна общность основного содержания материала, так традиционно изучаются элементы астрономии и географии, именно с изучения астрономических вопросов начинаются все курсы естествознания, подчеркивая, что это исключительно важно для развития мировоззрения учащихся.






Таблица 3.

Перечень основных учебных программ по интегрированным естественнонаучным курсам в 5 классе

№№

Название программы

Авторский коллектив

Сетка часов


Естествознание

Под.редакцией Суровегиной Т.И.

Авторский коллектив: Душенкова А.И., Иванова Т.В., Кириллова И.Г. и др.

2-3 часа в неделю


Природоведение

Плешаков А.А., Сонин Н.И.

2 часа в неделю


Природа и человек

Плешаков А.А., Сивоглазов В.И.

2 часа в неделю


Естествознание

Под редакцией Хрипковой А.Г.

Авторский коллектив: Калинова Г.С., Шкрабан Н.В., Страут Е.К. и др.

3 часа в неделю


Природа

Пикулов В.М., Пасечник В.В., Латюшин В.В.

2 часа в неделю


Естествознание


Алексашина И.Ю., Орещенко Н.И.

2 часа в неделю


Физика, химия

Авторский коллектив: Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С.

2 часа в неделю


Сравнительная характеристика программ показывает, что разные авторы программ предлагают различные подходы к изучению вопросов астрономической тематики, отводят на их изучение различное время (табл. 4).

Из данной таблицы видно, что в программе «Природоведение» на вопросы астрономической тематики отводится наибольшее количество часов – 22 часа. В этой программе уделяется наибольшее внимание вопросам строения Вселенной. А вот программа «Естествознание» под редакцией Хрипковой А.Г. больше внимания уделяется вопросам практической астрономии.

В последнее десятилетие появились интегрированные курсы для основной школы:

  • «Физика и астрономия» авторского коллектива Пинского А.А., Разумовского В.Г., Гладышевой Н.К., Гребнева И.В., Никифорова Г.Г., Нурминского И.И., Страута Е.К., Тарасова Ю.П., Шахмаева Н.М., Шилова В.Ф.;

  • «Физика» авторского коллектива Фадеевой А.А., Киселева Д.Ф., Засова А.В., Кононовича Э.В.;


Таблица 4.

Сравнительная характеристика трех программ

N

Название программы

Основные вопросы астрономической тематики

Количество часов по программе на определенные темы

1.

Естествознание

Под.ред. Суровегиной Т.И.

Естествознание

Под.ред. Суровегиной Т.И.

Земля – планета Солнечной системы


Планета как космическое тело

9 часов



8 часов

2.

Природоведение

(Плешаков А.А., Сонин Н.И.)

Вселенная

Земля

18 часов

4 часа

3.

Природа и человек

Мир астрономии

Мир физики

Мир географии

12 часов

2 часа

2 часа

4.

Естествознание

Под ред. Хрипковой А.Г.

Земля – планета Солнечной системы. Литосфера. Атмосфера

9 часов

5.

Природа

(Пикулов В.М., Пасечник В.В., Латюшин В.В.)

Вселенная

5 часов

6.

Естествознание

(Алексашина И.Ю., Орещенко Н.И.)

Естествознание

(Алексашина И.Ю., Орещенко Н.И.)

Земля – планета Солнечной системы


Солнце

6 часов



6 часов

7.

Физика, химия

(Авторский коллектив: Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С.)

Земля – планета Солнечной системы


7 часов


В курсе «Физики» «…разработан новый подход к естественнонаучному образованию на основе вертикальной и горизонтальной интеграции научных знаний при учете психолого-физиологических особенностей разных возрастных групп» [С. 4].

В курсе астрономические вопросы рассматриваются в параграфах «Вещество во Вселенной», «Солнечное излучение и жизнь на Земле» и других. Интеграция естественнонаучных знаний обеспечивается показом единства законов природы, применимости физических теорий во Вселенной, рассмотрением эволюции Вселенной в целом.

«Интеграция естественнонаучных дисциплин способствует сближению к объединению физики, химии, биологии, географии и астрономии. Основными идеями интеграции являются идеи единства человека и природы, их целостность и взаимодействие, идеи связи, системности, причинности и историзма в познании этого единства. Интеграция учебных предметов не может быть сведена к простой «механической» деятельности, а интегрированный предмет не может быть результатом простого суммирования отдельных учебных курсов» [С.1].

Наиболее полно процесс интеграции курсов физики и астрономии представлен в проекте к «Требованиям к уровню подготовки выпускников. Обязательный минимум содержания образования».

Средняя (полная) школа, общеобразовательный уровень, предмет «Физика». В требованиях к уровню подготовки выпускников имеются астрофизические вопросы: Строение и эволюция Вселенной. Эффект Доплера и красное смещение. Большой Взрыв и расширение Вселенной. Возникновение химических элементов [С.117].

Таким образом, в последние годы намечается тенденция изучения астрономических и астрофизических вопросов в курсах физики основной и полной школы.

Преподавание астрономии на межпредметной основе дает твердое усвоение понятий, теорий и законов, лежащих в основе современной науки, физики, дает представление о современных способах получения информации.

В настоящее время объективно развивается интегративный процесс астрономии и физики в большой науке. Современная астрономия является, по существу, частью физики, это не изолированная наука.

В 11 классе больший акцент делать на современную астрофизику, показать единство законов природы, применимость законов физики к небесным телам, звездам, дать целостное представление о строении Вселенной и познаваемости мира.

Преподавание заключительной части астрономии возможно только после изучения в 11 классе электромагнитных волн, электромагнитных излучений в различных диапазонах длин волн, физики атома, специальной теории относительности, физики атомного ядра и термоядерного синтеза, более подробного, чем в основной школе.

Несмотря на то, что современные программы по физике предполагают изучение электромагнитного поля, строения атома и атомного ядра, знаний учащихся основной школы не достаточно, чтобы оценить всеволновую астрономию и вопросы эволюции Вселенной. Курс физики станет более понятным, более современным и научным, если постоянно приводить примеры астрономических явлений, если постоянно вводить в школьный курс физики астрофизические понятия [С. 122 ].

Специфика астрономии, как науки, проявляется и в том, что предмет ее изучения недоступен непосредственно для экспериментальных исследований, все, что получает астрономия экспериментально, сводится к различным видам излучения. Часто астрономия имеет дело с процессами либо исключительно быстро, либо слишком медленно протекающими. Применение компьютеров в астрономии разнообразны: от наблюдений и обработки результатов наблюдений до компьютерного моделирования космических процессов, связанных с большим объемом информации и сложности исследуемых процессов.

По Интернет можно связаться с любой крупной астрономической обсерваторией мира и участвовать в наблюдениях. Можно по специальной заявке получить наблюдательные данные и методику их обработки из Интернет, что становится новым средством обучения астрономии.

В процессе преподавания астрономии учитель сталкивается с проблемой наглядности в преподавании астрономии. Современные возможности компьютерной техники могут помочь проблему визуализации сложных астрономических явлений.

Таким образом, применения компьютеров в астрономии чрезвычайно разнообразны. Изучение естественнонаучных дисциплин и, в частности, астрономии, открывает возможности для интеллектуального развития учащихся и их познавательной самостоятельности. Совершенствование образования, пересмотр содержания образования привели к поиску новых образовательных технологий, в том числе новых информационных и телекоммуникационных технологий обучения астрономии. Анализ большинства созданных компьютерных программ по астрономии показывает, что они не являются целостным школьным электронным учебником по астрономии, а являются отдельными пакетами по изучению отдельных вопросов астрономической тематики [С.295].

Поэтому необходимо было создать современный компьютерный мультимедийный курс с методической поддержкой через Интернет, содержащий не только сведения по практической астрономии, но больше внимания уделяющий вопросам астрофизического содержания, курс, который можно использовать не только на уроках в старшей школе, но и на уроках естествознания. А также методику использования мультимедийного курса с комплексом телекоммуникационных средств обучения астрономии на основе личностно-ориентированного подхода в обучении.




3.2. Оценка эффективности организации познавательной деятельности старшеклассников с использованием программных средств обучения в курсе «Естествознание»


Для решения современных образовательных задач, в основе которых лежат применение новых сетевых технологий и технологий создания интерактивных курсов, нами был разработан и внедрен полный комплекс программных средств обучения в области астрономии.

Для этого необходимо было выработать структуру комплекса программных средств обучения по астрономии. Под комплексом программных средств обучения мы понимаем:

  • электронный (мультимедийный) курс (учебник), содержащий интерактивные модели;

  • электронный (мультимедийный) курс (учебник), размещенный в Интернет в свободном доступе;

  • обеспечение методической поддержки ППС и обмен опытом через Интернет с помощью страниц «Учителю»;

  • систему дистанционного обучения учащихся;

  • поиск информации и обзор ресурсов в Интернет;

  • дистанционные конкурсы и олимпиады по астрономии.

С нашей точки зрения электронный (мультимедийный) курс (учебник) должен включать в себя текст учебника в виде гипертекста, иллюстрированный учебно-справочный блок, блок анимационных и интерактивных моделей, блок тестов и задач, блок поиска информации внутри мультимедийного курса, блок системы помощи, блок поиска информации в Интернет.

Материал в электронном учебнике может излагаться с разными степенями сложности, учащийся сам может выбрать уровень сложности изучаемого материала. Переход из одного уровня сложности изложения материала на другой осуществляется по гиперссылке. Учебный материал, на который необходимо акцентировать внимание учащихся (формулы, определения, выводы, таблицы и т.д.), выделяется другим цветом, сопровождается специальным звуковым оформлением.

Нами был создан мультимедийный интерактивный курс «Открытая Астрономия», отвечающий задачам ориентации на современный активно-деятельный способ обучения, активизации обучения за счет активного вовлечения в учебный процесс каждого обучаемого (контент, тесты, задачи, проект моделей

Курс «Открытая Астрономия» является интерактивным мультимедийным курсом нового поколения, ориентированным на новые методы обучения, активное познание окружающего мира учащимися и содержит следующие системы (табл. 5):

  • Электронный учебник с гипертекстом, содержащий 750 иллюстраций, рисунков, схем.

  • Комплекс интерактивных моделей (57).

  • Интерактивный планетарий.

  • Тестирующий комплекс, интегрированный с базой данных задач, содержащий 400 тестов и 200 задач.

  • Тренирующий блок, имеющий примеры решения задач (200).

  • Справочный комплекс, содержащий список основных формул, констант, список размерностей физических единиц в системе СИ, астрономических постоянных, 31 справочную таблицу.

  • Предметный поиск по ключевым словам.

  • Систему помощи с путеводителем по курсу и инструкциями по работе.

  • Дневник достижений, позволяющий оценить уровень знаний учащихся по различным темам курса.

  • Обзор Интернет-ресурсов по астрономии.

  • Рекомендуемый список литературы по различным темам курса.

  • Систему методической поддержки курса.

Таблица 5.

Интерактивные программно-педагогические средства

по астрономии с элементами дистанционного обучения через Интернет (для операционной системы WINDOWS).

Название

класс

краткая характеристика

1

«Открытая Астрономия 2.0.» и «Открытая Астрономия 2.5»

(компания «ФИЗИКОН»)

11

Полный мультимедийный курс астрономии. Входит в новую серию продуктов компании «ФИЗИКОН», ориентированных не только для работы на отдельном компьютере, но и в локальных сетях и в Интернет. В курсе имеются интерактивные компьютерные модели и анимационные модели, интерактивный планетарий. Имеется методическая поддержка через образовательный портал дистанционного обучения «Открытый Колледж», где можно найти более 400 дополнительных и постоянно обновляемых тестов.


Большое количество интерактивных моделей (57) позволило решить проблемы наглядности в преподавании астрономии (примеры интерактивных моделей на рис. 18–20).

hello_html_m6a63a067.jpg

Рис.18. Интерактивная модель «Небесная сфера».


hello_html_6ed75f5e.jpg

Рис. 19. Интерактивная модель «Телескоп».

hello_html_m3138b070.jpg

Рис. 20. Интерактивная модель «Цефеиды».


Для проверки усвоения учебного материала в мультимедийном курсе «Открытая Астрономия» имеется тестирующий блок, который содержит тесты, контрольные задачи и задачи с решениями. Имеется также дневник достижений обучаемого, в который записываются статистика работы с курсом, решения задач и тестов, проставляется оценка работы. С точки зрения пользователя курс состоит из трех основных блоков: теоретического, справочного и тестирующего. Данный мультимедийный компьютерный курс сразу задуман как система интеграции учебного диска и системы индивидуального обучения через Интернет.

С точки зрения программиста «Открытая Астрономия» написана на популярном в последнее время языке Dynamic HTML: каркас курса (frame-система) выполнен на языке JavaScript на платформе CourseML, а страницы электронного учебника (контента) – на обычном HTML, тренирующе-тестирующий блок – на ASP, XML, Java. Интерактивные модели написаны на языке Macromedia Flash, что позволяет достичь высокую степень наглядности, помогающую разъяснять сущность явлений, обогащать чувственный опыт учащихся. Развитие мировых информационных технологий, прежде всего, сети Интернет, предъявляет к современным мультимедийным компьютерным курсам следующие требования:

  • возможность использования курса по локальной сети и в Интернет;

  • модульность элементов курса, позволяющая собирать версии различного размера (для локального использования, местной сети, Интернет) и для пользователей с различными привилегиями (демо-версии, стандартный комплект, версия для администратора);

  • возможность локализации продукта для использования национальными учебными заведениями;

  • интегрированность продукта с другими интерактивными курсами.

Структура мультимедийного курса «Открытая Астрономия» приведена на рис. 21.

hello_html_7b04699e.gif

Рис. 21.Структура мультимедийного курса «Открытая Астрономия»



Из курса «Открытая Астрономия» легко попасть (в случае постоянного подключения к Интернет) на страницы образовательного портала «Открытый Колледж», на котором имеется главная страница системы дистанционного обучения астрономии (рис. 22).

hello_html_3b63a894.jpg

Рис. 22. Главная страница системы дистанционного обучения астрономии на образовательном портале «Открытый Колледж».


На страницах по астрономии на образовательном портале «Открытый Колледж» размещен в свободном доступе полностью электронный учебник «Открытая Астрономия» (рис. 23. Электронный учебник «Открытая Астрономия»).

hello_html_4243805f.jpg

Рис.23. Электронный учебник «Открытая Астрономия».


По аналогии со страницами по физике на образовательном портале «Открытый Колледж» были размещены страницы поиска информации по астрономии в Интернете.

Очень важной областью работы в Интернет является проблема поиска информации. Учитель физики и астрономии должен уметь пользоваться основными поисковыми машинами типа Апорт, Яндекс и другими. Нами были созданы методические рекомендации по поиску информации в Интернете по астрономии .

Разработаны различные методические рекомендации по применению мультимедийного курса «Открытая Астрономия». В мультимедийном диске содержатся методические рекомендации по применению в основной школе на уроках естествознания и природоведения, поурочное планирование с примерами контрольных работ, данные методические материалы размещены как в самом мультимедийном курсе, так и находятся на страницах «Учителю» http://www.college.ru/teacher/teacher.html «Открытого Колледжа».

В ходе исследования разработано учебно-методическое наполнение страниц по астрономии в образовательном портале «Открытый Колледж». При этом было предложено разделение для учащихся и для учителей.

Учащимся предлагается:

  1. Интерактивный учебник по астрономии.

  2. Система поиска информации по астрофизике.

  3. Обзор самых значительных профессиональных и любительских сайтов по астрономии.

  4. Примеры интерактивных моделей из компьютерного диска.

  5. Вход в систему дистанционного обучения с тестированием и форумом.

  6. Дистанционная олимпиада по астрономии.

  7. Примеры реферативных работ по астрономии.

Для организации работы учащихся с данными телекоммуникационными средствами по астрономии были использованы возможности интерактивного сервера www.college.ru, поддерживающего обратную связь.

Кроме большого объема теоретического материала учащимся предоставляется возможность решать задачи, выполнять контрольные тесты, общаться с виртуальным учителем, получать электронные консультации и многое другое через систему дистанционного обучения (СДО) образовательного портала «Открытый Колледж». Предоставляются большие возможности для самотестирования, проверки своих знаний. При этом задания формируются индивидуально, в зависимости от возраста и уровня знаний ученика по системе дифференцированного обучения. База данных задач и тестов по астрономии в СДО отличается от базы данных задач и тестов мультимедийного курса «Открытая Астрономия».

Учащиеся могут сделать перерыв в обучении, а затем продолжить его, индивидуальная информация об их учебных достижениях сохранится на сервере проекта.

Для учителя предлагаются страницы «Учителю», которые содержат:

  1. Обзор методической литературы.

  2. Примерное планирование по астрономии 11 класс с применением компьютерного курса «Открытая Астрономия».

  3. Методические рекомендации по применению компьютерного курса «Открытая Астрономия» в преподавании естествознания 5 класс.

  4. Требования к уровню подготовки выпускников. Обязательный минимум содержания образования по физике, содержащий обязательные вопросы по астрономии.

  5. Примеры учебных планов школ, в том числе для разноуровневых и профильных классов.

  6. Методические рекомендации по формированию индивидуального учебного плана.

  7. Базисный учебный план многопрофильной школы.

  8. Тематика научно-исследовательских и учебно-исследовательских работ учащихся по астрономии с использованием Интернета.

  9. Примеры дистанционных уроков по астрономии.

  10. Итоговая аттестация учащихся по астрономии в виде презентации в PowerPoint.

  11. Рекомендации по проведению итоговой аттестации учащихся в виде собеседования.

  12. Форум учителю.

В ходе исследования была предложена методика проведения и структура очных дистанционных уроков, при которых и учитель, и учащиеся, находятся в одном классе, а ресурсы Интернет удалены от них. Методика проведения таких дистанционных уроков по темам «Лабораторная работа «Солнечная активность», «За пределами нашей Галактики» и «Планеты-гиганты» приведены в приложениях.

Нами была разработана структура и проведены дистанционные занятия с учителями, повышающими свою квалификацию на курсах повышения квалификации «Современный урок физики и астрономии» Московского института открытого образования (МИОО). Методика проведения дистанционного занятия с учителями «Изучение ресурсов Интернет по методике преподавания физики» на курсах повышения квалификации учителей физики и астрономии приведена в приложении № 11.

С целью регулярной системы информационной поддержки был разработан тематический сайт «Астрономия. Методический кабинет учителя физики и астрономии» (рис. 24).

hello_html_7b56728d.jpg

Рис. 24. Сайт «Астрономия. Методический кабинет учителя

физики и астрономии».


Данный учебно-методический сайт содержит такие разделы, как:

  1. Информационные материалы учителю физики и астрономии.

  2. Курсы повышения квалификации учителя физики и астрономии в МИОО «Современный урок физики и астрономии».

  3. Олимпиады по физике и астрономии.

  4. Электронные учебники по астрономии.

  5. Интернет-ресурсы по астрономии.

  6. Интернет-ресурсы по физике.

Таким образом, в ходе исследования создан комплекс программных средств обучения по астрономии, не имеющий аналогов по другим учебным предметам (Табл. № 5).

Таблица № 5.

Комплекс программных средств обучения по астрономии

Образовательный портал, образовательный сайт, адрес в Интернете

Краткая характеристика

образовательного сайта

Страницы по астрономии образовательного портала «Открытая Астрономия» http://www.college.ru/astronomy

Содержат наиболее полный комплекс образовательных телекоммуникационных средств обучения астрономии

Сайт «Астрономия. Виртуальный методический кабинет учителя физики и астрономии»

http://www.gomulina.orc.ru


Содержит разделы: информационные материалы, курсы повышения квалификации, олимпиады по физике и астрономии, Интернет-ресурсы по физике, Интернет-ресурсы по астрономии, страница по методике преподавания астрономии с примерами дистанционных уроков, модели уроков

Всероссийский @вгустовский педсовет. http://pedsovet.alledu.ru/section/physics/index.htm

Секции учителей физики и учителей астрономии. Актуальные статьи по методике преподавания астрономии. Интерактивный опрос учителей. Форум. Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в преподавании астрономии. Поисковая, проектная и научно-исследовательская деятельность учащихся по астрономии


Использование материалов исследования обеспечивает повышение информационной культуры учителей и внедрение в педагогическую практику преподавания физики и астрономии, а также некоторых других учебных дисциплин естественнонаучного цикла, например, естествознания, новых специфических форм, методов и средств учебной работы, использующих ППС и телекоммуникационные средства по астрономии.

В них раскрываются вопросы:

Природа света. Электромагнитное излучение. Основные законы геометрической оптики. Телескопы. Рефрактор. Рефлектор. Радиотелескопы. Аберрации телескопа. Влияние атмосферы. Орбитальные телескопы. Тепловое излучение. Шкала температур. Основные фотометрические единицы. Законы Стефана-Больцмана и Вина. Абсолютно черное тело. Спектр. Спектр белого света. Спектральные линии. Природа спектральных линий. Классификация спектров. Спектрографы. Эффект Доплера.

Таким образом, интерактивный курс «Открытая Астрономия» максимально обеспечивает отражение содержания учебного материала, соответствующее современным школьным учебникам по астрономии Воронцова-Вельяминова Б.А. Засова А.В., Кононовича Э.В., Левитана Е.П. Порфирьева В.В.

В ряде параграфов в «Открытой Астрономии» рассматриваются теоретические вопросы несколько шире, чем в школьном курсе, на уровне учебника «Общий курс астрономии» Э.В. Кононовича и В.И.Мороза и «Справочника любителя астрономии» П.Г. Куликовского, под редакцией В.Г. Сурдина

Большое внимание в содержании контента «Открытой Астрономии» уделялось формированию научного мировоззрения в обучении астрономии, при этом использовались работы Е.П. Левитана, В.Н. Комарова, В.В. Казютинского, Н.В. Шароновой. «История астрономии и философии показывает, что на протяжении веков важными (основными) мировоззренческими проблемами были:

  1. Структура мира, его «начало» и «конец» космологическая проблема.

  2. Происхождение и развитие небесных тел – космогоническая проблема.

  3. Жизнь и разум во Вселенной.

  4. Взаимосвязи космических объектов и воздействия светил на земные явления».

Важнейшим моментом преподавания астрономии является необходимость указывать, что при исследовании наблюдаемых астрономических объектов действуют те же законы физики, что и на Земле. Уровень современных физических знаний достаточен для объяснения большинства астрономических явлений и процессов, на сегодняшний день научно объяснимы возникновение химических элементов в процессе Большого Взрыва, эволюция звезд разной массы, физические свойства галактик и т.п. Учащимся необходимо постоянно раскрывать (буквально на каждом уроке) основную цель современной астрофизики – «изучение физической природы и эволюции космических объектов, включая всю Вселенную в целом. Таким образом, астрофизика решает наиболее общие задачи астрономии. За последние десятилетия она стала ведущей частью этой науки» [С.164].

Основные дидактические возможности интерактивного мультимедийного курса «Открытая Астрономия» состоят в том, что данный курс может использоваться по нескольким категориям:

  1. Как мультимедийный обучающий курс, содержащий большое количество демонстрационных анимационных моделей, иллюстраций, интерактивный планетарий.

  2. Как мультимедийный курс, содержащий интерактивные модели, создающие возможность активного взаимодействия учащихся с моделями, для наиболее успешной реализации индивидуального подхода в обучении, направленные на формирование и развитие исследовательских навыков: изучение физических законов и явлений, зависимостей физических величин, происходящих во Вселенной.

  3. Как обучающе-контролирующий курс, содержащий задачи, тесты разной степени сложности, способствующие включению каждого учащегося в самостоятельную работу, согласно его возможностям.

  4. Как курс, содержащий необходимую справочную информацию.

Созданные телекоммуникационные средства по астрономии отвечают следующим дидактическим возможностям:

  • Организация дистанционного обучения астрономии на основе использования программных средств обучения «Открытая Астрономия», размещенного в свободном доступе с Интернет.

  • Организация оперативной консультационной помощи учащимся через виртуального учителя.

  • Организация контроля над степенью усвоения учебного материала с помощью тестирующей системы.

  • Организация проектной и учебно-исследовательской работы.

  • Организация участия учащихся в дистанционных олимпиадах.

  • Развитие умений поиска информации в Интернет.

  • Развитие общения в Интернет по различным вопросам астрономического образования с помощью телекоммуникационных средств.

  • Организация методической поддержки учителей.

Таким образом, использование мультимедийного курс «Открытая астрономия» в обучении естествознанию? Среди основных трудностей, возникающих при использовании программных средств обучения на уроках, учителя называют недостаточное количество методических материалов, трудности, возникающие при самостоятельной разработке уроков и незнание возможностей использования телекоммуникационных средств. Именно поэтому важной задачей стала разработка методических рекомендаций.

И в курсе «Естествознание», есть уроки, которые полностью посвящены изучению звездного неба и созвездий. Именно на таком уроке рекомендуется воспользоваться интерактивным планетарием, при этом не просто показать созвездия, а продемонстрировать вид звездного неба в определенное время суток и в определенном месте.

Интерактивный планетарий – это специальный модуль мультимедийного курса «Открытая Астрономия», созданный А. Завалишиным на базе программы StarCalc и переделанный программистами ФИЗИКОНА. Интерактивный планетарий позволяет наблюдать участки звездного неба, слева располагается панель управления, внизу располагается панель состояния. Рекомендуется последовательно включать и выключать названия созвездий и звезд, других небесных объектов, изменять широту наблюдения, при этом акцентировать внимание учащихся на видимость Солнца и Луны, окрашенность звездного неба, видимость планет. В мультимедийном курсе в разделе «Помощь» имеется параграф Н.2.4. «Работа с планетарием», в котором подробно описана методика применения интерактивного планетария.

hello_html_471ad328.png

Рис. 25. Интерактивный планетарий. Границы созвездий.

Цвет небесной сферы интерактивного планетария изменяется от синего днем до черного ночью. Это изменение цвета легко показать, вызывая в кнопке «Время» диалоговое окно «Установка времени». С помощью интерактивного планетария учащиеся быстрее смогут сформировать представление о созвездии, как об определенном участке звездного неба, о движении планет по небу, вращении звездного неба, которое отражает вращение Земли.

hello_html_m629b575d.png

Рис. 26. Интерактивный планетарий. Изменение масштаба.

По принципу работы кнопки панели управления можно разделить на две группы. Часть кнопок («Время», «Место» и т.п.) вызывает диалоговое окно, в котором учитель может изменить интересующие его режимы. Нажатием на кнопку «ОК» учитель подтверждает эти изменения, нажатие на кнопку «Отмена» позволяет вернуться к основному окну программы, не внося изменений.

Другие кнопки позволяют перейти в другие режимы работы программы. Текущий режим работы программы соответствует «утопленной» кнопке; если ни одна из кнопок не отжата, то программа находится в основном режиме работы, который соответствует времени и временному поясу, установленному на данный компьютер. Например, кнопка «Место» вызывает диалоговое окно «Установка места», в котором можно изменить широту, долготу наблюдения, выбрать город, часовой пояс. Панель состояния, располагающаяся внизу экрана, показывает дату наблюдения, время наблюдения, широту, долготу места наблюдения, масштаб увеличения.

hello_html_d496fa9.pnghello_html_m58c48631.pnghello_html_52c71882.pnghello_html_1d9613d3.png

Рис. 28. Интерактивный планетарий. Панель управления.

Небесные объекты на небесной сфере отображаются небольшими кружками, при этом их величина соответствует видимой звездной величине, а цвет – спектральному классу. В 5 – 6 классах рекомендуется обратить внимание учащихся на величину таких ярких звезд, как Сириус, Ригель, Бетельгейзе, которые отчетливо одновременно видны на небесной сфере при увеличении.

Кнопка «Поиск» открывает диалоговое окно, в котором можно ввести название интересующего объекта, например созвездия. Если объект не виден, то появляется соответствующая надпись.

hello_html_m64b1a34d.png

Рис. 29. Интерактивный планетарий. Поиск небесных объектов.


И в курсе «Естествознание», есть уроки, которые посвящены таким важнейшем вопросам, как вращение Земли вокруг оси, движение Земли вокруг Солнца. Введение важнейшего астрономического понятия суточное движение светил облегчит интерактивная модель «Суточное движение светил», которая изображает вращение звездного неба на разных широтах.

Географическую широту, на которой находится наблюдатель, можно изменять при помощи кнопок «Вверх» и «Вниз» или просто путем ввода численного значения. При этом Полярная звезда поднимается к зениту или опускается к горизонту, линия которого проходит ниже границы активного окна модели. При нажатии на кнопку «Старт» все звезды начинают обращаться вокруг полюса, расположенного недалеко от Полярной звезды. В интерактивной модели «Суточное движение светил» имеется возможность «включить» и «выключить» начертания созвездий.

hello_html_3b2ed639.png

Рис. 30. Модель «Суточное движение светил».

Анимационная модель «Времена года» показывает смену времен года в Северном полушарии при вращении Земли вокруг Солнца. В модели вокруг находящегося в центре экрана Солнца обращается Земля, указана ось ее вращения, отмечены северный (N) и южный (S) полюса. Лето в северном полушарии наступает, когда оно обращено к Солнцу (зимой лучи попадают на поверхность полушария под небольшим углом и поэтому не могут в достаточной степени нагревать ее).

В небольшом окне в правом нижнем углу сменяются пейзажи, характерные для средней полосы России в соответствующее время года. Таймер в окне слева отмеряет виртуальные годы и месяцы, прошедшие с момента запуска модели. Кнопка «Старт» запускает модель, кнопка «Стоп» приостанавливает анимацию, кнопка «Сброс» возвращает модель в первоначальное состояние.

hello_html_750ce40c.png

Рис. 31. Модель «времена года».


С помощью модели «Видимое движение планет» учащиеся с легкостью могут усвоить такое сложное понятие как «петлеобразное движение планет».

При создании данных моделей учитывались возрастные особенности учащихся основной школы, поэтому данные модели очень просты и наглядны.

В методических рекомендациях «Открытая Астрономия». Рекомендации по использованию в рамках курсов «Естествознание», «Природоведение» по применению компьютерного курса «Открытая астрономия» в преподавании естествознания» подробно показана методика использования моделей и иллюстраций. Всеми авторами данных различных программ в основе отбора содержания учебного материала по астрономической тематике лежат принципы генерализации знаний (объединение учебного материала, содержащего астрономические сведения, на основе научных фактов, фундаментальных понятий), преемственности и непрерывности при одновременном учитывании предшествующей подготовки учащихся и целостности в формировании единой картины мира.

Мультимедийный курс «Открытая Астрономия» в основной школе может использоваться на уроках с целью демонстрации простейших анимационных моделей, в системе дополнительного образования могут быть использованы некоторые интерактивные модели.

Модель «Астрономические расстояния» позволяет сравнивать характерные размеры и расстояния во Вселенной. В специальном окне последовательно показываются астрономические и земные объекты, например, Кремль, нейтронная звезда, изображение карты Москвы, Луна и т.п., при этом показываются характерные размеры данных объектов.

Перейти к другому слайду данной модели можно при помощи шкалы, расположенной в нижней части модели, либо при просмотре данной модели в непрерывном режиме. Кнопка «Стоп» позволяет приостанавливать просмотр на неопределенное время, которое можно использовать для объяснения. При повторном нажатии кнопки «Старт» в модели будет продолжаться показ слайдов.

hello_html_m355b8d46.png

Рис. 32. Модель «Астрономические расстояния».


Модель «Годы и расстояния» иллюстрирует, насколько далеко от нас находится тот или иной космический объект. Слайды левого окна показывают космические объекты (Полярная звезда, центр Галактики, Туманность Андромеды, сверхскопление галактик и т.п.), а также расстояние до них в световых годах. Соответствующие им слайды правого окна демонстрируют, что происходило на Земле в тот момент, когда свет, который мы видим сейчас, был испущен далеким объектом.

hello_html_bd611e3.png

Рис. 33. Модель «Годы и расстояния».


Таким образом, следующей моделью учебной деятельности выступают дистанционные уроки. Они предполагают использование сетевых образовательных ресурсов (в астрономии – ресурсов, созданных на базе университетов, обсерваторий и др.), обращение к электронным библиотекам, энциклопедиям, мультимедийным курсам, размещенным в Интернет, к ресурсам, созданным по результатам проведенных телекоммуникационных проектов.


3.3. Анализ динамики и результатов педагогического эксперимента


Задачей обучающего периода явилась проверка гипотезы исследования о том, что если разработать программных средств обучения по естествознанию, удовлетворяющие современным представлениям о мультимедийных обучающих курсах, соответствующие телекоммуникационные средства и методику их применения, то комплексное применение совокупности программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике повысит интерес учащихся к науке, способствует развитию познавательной самостоятельности, улучшит качество знаний учащихся.

Обучающий эксперимент состоял в проведении уроков с применением программных средств обучения по естествознанию в классах, получивших название экспериментальных. Сравнение велось с классами, где преподавание велось без применения компьютерных средств обучения. При проведении эксперимента учитывалось требование репрезентативности при подборе экспериментальных и контрольных классов во избежание недостоверности результатов педагогического эксперимента. Поскольку повышение познавательной самостоятельности происходит не только от применения новых информационных и телекоммуникационных средств в обучении, но и от значительного количества других факторов, связь должна быть не функциональной зависимостью, а корреляционным отношением, когда повышению познавательной самостоятельности может соответствовать несколько других параметров.

В ходе экспериментальной работы использовались различные методы исследования: наблюдения за учащимися, анализ диагностических контрольных работ, анализ творческого роста учащихся, их степень участия в городских олимпиадах, Всероссийских и международных олимпиадах, научно-практических конференциях.

В нашем случае выборочного наблюдения параметры всей совокупности объектов, подлежащих обследованию, неизвестны. О них можно судить только гипотетически. Для оценки этих параметров в педагогике используется нулевая гипотеза, которая исходит из предположения, что наблюдаемые изменения свойств зависят не от действия организованного параметра, а определяются второстепенными, нерегулируемыми в учебном процессе случайными причинами.

В качестве нулевой гипотезы,но мы выдвинули предположение, что развитие познавательной самостоятельности не повысилось после работы с программных средств обучения, не произошла коррекция знаний, умений и навыков. Сформируем противоположную гипотезу: комплексное применение совокупности программных средств обучения в курсе «Естествознание» способствуют организации познавательной деятельности старшеклассников.

В ходе проверки гипотезы мы будем принимать решение о том, какое из утверждений является верным в свете эмпирических данных. Примем вероятность ошибочного отвержения гипотезы – уровень значимости с обычным значением р = 0,05. Извлекаем выборку и для полученных эмпирических данных определяем статистический критерий и определяем вероятность того, какая их гипотез верна.

Информатика на основе компьютерных математических пакетов как интегрирующий элемент среднего образования

В. П. Дьяконов [21, с.25] подчеркивает большую роль и полезность подобных систем компьютерной математики для науки и образования: «Нынешние системы компьютерной алгебры - это самые сложные продукты нашего времени. Их ядро вмещает математические сведения, накопленные человечеством за все время развития математики. В разработке таких систем участвуют многие математические школы мира. Такие системы все реже ошибаются и все чаще используются в сфере как практических, так и теоретических вычислений. Они резко подняли планку возможностей вычислений как для студентов и аспирантов вузов, так и для всего корпуса научных работников и инженеров. Давно назрело время изучения таких систем как обязательных дисциплин для студентов математических и иных специальностей, где широко используются математические методы».

Внедрение программных средств обучения в курсе «Естествознание»возможно в следующих формах:

  • ведение элективного курса по изучению возможностей и основ работы программных средств обучения;

  • обучение с использование программных средств обучения с на примере пакета Maple;

  • использование на уроках естествознания в качестве демонстрационного материала (при изучении новой темы);

  • использование учителем для проверки работ учеников и самопроверки;

  • реализация проектной деятельности учащихся и развитие их научного творчества.

Таким образом, можно говорить о том, что естествознание и PIKT активно реализуют межпредметные связи в процессе обучения и интеграцию школьных дисциплин. Тема использования Maple на уроках в школе раскрыта в работах Гибадуллиной А. И. [12], в ВУЗе - в работах Адиятуллиной Г. Р. [2], Мисюк Т. М. [41], Надежиной М. Е. [42], и др.

Поскольку преподавание астрономии и физики в школе велось одним учителем высшей квалификации на протяжении 7 лет (в 5 – 6 классах велся курс «Физика, химия» по авторской программе А.Е. Гуревича, Д.А. Исаева, Л.С. Понтака , можно считать условие подбора экспериментальных и контрольных классов выполненным. Анализ динамики развития познавательной самостоятельности учащихся к 11 классу показал положительную динамику развития познавательной самостоятельности у двух классов, но процент достижения творческого, исследовательского уровня в экспериментальном классе выше.

Таблица 6.

Динамика развития познавательной самостоятельности

Достигаемый уровень познавательной самостоятельности

Экспериментальный класс

Контрольный класс

Репродуктивный

20%

0%

Частично-поисковый

73%

82%

Исследовательский

7%

18%

Положительная динамика развития познавательной самостоятельности

80%

100%


Обучение естесвознанию в экспериментальном классе велось с применением программных средств обучения, обучение в контрольном классе – без применения программных средств обучения.

Таблица 7.

Количество учащихся, выполняющих задания творческого, исследовательского характера

Количество учащихся

Экспериментальный класс

Контрольный класс

Количество призеров на различных Всероссийских и международных научно-практических конференциях, в работах которых использовались телекоммуникационные технологии (с 8 по 11 классы)

5

0

Количество учащихся, применяющих телекоммуникационные технологии в работах по физике и астрономии для итоговой аттестации

5

1


Для сравнения возьмем только количество учащихся, получивших награды за участие в различных научно-исследовательских работах которых использовались программных средств обучения.

Такие учащиеся могут использовать не только знания, полученные на уроках, но применяют способы известные способы деятельности на новом материале, самостоятельно формируют выводы в обобщенной форме, выбирают преимущественно для своих исследований сложные вопросы, рассчитанные на творческую деятельность.

Все это свидетельствует о том, что последовательное применение программных средств обучения к существенному повышению познавательной самостоятельности учащихся.



Выводы по третьей главе


Одной из важных целей школьного образования является развитие конкурентоспособной личности выпускника.

Внедрение программных средств обучения в курс «Естествознание» на примере компьютерных математических пакетов Maple в систему школьного образования в рамках экспериментальной работы осуществлялось с внедрением элективного курса «Изучение пакета символьной математики Maple», и программой раздела курса информатики «Программирование в среде

Для решения современных образовательных задач, в основе которых лежат применение новых сетевых технологий и технологий создания интерактивных курсов, нами был разработан и внедрен полный комплекс программных средств обучения в области астрономии.

Для этого необходимо было выработать структуру комплекса программных средств обучения по астрономии. Под комплексом программных средств обучения мы понимаем: электронный курс, содержащий интерактивные модели; электронный курс, размещенный в Интернет в свободном доступе; обеспечение методической поддержки ППС и обмен опытом через Интернет с помощью страниц «Учителю»; систему дистанционного обучения учащихся; поиск информации и обзор ресурсов в Интернет; дистанционные конкурсы и олимпиады по астрономии.

С нашей точки зрения электронный (мультимедийный) курс (учебник) должен включать в себя текст учебника в виде гипертекста, иллюстрированный учебно-справочный блок, блок анимационных и интерактивных моделей, блок тестов и задач, блок поиска информации внутри мультимедийного курса, блок системы помощи, блок поиска информации в Интернет.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современный этап развития общества предполагает активное использование информационно-коммуникационных технологий во все сферах жизнедеятельности человека. Компьютерное моделирование занимает одно из основных мест в процессе подготовки будущих специалистов и выполнения их профессиональной деятельности.

Для определения актуальности и необходимости использования современного программного обеспечения для компьютерного моделирования определим основные понятия «Программное обеспечение», «Компьютерное моделирование» и рассмотрим особенности компьютерного моделирования.

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы, наряду с аппаратным обеспечением персонального компьютера. Что в совокупности дает нам инструмент для выполнения определенной деятельности человека.

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Изучение и исследование моделей с помощью компьютерной техники позволяет более эффективно использовать время и ресурсы, и получать актуальную информацию о реальном объекте.

Проектирование компьютерной модели базируется на абстрагировании реального объекта с помощью компьютерной техники. В тоже время в проектируемой модели должны отражаться достаточное количество свойств модели, для ее реального поведения и исследования полученных результатов.

В современном мире компьютерное моделирование применяются в физики, астрофизике, механике, биологии, схемотехнике, различных областях машиностроения, автомобилестроения и т.д. Компьютерное моделирование используется для получения новых знаний о моделируемом объекте для дальнейших аналитических исследований специалистами.

Перечислим основные этапы компьютерного моделирования:

– разработка концептуальной модели предполагает выявление элементов моделируемой системы и их взаимодействия;

– формализация предполагает переход к математическим моделям, разработка алгоритмов и построение программ;

– проведение компьютерного моделирования;

– обработка результатов.

Рассмотрим несколько современных программ для компьютерного моделирования, это MATLAB [1], ArchiCAD [2].

Система MATLAB представляет из себя уникальную технологию универсальных программных и алгоритмических средств с широкой гаммой специализированных приложений. Язык и среда программирования MATLAB близки к таким языкам типа C++, Java, Object Pascal.

В системе MATLAB отлично отработаны средства визуализации результатов вычислений и их отображения. На базе ядра MATLAB созданы многочисленные расширения, обеспечивающие моделировании и обработку систем в различных сферах человеческой деятельности.

MATLAB является незаменимым инструментом при подготовке будущих специалистов в различных областях, что обеспечивается за счет дальнейшего использования MATLAB в своей профессиональной деятельности. Т.е. происходит максимальное сближение теоретических аспектов обучения с практическим применением полученных знаний на практике с помощью системы MATLAB.

Перечислим основные средства системы MATLAB.

Программирование вычислительных процессов:

– наличие скриптов и функций;

– обработка символьных и числовых данных;

– графический вывод результатов вычислений;

– наличие множества специальных функций по обработке данных;

– возможности по работе с файлами.

Проектирование интерфейса:

– динамическое создание интерфейсных элементов;

– создание всплывающих меню;

– проектирование интерфейса в среде GUIDE;

– создание диалоговых окон.

Визуализация трехмерных объектов:

– возможность реализации задач и алгоритмов трехмерной визуализации;

– работа с криволинейными поверхностями;

– работа с полигональными телами.

Линейная алгебра:

– основные матричные функции;

– разложение матриц;

– решение систем линейных уравнений;

– линейная алгебра и новые типы данных.

Интерполяция и аппроксимация:

– интерполяционный полином;

– сплайны;

– параметрическая аппроксимация;

– двумерная аппроксимация.

Численное дифференцирование и интегрирование.

Нелинейные уравнения и оптимизация.

Математическое программирование.

Продемонстрируем некоторые возможности MATLAB для вычисления значения на отрезке с заданным шагом «у» используя оператор while.

hello_html_m9561ae8.gifпри hello_html_m1ec3dfd4.gif;

Для вычисления значения будем использовать m-файл. Содержание m-файла с реализацией алгоритма:

x = 12.1;

a = 3.5;

n = 0;

while a <= 25.5

a = a + 3.5;

y = (x/3) + sin(x/3) + 1.2 * sin(a)^2

n = n + 1;

end

Результат выполнения m-файла:

>> znach_while

y = 3.7731

y = 4.1838

y = 4.4327

y = 4.3974

y = 4.0952

y = 3.6748

y = 3.3432

Следующая рассматриваемая нами система ArchiCAD, представляет из себя программу позволяющую полностью имитировать построение реальных деталей, зданий, городов.

При создании здания с помощью системы ArchiCAD пользователь получает в автоматическом режиме все необходимые документы, изображения, проекции.

Опишем основные технологии используемые в системе ArchiCAD:

– моделирование BIM–деталей, получение отдельных деталей конструкций, зданий, комплексов с возможностью получения проектной документации;

– 3D–проектирование позволяет разрабатывать здания и комплексы с помощью имеющихся заготовок с дальнейшим выбором необходимых деталей и характеристик;

– Open BIM реализует межпрограммное взаимодействие для архитекторов и инженеров. Данная технология позволяет свести ошибки проектирования до незначительных показателей до начала строительства;

– производительность системы ArchiCAD позволяет в кратчайшие сроки получать необходимые детали.

Таким образом, использование современного программного обеспечения MATLAB, ArchiCAD для компьютерного моделирования позволяет максимально приблизить пользователя к реальным профессиональным условиям с использованием минимума материалов средств этого. Использование MATLAB, ArchiCAD в процессе обучения позволяет развить необходимые навыки и дать возможность на практике использовать профессиональный инструмент. Использование MATLAB, ArchiCAD в профессиональной деятельности практикующими инженерами позволяет в кратчайшие сроки подготовить необходимую документацию и получить прогнозируемые результаты.


Большинство программ выполняемых на компьютере используют файлы. Файлы можно создавать, удалять, записывать, открывать. Файл это именованный набор байтов, который может быть сохранен на накопителе. Файл представляет из себя некоторый набор байтов, который имеет свое имя и расширение например name.txt. В конкретной директории не может быть два одинаковых файла. Полное имя файла состоит из адреса к директории файла с указанием имени файла, например, c:\papka\name.txt.

Для работы с файлами есть заголовочный файл . В данном файле определено несколько классов и подключены файлы - файловый ввод и файловый вывод <оfstream>.

Файловый ввод, вывод аналогичен стандартному, с одним отличием, ввод, вывод осуществляется в файл.

Приведем основные операции по работе с файлами:

Создаем объект для записи

ofstream name_file;

После создания объекта, его необходимо связать с файлом

name_file.open(“name.txt”);

Через точку производится доступ к методу класса open, в скобках указываем имя файла.

Для записи строки в файл можно использовать

name_file << “ stroka v fail “ ;

После записи данных в файл его не обходимо закрыть так

name_file.close();


Проведя анализ технологий шифрования информации, мы пришли к следующим выводам. К основным технологиям шифрования информации относятся: пофайловое шифрование, шифрование каталогов, шифрование виртуальных дисков, шифрование всего диска, защита процесса загрузки. Выявили сильные и слабые стороны данных технологий шифрования.

Провели сравнительный анализ технологий защиты информации на примере аппаратного и программного шифрования USB-накопителей. Также описали средство шифрования дисков Addonics CipherChain с 256-разрядным ключом использующий алгоритм АES и способы его подключения.

Описали основные методы шифрования, симметричное шифрование и ассиметричное шифрование. Представили графическую реализацию передачи данных с использованием симметричного и ассиметричного шифрования.

//---------------------------------------------------------------------------

//#include // библиотека Visual c++

//#include // библиотека C++ Builder

#include <iostream> // стандартная библиотека ввода, вывода

#include <fstream> // библиотека по работе с файлами

using namespace std; // пространство имен std

//---------------------------------------------------------------------------

// описываем структуру institute

struct institute

{

char name[50];

char address[60];

char specialty[50];

int number_of_students;

} TYMGNGU, UrGUPS, TumGU, temp;

//---------------------------------------------------------------------------

// меню программы

int my_menu()

{

// для выбора варианта меню

int vubor;

cout << " Sdelaite vubor\n" << endl;

cout << " 1. Pokazatb sodergimoe faila\n"

<< " 2. Proizvesti poisk po specialnosti\n"

<< " 3. Exit\n" << endl;

cout << ">>> ";

cin >> vubor;

return vubor;

}

//---------------------------------------------------------------------------

// главная функция программы

int main(int argc, char* argv[])

{

int vubor = my_menu();


// формируем исходные данные для записи в файл


// институт TYMGNGU

strcpy(TYMGNGU.name, "Tymenskii gos. neftegaz. universitet");

strcpy(TYMGNGU.address, "g.Tumenb, ul.Volodarskogo, 38");

strcpy(TYMGNGU.specialty, "ekonomist");

TYMGNGU.number_of_students = 7200;


// институт UrGUPS

strcpy(UrGUPS.name, "Uralskiy gos. putei soobshiniya");

strcpy(UrGUPS.address, "Ekaterinburg, ul.Kolmagorova, 66");

strcpy(UrGUPS.specialty, "komputer");

UrGUPS.number_of_students = 6500;


// институт TumGU

strcpy(TumGU.name, "Tymenskii gos. universitet");

strcpy(TumGU.address, "g.Tumenb, ul.Melnikaite, 105");

strcpy(TumGU.specialty, "gornyak");

TumGU.number_of_students = 5600;

// создаем файл в текущей директории

const char*FName = "txt.txt";

// записываем структуры в файл

fstream f(FName, ios::binary|ios::in|ios::out);

f.seekp(0,ios::beg);

f.write((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

f.write((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

f.write((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

// после записи закрываем файл

f.close();

// открываем файл для чтения и считываем файл

fstream in(FName, ios::binary|ios::in);

in.seekp(0,ios::beg);

in.read((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

in.read((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

in.read((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

in.close();


// обрабатываем меню программы

switch(vubor)

{

// выбор первого варианта меню программы, вывод исходных данных

case 1:

cout << endl;

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl<

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl<

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl<

break;


// выбор второго варианта меню программы, выбор по условию

case 2:

cout << " \nPoisk po neobhodimum specialnostyam " << endl;

cout << " input specialnostb: ekonomist, komputer, gornyak " << endl<


// записываем введенный ответ пользователя в структуру temp для сравнения

cin >> temp.specialty;

cout << endl;


// сравниваем поле specialty института TYMGNGU с введенным значением

// если они совпадают выводится информация про университет в котором

// есть выбранная специальность

if (strcmp((TYMGNGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl;

}


// сравниваем поле UrGUPS института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((UrGUPS.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl;

}

// сравниваем поле TumGU института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((TumGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl;

}


break;


// обработка выхода из программы

default : cerr << "Vu sdelali nevernui vibor" << endl;

exit(EXIT_FAILURE);

}


// пауза при выходе из программы для корректного просмотра результатов

cout << endl;

system("pause");

return 0;

}

//---------------------------------------------------------------------------

Одной из самой злободневной проблемой современного информационного общества является защита конфиденциальной информации от несанкционированного доступа. В данной работе рассмотрим технологии, позволяющие надежно защитить данные на ПК с помощью шифрования и многофакторной аутентификации. Зачастую данный подход является единственным способом позволяющий защитить информацию и осуществить доступ к ней.

Несанкционированный доступ к информации является огромной проблемой современности. После несанкционированного доступа информации, зачастую следует ее кража и дальнейшее распространение или передача третьим лицам. В результате этих угроз большие компании несут колоссальные убытки, также возможет полный крах компании. Кроме несанкционированного доступа, конечно, присутствует угроза физической потери данных, устройств. В тоже время в современных условиях стоимость носителя информации намного меньше стоимости самой информации, которая на ней.

Таким образом, защищая конфиденциальную информацию необходимо не забывать и о физические носители. При всем этом следует учитывать, что систематизированная безопасность должна быть легко управляема и быть незаметной для работы пользователя.

На сегодняшний день наиболее эффективный метод в области защиты информации от несанкционированного доступа является шифрование данных. Конечно, необходимо учитывать сохранность криптографических ключей, при соблюдении данного условия, сохранность данных может быть на очень высоком уровне.

Шифрованиеэто обратимое преобразование информации в целях сокрытия от неавторизованных лиц, с предоставлением, авторизованным пользователям доступа к ней.

Шифрование применяется для организации сохранности имеющейся информации. При шифровании используются ключи, которые утверждает выбор шифрования из возможных. Авторизированным пользователем является, пользователь имеющий ключ. Сложность процесса

шифрования заключается в оптимизации процесса шифрования и его дишифрования.

Шифрование должно обеспечиваться тремя состояниями безопасности информации:

конфиденциальность, шифрование применяется для скрытия информации при передаче и ее хранении;

целостность обеспечивается за счет предотвращения изменения информации при передаче и ее хранении;

идентифицируемость, необходима для аутентификации источника информации.

Для защиты информации от несанкционированного доступа, все чаще применяется различные технологии шифрования. Однако, следует отметить, что у среднестатистического пользователя может возникнуть ложное ощущение, что все данные надежно защищены. Рассмотрим основные технологии шифрования данных.

Пофайловое шифрование.

При пофайловом шифровании пользователь самостоятельно выбирает необходимые для шифрования файлы. Данный подход не требует использования множества средств шифрования и интеграции его в систему. Такие средства реализуются по кроссплатформенной схеме для различных операционных систем MAC OS X, Linux, Windows.

Шифрование каталогов.

Данный тип шифрования предполагает, что пользователь создает зашифрованные папки с файлами внутри. В отличие от пофайлового шифрования, шифрование происходит сразу, без участия пользователя. Этот тип шифрования легок в использовании, его можно считать достаточно прозрачным, однако, в его основе лежит предыдущий метод шифрования, это пофайловое шифрование. Такой подход должен реализуется за счет жесткого взаимодействия с операционной системой, и сильно зависит от платформы, на которой он используется.

Шифрование виртуальных дисков.

При шифровании виртуальных дисков реализуется технологии создания скрытого файла на жестком диске со значительными размерами. Созданный файл далее используется пользователем как логический диск с всеми его возможностями. Данные, которые находятся на виртуальном диске, являются зашифрованными и другие программы не имеют доступа к данным файлам. Отличием от шифрования каталогов является, упрощения процесса шифрования криптографической системой, за счет уменьшения количества операций при шифровании. Данные при таком виртуальном шифровании шифруются в момент записи и считывания с виртуального диска. Следует учитывать, что при таком виде шифрования, работа с данными осуществляется на уровне секторов жесткого диска.

Шифрование всего диска.

При использовании шифрования всего диска, шифруются все имеющиеся данные, загрузочный сектор, системные файлы и информация на логических дисках.

Защита процесса загрузки.

Зашифровав все данные на диске, загрузочный сектор, пользователю необходимо каким-то образом загрузить операционную систему. Для решения данной проблемы есть программы для расшифровки файлов загрузки операционной системы. В связи с этим при шифровании всего диска необходимо учитывать эти данные. Для пользователя данные

программы предлагают ввести пароль при загрузке операционной системы, что позволит программе шифрования получить доступ к ключам шифрования.

Перечисленные способы шифрования представляют собой комплекс защиты пользовательских данных и информации. Некоторые технологии защиты менее надежные, некоторые более надежные; некоторые быстрее выполняют свои алгоритмы шифрования, некоторые с заметными временными и ресурсными затратами. Для того, чтобы оценить все перечисленные технологии, рассмотрим их пригодность при защите пользовательских данных.

Пофайловое шифрование. Данный метод зачастую используется для шифрования сообщений e-mail через глобальную сеть Интернет. В таком случае необходимо зашифровать необходимый файл, и отправить его получателю. Данный подход крайне затруднителен, за счет необходимости шифровать все файлы по отдельности перед отправкой. Такой метод не надежен, в связи с тем, что он позволяет зашифровать данные и отправить их; но является не надежным при краже самой техники, а на ней может остаться ценная информация для дальнейших попыток взлома информации. Пофайловое шифрование не позволяет зашифровать временные файлы, и не надежно для шифрования ценной информации. Однако, данная технология себя зарекомендовала в передачи больших объемов данных по локальным пользовательским сетям.

Шифрование папок. Данный вид шифрования требует большого количества системных ресурсов. Процессор постоянно выполняет операции шифрования, расшифрования файлов, для каждого зашифрованного файла на диске необходимо выделить дополнительное место для его обработки. За счет всего перечисленного данный метод шифрования является ресурсоемким. Данный метод шифрования также не может быть рекомендован для защиты важной информации. Также как, и в предыдущем методе шифрования, есть большая угроза при краже устройства, возможна робота с временными файлами для расшифровки данных.

Шифрование виртуальных дисков. Недостатком данного метода является необходимость операционной системе работать с виртуальным диском как с дополнительным устройством, на что тратиться значительные объемы ресурсов операционной системы. При обращении к виртуальному диску операционная система переадресовывает запросы на другой физический объект, что затрудняет и замедляет работу операционной системы. Однако, все таки виртуальные диск операционной системой не отождествляется с обычным диском. Расширение виртуальных дисков также связано с некоторыми трудностями, и не позволяет его расширить, как обычную папку. Учитывая все перечисленное, данный метод шифрования можно считать надежнее предыдущих, если не обращать особого внимания и на скорость работы данного метода.

В современной образовательной системе происходят значительные изменения в условиях активизации социальных и информационных процессов в российском обществе. Происходит конкуренция среди образовательных учреждений и преуспевающие в этом процессе получают определенный статус.

В связи с этими условиями необходимо использовать новые стратегии развития образовательной системы в интеллектуальную сферу. В условиях экономики, основанной на интеллектуальном потенциале, наука перерастает в самостоятельную отрасль, и в качестве основы лежит профессиональная деятельность каждого участника образовательной системы.

Учитывая такие условия, залогом успешности в развитии вуза может быть правильно организованная научно-исследовательская работа студентов. Активизация процесса интеграции образования и науки служит залогом успешности, эффективного процесса формирования профессионализма студентов.

Целью написания данной работы является определение сущности механизмов управления научно-исследовательской деятельностью студентов в вузе.

Научно-исследовательской деятельностью (НИД) вуза руководит непосредственно ректор (проректор, первый проректор).

Учитывая масштабы НИД в вузе возможно создание специализированного структурного подразделения в виде: научно-исследовательской части, центра, задачами которого является объединение подразделений вуза для выполнения и обеспечения научных исследований и разработок.

Порядок взаимодействия научно-исследовательской части с другими подразделениями вуза, и ее структура определяется вузом в самостоятельном порядке в виде приказов и положений.

Таким образом, при создании научно-исследовательской части в вузе обеспечивается возможность осуществления научно-исследовательской деятельности, которая основывается на единых организационных принципах. Четко координируется работа отдельных служб, что всегда способствует увеличению гибкости управляемости этого процесса и повышения эффективности НИД.

При создании научно-исследовательской части могут включаться научно-исследовательские институты, опытно-конструкторские бюро, научные отделения, отделы, центры, специальные лаборатории, секторы, которые выполняют научные исследования.

При организации всевозможных видов обеспечения и курирования научно-исследовательской работы входящей в состав научно-исследовательской деятельности возможно создание подразделений научного обслуживания, к которым относятся центры, отделы, лаборатории, секторы, службы и другие подразделения.

Перечислим основные задачи планирования НИД в вузе:

– активизация усилий ученых, финансовых и материальных ресурсов на создание больших и перспективных направлений развития науки и техники, для решения проблем, определенных государственными и федеральными программами;

– проведение работ по повышению эффективности научных исследований, которые проводятся в вузах, с учетом внедрения наработанных результатов в исследуемые области научной работы студентов;

– новизна, актуальность, высокий научный уровень исследований, увеличение числа патентов и продаж лицензий на разработанные изобретения.

Подготовка планов по научным исследованиям в вузе необходимо выполнять с учетом научно-образовательного направления вуза и основных приоритетов развития науки, технологий и техники. Также необходимо учитывать перечень критических технологий РФ.

Планируя научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу вузов необходимо предусмотреть фундаментальные и прикладные исследования, включающие полный комплекс работ, как теоретических, так и практических; технологических разработок и их внедрения в образовательную практику. За счет чего осуществляется интеграция научно-исследовательской и образовательной деятельности. Необходимо, также подходить к этому процессу, сбалансировано, учитывая материальные, финансовые и трудовые ресурсы. В планах НИД вуза должно
отражаться предположения о научных и практических результатах исследований, их сроки, источники и необходимый объем финансирования исследований.

Сроки выполнения научно-исследовательской деятельности могут быть, как краткосрочные (1 год), так и долгосрочные (4 года). Планы в свою очередь утверждаются руководителем вуза.

При проведении экспертной оценки НИД вуза необходимо учитывать такие показатели, определяющие общий научный потенциал и перспективы развития НИД в вузе.

НИД в вузе оценивается по следующим показателям:

– внешнее финансирование НИД в вузе;

– участие в федеральных и других проектах;

– тематики исследований, соответствующие научному направлению вуза;

– участие студентов в НИД вуза;

– сотрудничество с органами управления образованием, общественными и научными организациями, другими вузами.

В основе проведения и организации НИД в вузе положены следующие нормативные акты:

– Федеральные законы РФ – «Об образовании, «О науке и государственной научно-технической политике» и «О высшем и послевузовском профессиональном образовании»;

– Налоговый и Бюджетный кодексы РФ;

– Положение «Об организации научных исследований, проводимых подведомственными учреждениями в рамках тематических планов по заданиям Министерства образования РФ и финансируемых из средств федерального бюджета»;

– Доктрина развития российской науки;

– Основы политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу;

– Концепция научной, научно-технической и инновационной политики в системе образования РФ на 2001-2005 годы.

В законодательную базу процедур лицензирования и государственной аккредитации высших учебных заведений входят:

– Положение «О государственной аккредитации высшего учебного заведения»;

– Положение «О лицензировании образовательной деятельности»;

– Приказ Рособнадзора «Об утверждении показателей деятельности и критериев государственной аккредитации высших учебных заведений».

Научно-исследовательская деятельность студентов в вузе включает следующее:

– изучение организации научно-исследовательской работы студентов их тематику, состав кафедр и задействованных студентов и преподавательского состава которые участвуют в определенной форме организации научно-исследовательской работы Таблица 1.

– существование студенческих научных кружков и обществ;

– координирование деятельности научно-исследовательской работы студентов;

– получение высоких результатов научно-исследовательской работы студентов;

– участие студентов вуза в различных научных международных, всероссийских научных объединениях;

– создание условий совместной работы студентов и их руководителей, ведение учета этой работы в планах преподавателей и кафедр.

Таблица 1

Организация научно-исследовательской деятельности студентов

(участники НИРС)


Научно-исследовательская деятельность студентов предполагает участие в научно-исследовательских работах различного уровня и вида:

– научные конференции;

– круглые столы;

– конкурсы научных работ;

– олимпиады.

Проведение экспертной оценки научно-исследовательской работы студентов предполагает следующий анализ:

– нормативные акты, к которым относятся приказы и
положения;

– анализ условий проведения конкурсов студенческих работ в вузе, научных мероприятий в которых участвовали студенты;

– результаты участников вузовских, международных и других мероприятий – научные публикации, тезисы, сборники, количество побед в олимпиадах.


Современный этап развития общества предполагает активное использование информационно-коммуникационных технологий во все сферах жизнедеятельности человека. Компьютерное моделирование занимает одно из основных мест в процессе подготовки будущих специалистов и выполнения их профессиональной деятельности.

Для определения актуальности и необходимости использования современного программного обеспечения для компьютерного моделирования определим основные понятия «Программное обеспечение», «Компьютерное моделирование» и рассмотрим особенности компьютерного моделирования.

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы, наряду с аппаратным обеспечением персонального компьютера. Что в совокупности дает нам инструмент для выполнения определенной деятельности человека.

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Изучение и исследование моделей с помощью компьютерной техники позволяет более эффективно использовать время и ресурсы, и получать актуальную информацию о реальном объекте.

Проектирование компьютерной модели базируется на абстрагировании реального объекта с помощью компьютерной техники. В тоже время в проектируемой модели должны отражаться достаточное количество свойств модели, для ее реального поведения и исследования полученных результатов.

В современном мире компьютерное моделирование применяются в физики, астрофизике, механике, биологии, схемотехнике, различных областях машиностроения, автомобилестроения и т.д. Компьютерное моделирование используется для получения новых знаний о моделируемом объекте для дальнейших аналитических исследований специалистами.

Перечислим основные этапы компьютерного моделирования:

– разработка концептуальной модели предполагает выявление элементов моделируемой системы и их взаимодействия;

– формализация предполагает переход к математическим моделям, разработка алгоритмов и построение программ;

– проведение компьютерного моделирования;

– обработка результатов.

Рассмотрим несколько современных программ для компьютерного моделирования, это MATLAB [1], ArchiCAD [2].

Система MATLAB представляет из себя уникальную технологию универсальных программных и алгоритмических средств с широкой гаммой специализированных приложений. Язык и среда программирования MATLAB близки к таким языкам типа C++, Java, Object Pascal.

В системе MATLAB отлично отработаны средства визуализации результатов вычислений и их отображения. На базе ядра MATLAB созданы многочисленные расширения, обеспечивающие моделировании и обработку систем в различных сферах человеческой деятельности.

MATLAB является незаменимым инструментом при подготовке будущих специалистов в различных областях, что обеспечивается за счет дальнейшего использования MATLAB в своей профессиональной деятельности. Т.е. происходит максимальное сближение теоретических аспектов обучения с практическим применением полученных знаний на практике с помощью системы MATLAB.

Перечислим основные средства системы MATLAB.

Программирование вычислительных процессов:

– наличие скриптов и функций;

– обработка символьных и числовых данных;

– графический вывод результатов вычислений;

– наличие множества специальных функций по обработке данных;

– возможности по работе с файлами.

Проектирование интерфейса:

– динамическое создание интерфейсных элементов;

– создание всплывающих меню;

– проектирование интерфейса в среде GUIDE;

– создание диалоговых окон.

Визуализация трехмерных объектов:

– возможность реализации задач и алгоритмов трехмерной визуализации;

– работа с криволинейными поверхностями;

– работа с полигональными телами.

Линейная алгебра:

– основные матричные функции;

– разложение матриц;

– решение систем линейных уравнений;

– линейная алгебра и новые типы данных.

Интерполяция и аппроксимация:

– интерполяционный полином;

– сплайны;

– параметрическая аппроксимация;

– двумерная аппроксимация.

Численное дифференцирование и интегрирование.

Нелинейные уравнения и оптимизация.

Математическое программирование.

Продемонстрируем некоторые возможности MATLAB для вычисления значения на отрезке с заданным шагом «у» используя оператор while.

hello_html_m9561ae8.gifпри hello_html_m1ec3dfd4.gif;

Для вычисления значения будем использовать m-файл. Содержание m-файла с реализацией алгоритма:

x = 12.1;

a = 3.5;

n = 0;

while a <= 25.5

a = a + 3.5;

y = (x/3) + sin(x/3) + 1.2 * sin(a)^2

n = n + 1;

end

Результат выполнения m-файла:

>> znach_while

y = 3.7731

y = 4.1838

y = 4.4327

y = 4.3974

y = 4.0952

y = 3.6748

y = 3.3432

Следующая рассматриваемая нами система ArchiCAD, представляет из себя программу позволяющую полностью имитировать построение реальных деталей, зданий, городов.

При создании здания с помощью системы ArchiCAD пользователь получает в автоматическом режиме все необходимые документы, изображения, проекции.

Опишем основные технологии используемые в системе ArchiCAD:

– моделирование BIM–деталей, получение отдельных деталей конструкций, зданий, комплексов с возможностью получения проектной документации;

– 3D–проектирование позволяет разрабатывать здания и комплексы с помощью имеющихся заготовок с дальнейшим выбором необходимых деталей и характеристик;

– Open BIM реализует межпрограммное взаимодействие для архитекторов и инженеров. Данная технология позволяет свести ошибки проектирования до незначительных показателей до начала строительства;

– производительность системы ArchiCAD позволяет в кратчайшие сроки получать необходимые детали.

Таким образом, использование современного программного обеспечения MATLAB, ArchiCAD для компьютерного моделирования позволяет максимально приблизить пользователя к реальным профессиональным условиям с использованием минимума материалов средств этого. Использование MATLAB, ArchiCAD в процессе обучения позволяет развить необходимые навыки и дать возможность на практике использовать профессиональный инструмент. Использование MATLAB, ArchiCAD в профессиональной деятельности практикующими инженерами позволяет в кратчайшие сроки подготовить необходимую документацию и получить прогнозируемые результаты.


Большинство программ выполняемых на компьютере используют файлы. Файлы можно создавать, удалять, записывать, открывать. Файл это именованный набор байтов, который может быть сохранен на накопителе. Файл представляет из себя некоторый набор байтов, который имеет свое имя и расширение например name.txt. В конкретной директории не может быть два одинаковых файла. Полное имя файла состоит из адреса к директории файла с указанием имени файла, например, c:\papka\name.txt.

Для работы с файлами есть заголовочный файл . В данном файле определено несколько классов и подключены файлы - файловый ввод и файловый вывод <оfstream>.

Файловый ввод, вывод аналогичен стандартному, с одним отличием, ввод, вывод осуществляется в файл.

Приведем основные операции по работе с файлами:

Создаем объект для записи

ofstream name_file;

После создания объекта, его необходимо связать с файлом

name_file.open(“name.txt”);

Через точку производится доступ к методу класса open, в скобках указываем имя файла.

Для записи строки в файл можно использовать

name_file << “ stroka v fail “ ;

После записи данных в файл его не обходимо закрыть так

name_file.close();


Проведя анализ технологий шифрования информации, мы пришли к следующим выводам. К основным технологиям шифрования информации относятся: пофайловое шифрование, шифрование каталогов, шифрование виртуальных дисков, шифрование всего диска, защита процесса загрузки. Выявили сильные и слабые стороны данных технологий шифрования.

Провели сравнительный анализ технологий защиты информации на примере аппаратного и программного шифрования USB-накопителей. Также описали средство шифрования дисков Addonics CipherChain с 256-разрядным ключом использующий алгоритм АES и способы его подключения.

Описали основные методы шифрования, симметричное шифрование и ассиметричное шифрование. Представили графическую реализацию передачи данных с использованием симметричного и ассиметричного шифрования.

//---------------------------------------------------------------------------

//#include // библиотека Visual c++

//#include // библиотека C++ Builder

#include <iostream> // стандартная библиотека ввода, вывода

#include <fstream> // библиотека по работе с файлами

using namespace std; // пространство имен std

//---------------------------------------------------------------------------

// описываем структуру institute

struct institute

{

char name[50];

char address[60];

char specialty[50];

int number_of_students;

} TYMGNGU, UrGUPS, TumGU, temp;

//---------------------------------------------------------------------------

// меню программы

int my_menu()

{

// для выбора варианта меню

int vubor;

cout << " Sdelaite vubor\n" << endl;

cout << " 1. Pokazatb sodergimoe faila\n"

<< " 2. Proizvesti poisk po specialnosti\n"

<< " 3. Exit\n" << endl;

cout << ">>> ";

cin >> vubor;

return vubor;

}

//---------------------------------------------------------------------------

// главная функция программы

int main(int argc, char* argv[])

{

int vubor = my_menu();


// формируем исходные данные для записи в файл


// институт TYMGNGU

strcpy(TYMGNGU.name, "Tymenskii gos. neftegaz. universitet");

strcpy(TYMGNGU.address, "g.Tumenb, ul.Volodarskogo, 38");

strcpy(TYMGNGU.specialty, "ekonomist");

TYMGNGU.number_of_students = 7200;


// институт UrGUPS

strcpy(UrGUPS.name, "Uralskiy gos. putei soobshiniya");

strcpy(UrGUPS.address, "Ekaterinburg, ul.Kolmagorova, 66");

strcpy(UrGUPS.specialty, "komputer");

UrGUPS.number_of_students = 6500;


// институт TumGU

strcpy(TumGU.name, "Tymenskii gos. universitet");

strcpy(TumGU.address, "g.Tumenb, ul.Melnikaite, 105");

strcpy(TumGU.specialty, "gornyak");

TumGU.number_of_students = 5600;

// создаем файл в текущей директории

const char*FName = "txt.txt";

// записываем структуры в файл

fstream f(FName, ios::binary|ios::in|ios::out);

f.seekp(0,ios::beg);

f.write((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

f.write((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

f.write((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

// после записи закрываем файл

f.close();

// открываем файл для чтения и считываем файл

fstream in(FName, ios::binary|ios::in);

in.seekp(0,ios::beg);

in.read((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

in.read((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

in.read((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

in.close();


// обрабатываем меню программы

switch(vubor)

{

// выбор первого варианта меню программы, вывод исходных данных

case 1:

cout << endl;

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl<

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl<

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl<

break;


// выбор второго варианта меню программы, выбор по условию

case 2:

cout << " \nPoisk po neobhodimum specialnostyam " << endl;

cout << " input specialnostb: ekonomist, komputer, gornyak " << endl<


// записываем введенный ответ пользователя в структуру temp для сравнения

cin >> temp.specialty;

cout << endl;


// сравниваем поле specialty института TYMGNGU с введенным значением

// если они совпадают выводится информация про университет в котором

// есть выбранная специальность

if (strcmp((TYMGNGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl;

}


// сравниваем поле UrGUPS института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((UrGUPS.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl;

}

// сравниваем поле TumGU института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((TumGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl;

}


break;


// обработка выхода из программы

default : cerr << "Vu sdelali nevernui vibor" << endl;

exit(EXIT_FAILURE);

}


// пауза при выходе из программы для корректного просмотра результатов

cout << endl;

system("pause");

return 0;

}

//---------------------------------------------------------------------------

Одной из самой злободневной проблемой современного информационного общества является защита конфиденциальной информации от несанкционированного доступа. В данной работе рассмотрим технологии, позволяющие надежно защитить данные на ПК с помощью шифрования и многофакторной аутентификации. Зачастую данный подход является единственным способом позволяющий защитить информацию и осуществить доступ к ней.

Несанкционированный доступ к информации является огромной проблемой современности. После несанкционированного доступа информации, зачастую следует ее кража и дальнейшее распространение или передача третьим лицам. В результате этих угроз большие компании несут колоссальные убытки, также возможет полный крах компании. Кроме несанкционированного доступа, конечно, присутствует угроза физической потери данных, устройств. В тоже время в современных условиях стоимость носителя информации намного меньше стоимости самой информации, которая на ней.

Таким образом, защищая конфиденциальную информацию необходимо не забывать и о физические носители. При всем этом следует учитывать, что систематизированная безопасность должна быть легко управляема и быть незаметной для работы пользователя.

На сегодняшний день наиболее эффективный метод в области защиты информации от несанкционированного доступа является шифрование данных. Конечно, необходимо учитывать сохранность криптографических ключей, при соблюдении данного условия, сохранность данных может быть на очень высоком уровне.

Шифрованиеэто обратимое преобразование информации в целях сокрытия от неавторизованных лиц, с предоставлением, авторизованным пользователям доступа к ней.

Шифрование применяется для организации сохранности имеющейся информации. При шифровании используются ключи, которые утверждает выбор шифрования из возможных. Авторизированным пользователем является, пользователь имеющий ключ. Сложность процесса

шифрования заключается в оптимизации процесса шифрования и его дишифрования.

Шифрование должно обеспечиваться тремя состояниями безопасности информации:

конфиденциальность, шифрование применяется для скрытия информации при передаче и ее хранении;

целостность обеспечивается за счет предотвращения изменения информации при передаче и ее хранении;

идентифицируемость, необходима для аутентификации источника информации.

Для защиты информации от несанкционированного доступа, все чаще применяется различные технологии шифрования. Однако, следует отметить, что у среднестатистического пользователя может возникнуть ложное ощущение, что все данные надежно защищены. Рассмотрим основные технологии шифрования данных.

Пофайловое шифрование.

При пофайловом шифровании пользователь самостоятельно выбирает необходимые для шифрования файлы. Данный подход не требует использования множества средств шифрования и интеграции его в систему. Такие средства реализуются по кроссплатформенной схеме для различных операционных систем MAC OS X, Linux, Windows.

Шифрование каталогов.

Данный тип шифрования предполагает, что пользователь создает зашифрованные папки с файлами внутри. В отличие от пофайлового шифрования, шифрование происходит сразу, без участия пользователя. Этот тип шифрования легок в использовании, его можно считать достаточно прозрачным, однако, в его основе лежит предыдущий метод шифрования, это пофайловое шифрование. Такой подход должен реализуется за счет жесткого взаимодействия с операционной системой, и сильно зависит от платформы, на которой он используется.

Шифрование виртуальных дисков.

При шифровании виртуальных дисков реализуется технологии создания скрытого файла на жестком диске со значительными размерами. Созданный файл далее используется пользователем как логический диск с всеми его возможностями. Данные, которые находятся на виртуальном диске, являются зашифрованными и другие программы не имеют доступа к данным файлам. Отличием от шифрования каталогов является, упрощения процесса шифрования криптографической системой, за счет уменьшения количества операций при шифровании. Данные при таком виртуальном шифровании шифруются в момент записи и считывания с виртуального диска. Следует учитывать, что при таком виде шифрования, работа с данными осуществляется на уровне секторов жесткого диска.

Шифрование всего диска.

При использовании шифрования всего диска, шифруются все имеющиеся данные, загрузочный сектор, системные файлы и информация на логических дисках.

Защита процесса загрузки.

Зашифровав все данные на диске, загрузочный сектор, пользователю необходимо каким-то образом загрузить операционную систему. Для решения данной проблемы есть программы для расшифровки файлов загрузки операционной системы. В связи с этим при шифровании всего диска необходимо учитывать эти данные. Для пользователя данные

программы предлагают ввести пароль при загрузке операционной системы, что позволит программе шифрования получить доступ к ключам шифрования.

Перечисленные способы шифрования представляют собой комплекс защиты пользовательских данных и информации. Некоторые технологии защиты менее надежные, некоторые более надежные; некоторые быстрее выполняют свои алгоритмы шифрования, некоторые с заметными временными и ресурсными затратами. Для того, чтобы оценить все перечисленные технологии, рассмотрим их пригодность при защите пользовательских данных.

Пофайловое шифрование. Данный метод зачастую используется для шифрования сообщений e-mail через глобальную сеть Интернет. В таком случае необходимо зашифровать необходимый файл, и отправить его получателю. Данный подход крайне затруднителен, за счет необходимости шифровать все файлы по отдельности перед отправкой. Такой метод не надежен, в связи с тем, что он позволяет зашифровать данные и отправить их; но является не надежным при краже самой техники, а на ней может остаться ценная информация для дальнейших попыток взлома информации. Пофайловое шифрование не позволяет зашифровать временные файлы, и не надежно для шифрования ценной информации. Однако, данная технология себя зарекомендовала в передачи больших объемов данных по локальным пользовательским сетям.

Шифрование папок. Данный вид шифрования требует большого количества системных ресурсов. Процессор постоянно выполняет операции шифрования, расшифрования файлов, для каждого зашифрованного файла на диске необходимо выделить дополнительное место для его обработки. За счет всего перечисленного данный метод шифрования является ресурсоемким. Данный метод шифрования также не может быть рекомендован для защиты важной информации. Также как, и в предыдущем методе шифрования, есть большая угроза при краже устройства, возможна робота с временными файлами для расшифровки данных.

Шифрование виртуальных дисков. Недостатком данного метода является необходимость операционной системе работать с виртуальным диском как с дополнительным устройством, на что тратиться значительные объемы ресурсов операционной системы. При обращении к виртуальному диску операционная система переадресовывает запросы на другой физический объект, что затрудняет и замедляет работу операционной системы. Однако, все таки виртуальные диск операционной системой не отождествляется с обычным диском. Расширение виртуальных дисков также связано с некоторыми трудностями, и не позволяет его расширить, как обычную папку. Учитывая все перечисленное, данный метод шифрования можно считать надежнее предыдущих, если не обращать особого внимания и на скорость работы данного метода.

В современной образовательной системе происходят значительные изменения в условиях активизации социальных и информационных процессов в российском обществе. Происходит конкуренция среди образовательных учреждений и преуспевающие в этом процессе получают определенный статус.

В связи с этими условиями необходимо использовать новые стратегии развития образовательной системы в интеллектуальную сферу. В условиях экономики, основанной на интеллектуальном потенциале, наука перерастает в самостоятельную отрасль, и в качестве основы лежит профессиональная деятельность каждого участника образовательной системы.

Учитывая такие условия, залогом успешности в развитии вуза может быть правильно организованная научно-исследовательская работа студентов. Активизация процесса интеграции образования и науки служит залогом успешности, эффективного процесса формирования профессионализма студентов.

Целью написания данной работы является определение сущности механизмов управления научно-исследовательской деятельностью студентов в вузе.

Научно-исследовательской деятельностью (НИД) вуза руководит непосредственно ректор (проректор, первый проректор).

Учитывая масштабы НИД в вузе возможно создание специализированного структурного подразделения в виде: научно-исследовательской части, центра, задачами которого является объединение подразделений вуза для выполнения и обеспечения научных исследований и разработок.

Порядок взаимодействия научно-исследовательской части с другими подразделениями вуза, и ее структура определяется вузом в самостоятельном порядке в виде приказов и положений.

Таким образом, при создании научно-исследовательской части в вузе обеспечивается возможность осуществления научно-исследовательской деятельности, которая основывается на единых организационных принципах. Четко координируется работа отдельных служб, что всегда способствует увеличению гибкости управляемости этого процесса и повышения эффективности НИД.

При создании научно-исследовательской части могут включаться научно-исследовательские институты, опытно-конструкторские бюро, научные отделения, отделы, центры, специальные лаборатории, секторы, которые выполняют научные исследования.

При организации всевозможных видов обеспечения и курирования научно-исследовательской работы входящей в состав научно-исследовательской деятельности возможно создание подразделений научного обслуживания, к которым относятся центры, отделы, лаборатории, секторы, службы и другие подразделения.

Перечислим основные задачи планирования НИД в вузе:

– активизация усилий ученых, финансовых и материальных ресурсов на создание больших и перспективных направлений развития науки и техники, для решения проблем, определенных государственными и федеральными программами;

– проведение работ по повышению эффективности научных исследований, которые проводятся в вузах, с учетом внедрения наработанных результатов в исследуемые области научной работы студентов;

– новизна, актуальность, высокий научный уровень исследований, увеличение числа патентов и продаж лицензий на разработанные изобретения.

Подготовка планов по научным исследованиям в вузе необходимо выполнять с учетом научно-образовательного направления вуза и основных приоритетов развития науки, технологий и техники. Также необходимо учитывать перечень критических технологий РФ.

Планируя научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу вузов необходимо предусмотреть фундаментальные и прикладные исследования, включающие полный комплекс работ, как теоретических, так и практических; технологических разработок и их внедрения в образовательную практику. За счет чего осуществляется интеграция научно-исследовательской и образовательной деятельности. Необходимо, также подходить к этому процессу, сбалансировано, учитывая материальные, финансовые и трудовые ресурсы. В планах НИД вуза должно
отражаться предположения о научных и практических результатах исследований, их сроки, источники и необходимый объем финансирования исследований.

Сроки выполнения научно-исследовательской деятельности могут быть, как краткосрочные (1 год), так и долгосрочные (4 года). Планы в свою очередь утверждаются руководителем вуза.

При проведении экспертной оценки НИД вуза необходимо учитывать такие показатели, определяющие общий научный потенциал и перспективы развития НИД в вузе.

НИД в вузе оценивается по следующим показателям:

– внешнее финансирование НИД в вузе;

– участие в федеральных и других проектах;

– тематики исследований, соответствующие научному направлению вуза;

– участие студентов в НИД вуза;

– сотрудничество с органами управления образованием, общественными и научными организациями, другими вузами.

В основе проведения и организации НИД в вузе положены следующие нормативные акты:

– Федеральные законы РФ – «Об образовании, «О науке и государственной научно-технической политике» и «О высшем и послевузовском профессиональном образовании»;

– Налоговый и Бюджетный кодексы РФ;

– Положение «Об организации научных исследований, проводимых подведомственными учреждениями в рамках тематических планов по заданиям Министерства образования РФ и финансируемых из средств федерального бюджета»;

– Доктрина развития российской науки;

– Основы политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу;

– Концепция научной, научно-технической и инновационной политики в системе образования РФ на 2001-2005 годы.

В законодательную базу процедур лицензирования и государственной аккредитации высших учебных заведений входят:

– Положение «О государственной аккредитации высшего учебного заведения»;

– Положение «О лицензировании образовательной деятельности»;

– Приказ Рособнадзора «Об утверждении показателей деятельности и критериев государственной аккредитации высших учебных заведений».

Научно-исследовательская деятельность студентов в вузе включает следующее:

– изучение организации научно-исследовательской работы студентов их тематику, состав кафедр и задействованных студентов и преподавательского состава которые участвуют в определенной форме организации научно-исследовательской работы Таблица 1.

– существование студенческих научных кружков и обществ;

– координирование деятельности научно-исследовательской работы студентов;

– получение высоких результатов научно-исследовательской работы студентов;

– участие студентов вуза в различных научных международных, всероссийских научных объединениях;

– создание условий совместной работы студентов и их руководителей, ведение учета этой работы в планах преподавателей и кафедр.

Таблица 1

Организация научно-исследовательской деятельности студентов

(участники НИРС)


Научно-исследовательская деятельность студентов предполагает участие в научно-исследовательских работах различного уровня и вида:

– научные конференции;

– круглые столы;

– конкурсы научных работ;

– олимпиады.

Проведение экспертной оценки научно-исследовательской работы студентов предполагает следующий анализ:

– нормативные акты, к которым относятся приказы и
положения;

– анализ условий проведения конкурсов студенческих работ в вузе, научных мероприятий в которых участвовали студенты;

– результаты участников вузовских, международных и других мероприятий – научные публикации, тезисы, сборники, количество побед в олимпиадах.


Современный этап развития общества предполагает активное использование информационно-коммуникационных технологий во все сферах жизнедеятельности человека. Компьютерное моделирование занимает одно из основных мест в процессе подготовки будущих специалистов и выполнения их профессиональной деятельности.

Для определения актуальности и необходимости использования современного программного обеспечения для компьютерного моделирования определим основные понятия «Программное обеспечение», «Компьютерное моделирование» и рассмотрим особенности компьютерного моделирования.

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы, наряду с аппаратным обеспечением персонального компьютера. Что в совокупности дает нам инструмент для выполнения определенной деятельности человека.

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Изучение и исследование моделей с помощью компьютерной техники позволяет более эффективно использовать время и ресурсы, и получать актуальную информацию о реальном объекте.

Проектирование компьютерной модели базируется на абстрагировании реального объекта с помощью компьютерной техники. В тоже время в проектируемой модели должны отражаться достаточное количество свойств модели, для ее реального поведения и исследования полученных результатов.

В современном мире компьютерное моделирование применяются в физики, астрофизике, механике, биологии, схемотехнике, различных областях машиностроения, автомобилестроения и т.д. Компьютерное моделирование используется для получения новых знаний о моделируемом объекте для дальнейших аналитических исследований специалистами.

Перечислим основные этапы компьютерного моделирования:

– разработка концептуальной модели предполагает выявление элементов моделируемой системы и их взаимодействия;

– формализация предполагает переход к математическим моделям, разработка алгоритмов и построение программ;

– проведение компьютерного моделирования;

– обработка результатов.

Рассмотрим несколько современных программ для компьютерного моделирования, это MATLAB [1], ArchiCAD [2].

Система MATLAB представляет из себя уникальную технологию универсальных программных и алгоритмических средств с широкой гаммой специализированных приложений. Язык и среда программирования MATLAB близки к таким языкам типа C++, Java, Object Pascal.

В системе MATLAB отлично отработаны средства визуализации результатов вычислений и их отображения. На базе ядра MATLAB созданы многочисленные расширения, обеспечивающие моделировании и обработку систем в различных сферах человеческой деятельности.

MATLAB является незаменимым инструментом при подготовке будущих специалистов в различных областях, что обеспечивается за счет дальнейшего использования MATLAB в своей профессиональной деятельности. Т.е. происходит максимальное сближение теоретических аспектов обучения с практическим применением полученных знаний на практике с помощью системы MATLAB.

Перечислим основные средства системы MATLAB.

Программирование вычислительных процессов:

– наличие скриптов и функций;

– обработка символьных и числовых данных;

– графический вывод результатов вычислений;

– наличие множества специальных функций по обработке данных;

– возможности по работе с файлами.

Проектирование интерфейса:

– динамическое создание интерфейсных элементов;

– создание всплывающих меню;

– проектирование интерфейса в среде GUIDE;

– создание диалоговых окон.

Визуализация трехмерных объектов:

– возможность реализации задач и алгоритмов трехмерной визуализации;

– работа с криволинейными поверхностями;

– работа с полигональными телами.

Линейная алгебра:

– основные матричные функции;

– разложение матриц;

– решение систем линейных уравнений;

– линейная алгебра и новые типы данных.

Интерполяция и аппроксимация:

– интерполяционный полином;

– сплайны;

– параметрическая аппроксимация;

– двумерная аппроксимация.

Численное дифференцирование и интегрирование.

Нелинейные уравнения и оптимизация.

Математическое программирование.

Продемонстрируем некоторые возможности MATLAB для вычисления значения на отрезке с заданным шагом «у» используя оператор while.

hello_html_m9561ae8.gifпри hello_html_m1ec3dfd4.gif;

Для вычисления значения будем использовать m-файл. Содержание m-файла с реализацией алгоритма:

x = 12.1;

a = 3.5;

n = 0;

while a <= 25.5

a = a + 3.5;

y = (x/3) + sin(x/3) + 1.2 * sin(a)^2

n = n + 1;

end

Результат выполнения m-файла:

>> znach_while

y = 3.7731

y = 4.1838

y = 4.4327

y = 4.3974

y = 4.0952

y = 3.6748

y = 3.3432

Следующая рассматриваемая нами система ArchiCAD, представляет из себя программу позволяющую полностью имитировать построение реальных деталей, зданий, городов.

При создании здания с помощью системы ArchiCAD пользователь получает в автоматическом режиме все необходимые документы, изображения, проекции.

Опишем основные технологии используемые в системе ArchiCAD:

– моделирование BIM–деталей, получение отдельных деталей конструкций, зданий, комплексов с возможностью получения проектной документации;

– 3D–проектирование позволяет разрабатывать здания и комплексы с помощью имеющихся заготовок с дальнейшим выбором необходимых деталей и характеристик;

– Open BIM реализует межпрограммное взаимодействие для архитекторов и инженеров. Данная технология позволяет свести ошибки проектирования до незначительных показателей до начала строительства;

– производительность системы ArchiCAD позволяет в кратчайшие сроки получать необходимые детали.

Таким образом, использование современного программного обеспечения MATLAB, ArchiCAD для компьютерного моделирования позволяет максимально приблизить пользователя к реальным профессиональным условиям с использованием минимума материалов средств этого. Использование MATLAB, ArchiCAD в процессе обучения позволяет развить необходимые навыки и дать возможность на практике использовать профессиональный инструмент. Использование MATLAB, ArchiCAD в профессиональной деятельности практикующими инженерами позволяет в кратчайшие сроки подготовить необходимую документацию и получить прогнозируемые результаты.


Большинство программ выполняемых на компьютере используют файлы. Файлы можно создавать, удалять, записывать, открывать. Файл это именованный набор байтов, который может быть сохранен на накопителе. Файл представляет из себя некоторый набор байтов, который имеет свое имя и расширение например name.txt. В конкретной директории не может быть два одинаковых файла. Полное имя файла состоит из адреса к директории файла с указанием имени файла, например, c:\papka\name.txt.

Для работы с файлами есть заголовочный файл . В данном файле определено несколько классов и подключены файлы - файловый ввод и файловый вывод <оfstream>.

Файловый ввод, вывод аналогичен стандартному, с одним отличием, ввод, вывод осуществляется в файл.

Приведем основные операции по работе с файлами:

Создаем объект для записи

ofstream name_file;

После создания объекта, его необходимо связать с файлом

name_file.open(“name.txt”);

Через точку производится доступ к методу класса open, в скобках указываем имя файла.

Для записи строки в файл можно использовать

name_file << “ stroka v fail “ ;

После записи данных в файл его не обходимо закрыть так

name_file.close();


Проведя анализ технологий шифрования информации, мы пришли к следующим выводам. К основным технологиям шифрования информации относятся: пофайловое шифрование, шифрование каталогов, шифрование виртуальных дисков, шифрование всего диска, защита процесса загрузки. Выявили сильные и слабые стороны данных технологий шифрования.

Провели сравнительный анализ технологий защиты информации на примере аппаратного и программного шифрования USB-накопителей. Также описали средство шифрования дисков Addonics CipherChain с 256-разрядным ключом использующий алгоритм АES и способы его подключения.

Описали основные методы шифрования, симметричное шифрование и ассиметричное шифрование. Представили графическую реализацию передачи данных с использованием симметричного и ассиметричного шифрования.

//---------------------------------------------------------------------------

//#include // библиотека Visual c++

//#include // библиотека C++ Builder

#include <iostream> // стандартная библиотека ввода, вывода

#include <fstream> // библиотека по работе с файлами

using namespace std; // пространство имен std

//---------------------------------------------------------------------------

// описываем структуру institute

struct institute

{

char name[50];

char address[60];

char specialty[50];

int number_of_students;

} TYMGNGU, UrGUPS, TumGU, temp;

//---------------------------------------------------------------------------

// меню программы

int my_menu()

{

// для выбора варианта меню

int vubor;

cout << " Sdelaite vubor\n" << endl;

cout << " 1. Pokazatb sodergimoe faila\n"

<< " 2. Proizvesti poisk po specialnosti\n"

<< " 3. Exit\n" << endl;

cout << ">>> ";

cin >> vubor;

return vubor;

}

//---------------------------------------------------------------------------

// главная функция программы

int main(int argc, char* argv[])

{

int vubor = my_menu();


// формируем исходные данные для записи в файл


// институт TYMGNGU

strcpy(TYMGNGU.name, "Tymenskii gos. neftegaz. universitet");

strcpy(TYMGNGU.address, "g.Tumenb, ul.Volodarskogo, 38");

strcpy(TYMGNGU.specialty, "ekonomist");

TYMGNGU.number_of_students = 7200;


// институт UrGUPS

strcpy(UrGUPS.name, "Uralskiy gos. putei soobshiniya");

strcpy(UrGUPS.address, "Ekaterinburg, ul.Kolmagorova, 66");

strcpy(UrGUPS.specialty, "komputer");

UrGUPS.number_of_students = 6500;


// институт TumGU

strcpy(TumGU.name, "Tymenskii gos. universitet");

strcpy(TumGU.address, "g.Tumenb, ul.Melnikaite, 105");

strcpy(TumGU.specialty, "gornyak");

TumGU.number_of_students = 5600;

// создаем файл в текущей директории

const char*FName = "txt.txt";

// записываем структуры в файл

fstream f(FName, ios::binary|ios::in|ios::out);

f.seekp(0,ios::beg);

f.write((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

f.write((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

f.write((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

// после записи закрываем файл

f.close();

// открываем файл для чтения и считываем файл

fstream in(FName, ios::binary|ios::in);

in.seekp(0,ios::beg);

in.read((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

in.read((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

in.read((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

in.close();


// обрабатываем меню программы

switch(vubor)

{

// выбор первого варианта меню программы, вывод исходных данных

case 1:

cout << endl;

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl<

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl<

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl<

break;


// выбор второго варианта меню программы, выбор по условию

case 2:

cout << " \nPoisk po neobhodimum specialnostyam " << endl;

cout << " input specialnostb: ekonomist, komputer, gornyak " << endl<


// записываем введенный ответ пользователя в структуру temp для сравнения

cin >> temp.specialty;

cout << endl;


// сравниваем поле specialty института TYMGNGU с введенным значением

// если они совпадают выводится информация про университет в котором

// есть выбранная специальность

if (strcmp((TYMGNGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl;

}


// сравниваем поле UrGUPS института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((UrGUPS.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl;

}

// сравниваем поле TumGU института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((TumGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl;

}


break;


// обработка выхода из программы

default : cerr << "Vu sdelali nevernui vibor" << endl;

exit(EXIT_FAILURE);

}


// пауза при выходе из программы для корректного просмотра результатов

cout << endl;

system("pause");

return 0;

}

//---------------------------------------------------------------------------

Одной из самой злободневной проблемой современного информационного общества является защита конфиденциальной информации от несанкционированного доступа. В данной работе рассмотрим технологии, позволяющие надежно защитить данные на ПК с помощью шифрования и многофакторной аутентификации. Зачастую данный подход является единственным способом позволяющий защитить информацию и осуществить доступ к ней.

Несанкционированный доступ к информации является огромной проблемой современности. После несанкционированного доступа информации, зачастую следует ее кража и дальнейшее распространение или передача третьим лицам. В результате этих угроз большие компании несут колоссальные убытки, также возможет полный крах компании. Кроме несанкционированного доступа, конечно, присутствует угроза физической потери данных, устройств. В тоже время в современных условиях стоимость носителя информации намного меньше стоимости самой информации, которая на ней.

Таким образом, защищая конфиденциальную информацию необходимо не забывать и о физические носители. При всем этом следует учитывать, что систематизированная безопасность должна быть легко управляема и быть незаметной для работы пользователя.

На сегодняшний день наиболее эффективный метод в области защиты информации от несанкционированного доступа является шифрование данных. Конечно, необходимо учитывать сохранность криптографических ключей, при соблюдении данного условия, сохранность данных может быть на очень высоком уровне.

Шифрованиеэто обратимое преобразование информации в целях сокрытия от неавторизованных лиц, с предоставлением, авторизованным пользователям доступа к ней.

Шифрование применяется для организации сохранности имеющейся информации. При шифровании используются ключи, которые утверждает выбор шифрования из возможных. Авторизированным пользователем является, пользователь имеющий ключ. Сложность процесса

шифрования заключается в оптимизации процесса шифрования и его дишифрования.

Шифрование должно обеспечиваться тремя состояниями безопасности информации:

конфиденциальность, шифрование применяется для скрытия информации при передаче и ее хранении;

целостность обеспечивается за счет предотвращения изменения информации при передаче и ее хранении;

идентифицируемость, необходима для аутентификации источника информации.

Для защиты информации от несанкционированного доступа, все чаще применяется различные технологии шифрования. Однако, следует отметить, что у среднестатистического пользователя может возникнуть ложное ощущение, что все данные надежно защищены. Рассмотрим основные технологии шифрования данных.

Пофайловое шифрование.

При пофайловом шифровании пользователь самостоятельно выбирает необходимые для шифрования файлы. Данный подход не требует использования множества средств шифрования и интеграции его в систему. Такие средства реализуются по кроссплатформенной схеме для различных операционных систем MAC OS X, Linux, Windows.

Шифрование каталогов.

Данный тип шифрования предполагает, что пользователь создает зашифрованные папки с файлами внутри. В отличие от пофайлового шифрования, шифрование происходит сразу, без участия пользователя. Этот тип шифрования легок в использовании, его можно считать достаточно прозрачным, однако, в его основе лежит предыдущий метод шифрования, это пофайловое шифрование. Такой подход должен реализуется за счет жесткого взаимодействия с операционной системой, и сильно зависит от платформы, на которой он используется.

Шифрование виртуальных дисков.

При шифровании виртуальных дисков реализуется технологии создания скрытого файла на жестком диске со значительными размерами. Созданный файл далее используется пользователем как логический диск с всеми его возможностями. Данные, которые находятся на виртуальном диске, являются зашифрованными и другие программы не имеют доступа к данным файлам. Отличием от шифрования каталогов является, упрощения процесса шифрования криптографической системой, за счет уменьшения количества операций при шифровании. Данные при таком виртуальном шифровании шифруются в момент записи и считывания с виртуального диска. Следует учитывать, что при таком виде шифрования, работа с данными осуществляется на уровне секторов жесткого диска.

Шифрование всего диска.

При использовании шифрования всего диска, шифруются все имеющиеся данные, загрузочный сектор, системные файлы и информация на логических дисках.

Защита процесса загрузки.

Зашифровав все данные на диске, загрузочный сектор, пользователю необходимо каким-то образом загрузить операционную систему. Для решения данной проблемы есть программы для расшифровки файлов загрузки операционной системы. В связи с этим при шифровании всего диска необходимо учитывать эти данные. Для пользователя данные

программы предлагают ввести пароль при загрузке операционной системы, что позволит программе шифрования получить доступ к ключам шифрования.

Перечисленные способы шифрования представляют собой комплекс защиты пользовательских данных и информации. Некоторые технологии защиты менее надежные, некоторые более надежные; некоторые быстрее выполняют свои алгоритмы шифрования, некоторые с заметными временными и ресурсными затратами. Для того, чтобы оценить все перечисленные технологии, рассмотрим их пригодность при защите пользовательских данных.

Пофайловое шифрование. Данный метод зачастую используется для шифрования сообщений e-mail через глобальную сеть Интернет. В таком случае необходимо зашифровать необходимый файл, и отправить его получателю. Данный подход крайне затруднителен, за счет необходимости шифровать все файлы по отдельности перед отправкой. Такой метод не надежен, в связи с тем, что он позволяет зашифровать данные и отправить их; но является не надежным при краже самой техники, а на ней может остаться ценная информация для дальнейших попыток взлома информации. Пофайловое шифрование не позволяет зашифровать временные файлы, и не надежно для шифрования ценной информации. Однако, данная технология себя зарекомендовала в передачи больших объемов данных по локальным пользовательским сетям.

Шифрование папок. Данный вид шифрования требует большого количества системных ресурсов. Процессор постоянно выполняет операции шифрования, расшифрования файлов, для каждого зашифрованного файла на диске необходимо выделить дополнительное место для его обработки. За счет всего перечисленного данный метод шифрования является ресурсоемким. Данный метод шифрования также не может быть рекомендован для защиты важной информации. Также как, и в предыдущем методе шифрования, есть большая угроза при краже устройства, возможна робота с временными файлами для расшифровки данных.

Шифрование виртуальных дисков. Недостатком данного метода является необходимость операционной системе работать с виртуальным диском как с дополнительным устройством, на что тратиться значительные объемы ресурсов операционной системы. При обращении к виртуальному диску операционная система переадресовывает запросы на другой физический объект, что затрудняет и замедляет работу операционной системы. Однако, все таки виртуальные диск операционной системой не отождествляется с обычным диском. Расширение виртуальных дисков также связано с некоторыми трудностями, и не позволяет его расширить, как обычную папку. Учитывая все перечисленное, данный метод шифрования можно считать надежнее предыдущих, если не обращать особого внимания и на скорость работы данного метода.

В современной образовательной системе происходят значительные изменения в условиях активизации социальных и информационных процессов в российском обществе. Происходит конкуренция среди образовательных учреждений и преуспевающие в этом процессе получают определенный статус.

В связи с этими условиями необходимо использовать новые стратегии развития образовательной системы в интеллектуальную сферу. В условиях экономики, основанной на интеллектуальном потенциале, наука перерастает в самостоятельную отрасль, и в качестве основы лежит профессиональная деятельность каждого участника образовательной системы.

Учитывая такие условия, залогом успешности в развитии вуза может быть правильно организованная научно-исследовательская работа студентов. Активизация процесса интеграции образования и науки служит залогом успешности, эффективного процесса формирования профессионализма студентов.

Целью написания данной работы является определение сущности механизмов управления научно-исследовательской деятельностью студентов в вузе.

Научно-исследовательской деятельностью (НИД) вуза руководит непосредственно ректор (проректор, первый проректор).

Учитывая масштабы НИД в вузе возможно создание специализированного структурного подразделения в виде: научно-исследовательской части, центра, задачами которого является объединение подразделений вуза для выполнения и обеспечения научных исследований и разработок.

Порядок взаимодействия научно-исследовательской части с другими подразделениями вуза, и ее структура определяется вузом в самостоятельном порядке в виде приказов и положений.

Таким образом, при создании научно-исследовательской части в вузе обеспечивается возможность осуществления научно-исследовательской деятельности, которая основывается на единых организационных принципах. Четко координируется работа отдельных служб, что всегда способствует увеличению гибкости управляемости этого процесса и повышения эффективности НИД.

При создании научно-исследовательской части могут включаться научно-исследовательские институты, опытно-конструкторские бюро, научные отделения, отделы, центры, специальные лаборатории, секторы, которые выполняют научные исследования.

При организации всевозможных видов обеспечения и курирования научно-исследовательской работы входящей в состав научно-исследовательской деятельности возможно создание подразделений научного обслуживания, к которым относятся центры, отделы, лаборатории, секторы, службы и другие подразделения.

Перечислим основные задачи планирования НИД в вузе:

– активизация усилий ученых, финансовых и материальных ресурсов на создание больших и перспективных направлений развития науки и техники, для решения проблем, определенных государственными и федеральными программами;

– проведение работ по повышению эффективности научных исследований, которые проводятся в вузах, с учетом внедрения наработанных результатов в исследуемые области научной работы студентов;

– новизна, актуальность, высокий научный уровень исследований, увеличение числа патентов и продаж лицензий на разработанные изобретения.

Подготовка планов по научным исследованиям в вузе необходимо выполнять с учетом научно-образовательного направления вуза и основных приоритетов развития науки, технологий и техники. Также необходимо учитывать перечень критических технологий РФ.

Планируя научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу вузов необходимо предусмотреть фундаментальные и прикладные исследования, включающие полный комплекс работ, как теоретических, так и практических; технологических разработок и их внедрения в образовательную практику. За счет чего осуществляется интеграция научно-исследовательской и образовательной деятельности. Необходимо, также подходить к этому процессу, сбалансировано, учитывая материальные, финансовые и трудовые ресурсы. В планах НИД вуза должно
отражаться предположения о научных и практических результатах исследований, их сроки, источники и необходимый объем финансирования исследований.

Сроки выполнения научно-исследовательской деятельности могут быть, как краткосрочные (1 год), так и долгосрочные (4 года). Планы в свою очередь утверждаются руководителем вуза.

При проведении экспертной оценки НИД вуза необходимо учитывать такие показатели, определяющие общий научный потенциал и перспективы развития НИД в вузе.

НИД в вузе оценивается по следующим показателям:

– внешнее финансирование НИД в вузе;

– участие в федеральных и других проектах;

– тематики исследований, соответствующие научному направлению вуза;

– участие студентов в НИД вуза;

– сотрудничество с органами управления образованием, общественными и научными организациями, другими вузами.

В основе проведения и организации НИД в вузе положены следующие нормативные акты:

– Федеральные законы РФ – «Об образовании, «О науке и государственной научно-технической политике» и «О высшем и послевузовском профессиональном образовании»;

– Налоговый и Бюджетный кодексы РФ;

– Положение «Об организации научных исследований, проводимых подведомственными учреждениями в рамках тематических планов по заданиям Министерства образования РФ и финансируемых из средств федерального бюджета»;

– Доктрина развития российской науки;

– Основы политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу;

– Концепция научной, научно-технической и инновационной политики в системе образования РФ на 2001-2005 годы.

В законодательную базу процедур лицензирования и государственной аккредитации высших учебных заведений входят:

– Положение «О государственной аккредитации высшего учебного заведения»;

– Положение «О лицензировании образовательной деятельности»;

– Приказ Рособнадзора «Об утверждении показателей деятельности и критериев государственной аккредитации высших учебных заведений».

Научно-исследовательская деятельность студентов в вузе включает следующее:

– изучение организации научно-исследовательской работы студентов их тематику, состав кафедр и задействованных студентов и преподавательского состава которые участвуют в определенной форме организации научно-исследовательской работы Таблица 1.

– существование студенческих научных кружков и обществ;

– координирование деятельности научно-исследовательской работы студентов;

– получение высоких результатов научно-исследовательской работы студентов;

– участие студентов вуза в различных научных международных, всероссийских научных объединениях;

– создание условий совместной работы студентов и их руководителей, ведение учета этой работы в планах преподавателей и кафедр.

Таблица 1

Организация научно-исследовательской деятельности студентов

(участники НИРС)


Научно-исследовательская деятельность студентов предполагает участие в научно-исследовательских работах различного уровня и вида:

– научные конференции;

– круглые столы;

– конкурсы научных работ;

– олимпиады.

Проведение экспертной оценки научно-исследовательской работы студентов предполагает следующий анализ:

– нормативные акты, к которым относятся приказы и
положения;

– анализ условий проведения конкурсов студенческих работ в вузе, научных мероприятий в которых участвовали студенты;

– результаты участников вузовских, международных и других мероприятий – научные публикации, тезисы, сборники, количество побед в олимпиадах.


Современный этап развития общества предполагает активное использование информационно-коммуникационных технологий во все сферах жизнедеятельности человека. Компьютерное моделирование занимает одно из основных мест в процессе подготовки будущих специалистов и выполнения их профессиональной деятельности.

Для определения актуальности и необходимости использования современного программного обеспечения для компьютерного моделирования определим основные понятия «Программное обеспечение», «Компьютерное моделирование» и рассмотрим особенности компьютерного моделирования.

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы, наряду с аппаратным обеспечением персонального компьютера. Что в совокупности дает нам инструмент для выполнения определенной деятельности человека.

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Изучение и исследование моделей с помощью компьютерной техники позволяет более эффективно использовать время и ресурсы, и получать актуальную информацию о реальном объекте.

Проектирование компьютерной модели базируется на абстрагировании реального объекта с помощью компьютерной техники. В тоже время в проектируемой модели должны отражаться достаточное количество свойств модели, для ее реального поведения и исследования полученных результатов.

В современном мире компьютерное моделирование применяются в физики, астрофизике, механике, биологии, схемотехнике, различных областях машиностроения, автомобилестроения и т.д. Компьютерное моделирование используется для получения новых знаний о моделируемом объекте для дальнейших аналитических исследований специалистами.

Перечислим основные этапы компьютерного моделирования:

– разработка концептуальной модели предполагает выявление элементов моделируемой системы и их взаимодействия;

– формализация предполагает переход к математическим моделям, разработка алгоритмов и построение программ;

– проведение компьютерного моделирования;

– обработка результатов.

Рассмотрим несколько современных программ для компьютерного моделирования, это MATLAB [1], ArchiCAD [2].

Система MATLAB представляет из себя уникальную технологию универсальных программных и алгоритмических средств с широкой гаммой специализированных приложений. Язык и среда программирования MATLAB близки к таким языкам типа C++, Java, Object Pascal.

В системе MATLAB отлично отработаны средства визуализации результатов вычислений и их отображения. На базе ядра MATLAB созданы многочисленные расширения, обеспечивающие моделировании и обработку систем в различных сферах человеческой деятельности.

MATLAB является незаменимым инструментом при подготовке будущих специалистов в различных областях, что обеспечивается за счет дальнейшего использования MATLAB в своей профессиональной деятельности. Т.е. происходит максимальное сближение теоретических аспектов обучения с практическим применением полученных знаний на практике с помощью системы MATLAB.

Перечислим основные средства системы MATLAB.

Программирование вычислительных процессов:

– наличие скриптов и функций;

– обработка символьных и числовых данных;

– графический вывод результатов вычислений;

– наличие множества специальных функций по обработке данных;

– возможности по работе с файлами.

Проектирование интерфейса:

– динамическое создание интерфейсных элементов;

– создание всплывающих меню;

– проектирование интерфейса в среде GUIDE;

– создание диалоговых окон.

Визуализация трехмерных объектов:

– возможность реализации задач и алгоритмов трехмерной визуализации;

– работа с криволинейными поверхностями;

– работа с полигональными телами.

Линейная алгебра:

– основные матричные функции;

– разложение матриц;

– решение систем линейных уравнений;

– линейная алгебра и новые типы данных.

Интерполяция и аппроксимация:

– интерполяционный полином;

– сплайны;

– параметрическая аппроксимация;

– двумерная аппроксимация.

Численное дифференцирование и интегрирование.

Нелинейные уравнения и оптимизация.

Математическое программирование.

Продемонстрируем некоторые возможности MATLAB для вычисления значения на отрезке с заданным шагом «у» используя оператор while.

hello_html_m9561ae8.gifпри hello_html_m1ec3dfd4.gif;

Для вычисления значения будем использовать m-файл. Содержание m-файла с реализацией алгоритма:

x = 12.1;

a = 3.5;

n = 0;

while a <= 25.5

a = a + 3.5;

y = (x/3) + sin(x/3) + 1.2 * sin(a)^2

n = n + 1;

end

Результат выполнения m-файла:

>> znach_while

y = 3.7731

y = 4.1838

y = 4.4327

y = 4.3974

y = 4.0952

y = 3.6748

y = 3.3432

Следующая рассматриваемая нами система ArchiCAD, представляет из себя программу позволяющую полностью имитировать построение реальных деталей, зданий, городов.

При создании здания с помощью системы ArchiCAD пользователь получает в автоматическом режиме все необходимые документы, изображения, проекции.

Опишем основные технологии используемые в системе ArchiCAD:

– моделирование BIM–деталей, получение отдельных деталей конструкций, зданий, комплексов с возможностью получения проектной документации;

– 3D–проектирование позволяет разрабатывать здания и комплексы с помощью имеющихся заготовок с дальнейшим выбором необходимых деталей и характеристик;

– Open BIM реализует межпрограммное взаимодействие для архитекторов и инженеров. Данная технология позволяет свести ошибки проектирования до незначительных показателей до начала строительства;

– производительность системы ArchiCAD позволяет в кратчайшие сроки получать необходимые детали.

Таким образом, использование современного программного обеспечения MATLAB, ArchiCAD для компьютерного моделирования позволяет максимально приблизить пользователя к реальным профессиональным условиям с использованием минимума материалов средств этого. Использование MATLAB, ArchiCAD в процессе обучения позволяет развить необходимые навыки и дать возможность на практике использовать профессиональный инструмент. Использование MATLAB, ArchiCAD в профессиональной деятельности практикующими инженерами позволяет в кратчайшие сроки подготовить необходимую документацию и получить прогнозируемые результаты.


Большинство программ выполняемых на компьютере используют файлы. Файлы можно создавать, удалять, записывать, открывать. Файл это именованный набор байтов, который может быть сохранен на накопителе. Файл представляет из себя некоторый набор байтов, который имеет свое имя и расширение например name.txt. В конкретной директории не может быть два одинаковых файла. Полное имя файла состоит из адреса к директории файла с указанием имени файла, например, c:\papka\name.txt.

Для работы с файлами есть заголовочный файл . В данном файле определено несколько классов и подключены файлы - файловый ввод и файловый вывод <оfstream>.

Файловый ввод, вывод аналогичен стандартному, с одним отличием, ввод, вывод осуществляется в файл.

Приведем основные операции по работе с файлами:

Создаем объект для записи

ofstream name_file;

После создания объекта, его необходимо связать с файлом

name_file.open(“name.txt”);

Через точку производится доступ к методу класса open, в скобках указываем имя файла.

Для записи строки в файл можно использовать

name_file << “ stroka v fail “ ;

После записи данных в файл его не обходимо закрыть так

name_file.close();


Проведя анализ технологий шифрования информации, мы пришли к следующим выводам. К основным технологиям шифрования информации относятся: пофайловое шифрование, шифрование каталогов, шифрование виртуальных дисков, шифрование всего диска, защита процесса загрузки. Выявили сильные и слабые стороны данных технологий шифрования.

Провели сравнительный анализ технологий защиты информации на примере аппаратного и программного шифрования USB-накопителей. Также описали средство шифрования дисков Addonics CipherChain с 256-разрядным ключом использующий алгоритм АES и способы его подключения.

Описали основные методы шифрования, симметричное шифрование и ассиметричное шифрование. Представили графическую реализацию передачи данных с использованием симметричного и ассиметричного шифрования.

//---------------------------------------------------------------------------

//#include // библиотека Visual c++

//#include // библиотека C++ Builder

#include <iostream> // стандартная библиотека ввода, вывода

#include <fstream> // библиотека по работе с файлами

using namespace std; // пространство имен std

//---------------------------------------------------------------------------

// описываем структуру institute

struct institute

{

char name[50];

char address[60];

char specialty[50];

int number_of_students;

} TYMGNGU, UrGUPS, TumGU, temp;

//---------------------------------------------------------------------------

// меню программы

int my_menu()

{

// для выбора варианта меню

int vubor;

cout << " Sdelaite vubor\n" << endl;

cout << " 1. Pokazatb sodergimoe faila\n"

<< " 2. Proizvesti poisk po specialnosti\n"

<< " 3. Exit\n" << endl;

cout << ">>> ";

cin >> vubor;

return vubor;

}

//---------------------------------------------------------------------------

// главная функция программы

int main(int argc, char* argv[])

{

int vubor = my_menu();


// формируем исходные данные для записи в файл


// институт TYMGNGU

strcpy(TYMGNGU.name, "Tymenskii gos. neftegaz. universitet");

strcpy(TYMGNGU.address, "g.Tumenb, ul.Volodarskogo, 38");

strcpy(TYMGNGU.specialty, "ekonomist");

TYMGNGU.number_of_students = 7200;


// институт UrGUPS

strcpy(UrGUPS.name, "Uralskiy gos. putei soobshiniya");

strcpy(UrGUPS.address, "Ekaterinburg, ul.Kolmagorova, 66");

strcpy(UrGUPS.specialty, "komputer");

UrGUPS.number_of_students = 6500;


// институт TumGU

strcpy(TumGU.name, "Tymenskii gos. universitet");

strcpy(TumGU.address, "g.Tumenb, ul.Melnikaite, 105");

strcpy(TumGU.specialty, "gornyak");

TumGU.number_of_students = 5600;

// создаем файл в текущей директории

const char*FName = "txt.txt";

// записываем структуры в файл

fstream f(FName, ios::binary|ios::in|ios::out);

f.seekp(0,ios::beg);

f.write((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

f.write((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

f.write((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

// после записи закрываем файл

f.close();

// открываем файл для чтения и считываем файл

fstream in(FName, ios::binary|ios::in);

in.seekp(0,ios::beg);

in.read((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

in.read((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

in.read((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

in.close();


// обрабатываем меню программы

switch(vubor)

{

// выбор первого варианта меню программы, вывод исходных данных

case 1:

cout << endl;

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl<

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl<

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl<

break;


// выбор второго варианта меню программы, выбор по условию

case 2:

cout << " \nPoisk po neobhodimum specialnostyam " << endl;

cout << " input specialnostb: ekonomist, komputer, gornyak " << endl<


// записываем введенный ответ пользователя в структуру temp для сравнения

cin >> temp.specialty;

cout << endl;


// сравниваем поле specialty института TYMGNGU с введенным значением

// если они совпадают выводится информация про университет в котором

// есть выбранная специальность

if (strcmp((TYMGNGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl;

}


// сравниваем поле UrGUPS института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((UrGUPS.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl;

}

// сравниваем поле TumGU института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((TumGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl;

}


break;


// обработка выхода из программы

default : cerr << "Vu sdelali nevernui vibor" << endl;

exit(EXIT_FAILURE);

}


// пауза при выходе из программы для корректного просмотра результатов

cout << endl;

system("pause");

return 0;

}

//---------------------------------------------------------------------------

Одной из самой злободневной проблемой современного информационного общества является защита конфиденциальной информации от несанкционированного доступа. В данной работе рассмотрим технологии, позволяющие надежно защитить данные на ПК с помощью шифрования и многофакторной аутентификации. Зачастую данный подход является единственным способом позволяющий защитить информацию и осуществить доступ к ней.

Несанкционированный доступ к информации является огромной проблемой современности. После несанкционированного доступа информации, зачастую следует ее кража и дальнейшее распространение или передача третьим лицам. В результате этих угроз большие компании несут колоссальные убытки, также возможет полный крах компании. Кроме несанкционированного доступа, конечно, присутствует угроза физической потери данных, устройств. В тоже время в современных условиях стоимость носителя информации намного меньше стоимости самой информации, которая на ней.

Таким образом, защищая конфиденциальную информацию необходимо не забывать и о физические носители. При всем этом следует учитывать, что систематизированная безопасность должна быть легко управляема и быть незаметной для работы пользователя.

На сегодняшний день наиболее эффективный метод в области защиты информации от несанкционированного доступа является шифрование данных. Конечно, необходимо учитывать сохранность криптографических ключей, при соблюдении данного условия, сохранность данных может быть на очень высоком уровне.

Шифрованиеэто обратимое преобразование информации в целях сокрытия от неавторизованных лиц, с предоставлением, авторизованным пользователям доступа к ней.

Шифрование применяется для организации сохранности имеющейся информации. При шифровании используются ключи, которые утверждает выбор шифрования из возможных. Авторизированным пользователем является, пользователь имеющий ключ. Сложность процесса

шифрования заключается в оптимизации процесса шифрования и его дишифрования.

Шифрование должно обеспечиваться тремя состояниями безопасности информации:

конфиденциальность, шифрование применяется для скрытия информации при передаче и ее хранении;

целостность обеспечивается за счет предотвращения изменения информации при передаче и ее хранении;

идентифицируемость, необходима для аутентификации источника информации.

Для защиты информации от несанкционированного доступа, все чаще применяется различные технологии шифрования. Однако, следует отметить, что у среднестатистического пользователя может возникнуть ложное ощущение, что все данные надежно защищены. Рассмотрим основные технологии шифрования данных.

Пофайловое шифрование.

При пофайловом шифровании пользователь самостоятельно выбирает необходимые для шифрования файлы. Данный подход не требует использования множества средств шифрования и интеграции его в систему. Такие средства реализуются по кроссплатформенной схеме для различных операционных систем MAC OS X, Linux, Windows.

Шифрование каталогов.

Данный тип шифрования предполагает, что пользователь создает зашифрованные папки с файлами внутри. В отличие от пофайлового шифрования, шифрование происходит сразу, без участия пользователя. Этот тип шифрования легок в использовании, его можно считать достаточно прозрачным, однако, в его основе лежит предыдущий метод шифрования, это пофайловое шифрование. Такой подход должен реализуется за счет жесткого взаимодействия с операционной системой, и сильно зависит от платформы, на которой он используется.

Шифрование виртуальных дисков.

При шифровании виртуальных дисков реализуется технологии создания скрытого файла на жестком диске со значительными размерами. Созданный файл далее используется пользователем как логический диск с всеми его возможностями. Данные, которые находятся на виртуальном диске, являются зашифрованными и другие программы не имеют доступа к данным файлам. Отличием от шифрования каталогов является, упрощения процесса шифрования криптографической системой, за счет уменьшения количества операций при шифровании. Данные при таком виртуальном шифровании шифруются в момент записи и считывания с виртуального диска. Следует учитывать, что при таком виде шифрования, работа с данными осуществляется на уровне секторов жесткого диска.

Шифрование всего диска.

При использовании шифрования всего диска, шифруются все имеющиеся данные, загрузочный сектор, системные файлы и информация на логических дисках.

Защита процесса загрузки.

Зашифровав все данные на диске, загрузочный сектор, пользователю необходимо каким-то образом загрузить операционную систему. Для решения данной проблемы есть программы для расшифровки файлов загрузки операционной системы. В связи с этим при шифровании всего диска необходимо учитывать эти данные. Для пользователя данные

программы предлагают ввести пароль при загрузке операционной системы, что позволит программе шифрования получить доступ к ключам шифрования.

Перечисленные способы шифрования представляют собой комплекс защиты пользовательских данных и информации. Некоторые технологии защиты менее надежные, некоторые более надежные; некоторые быстрее выполняют свои алгоритмы шифрования, некоторые с заметными временными и ресурсными затратами. Для того, чтобы оценить все перечисленные технологии, рассмотрим их пригодность при защите пользовательских данных.

Пофайловое шифрование. Данный метод зачастую используется для шифрования сообщений e-mail через глобальную сеть Интернет. В таком случае необходимо зашифровать необходимый файл, и отправить его получателю. Данный подход крайне затруднителен, за счет необходимости шифровать все файлы по отдельности перед отправкой. Такой метод не надежен, в связи с тем, что он позволяет зашифровать данные и отправить их; но является не надежным при краже самой техники, а на ней может остаться ценная информация для дальнейших попыток взлома информации. Пофайловое шифрование не позволяет зашифровать временные файлы, и не надежно для шифрования ценной информации. Однако, данная технология себя зарекомендовала в передачи больших объемов данных по локальным пользовательским сетям.

Шифрование папок. Данный вид шифрования требует большого количества системных ресурсов. Процессор постоянно выполняет операции шифрования, расшифрования файлов, для каждого зашифрованного файла на диске необходимо выделить дополнительное место для его обработки. За счет всего перечисленного данный метод шифрования является ресурсоемким. Данный метод шифрования также не может быть рекомендован для защиты важной информации. Также как, и в предыдущем методе шифрования, есть большая угроза при краже устройства, возможна робота с временными файлами для расшифровки данных.

Шифрование виртуальных дисков. Недостатком данного метода является необходимость операционной системе работать с виртуальным диском как с дополнительным устройством, на что тратиться значительные объемы ресурсов операционной системы. При обращении к виртуальному диску операционная система переадресовывает запросы на другой физический объект, что затрудняет и замедляет работу операционной системы. Однако, все таки виртуальные диск операционной системой не отождествляется с обычным диском. Расширение виртуальных дисков также связано с некоторыми трудностями, и не позволяет его расширить, как обычную папку. Учитывая все перечисленное, данный метод шифрования можно считать надежнее предыдущих, если не обращать особого внимания и на скорость работы данного метода.

В современной образовательной системе происходят значительные изменения в условиях активизации социальных и информационных процессов в российском обществе. Происходит конкуренция среди образовательных учреждений и преуспевающие в этом процессе получают определенный статус.

В связи с этими условиями необходимо использовать новые стратегии развития образовательной системы в интеллектуальную сферу. В условиях экономики, основанной на интеллектуальном потенциале, наука перерастает в самостоятельную отрасль, и в качестве основы лежит профессиональная деятельность каждого участника образовательной системы.

Учитывая такие условия, залогом успешности в развитии вуза может быть правильно организованная научно-исследовательская работа студентов. Активизация процесса интеграции образования и науки служит залогом успешности, эффективного процесса формирования профессионализма студентов.

Целью написания данной работы является определение сущности механизмов управления научно-исследовательской деятельностью студентов в вузе.

Научно-исследовательской деятельностью (НИД) вуза руководит непосредственно ректор (проректор, первый проректор).

Учитывая масштабы НИД в вузе возможно создание специализированного структурного подразделения в виде: научно-исследовательской части, центра, задачами которого является объединение подразделений вуза для выполнения и обеспечения научных исследований и разработок.

Порядок взаимодействия научно-исследовательской части с другими подразделениями вуза, и ее структура определяется вузом в самостоятельном порядке в виде приказов и положений.

Таким образом, при создании научно-исследовательской части в вузе обеспечивается возможность осуществления научно-исследовательской деятельности, которая основывается на единых организационных принципах. Четко координируется работа отдельных служб, что всегда способствует увеличению гибкости управляемости этого процесса и повышения эффективности НИД.

При создании научно-исследовательской части могут включаться научно-исследовательские институты, опытно-конструкторские бюро, научные отделения, отделы, центры, специальные лаборатории, секторы, которые выполняют научные исследования.

При организации всевозможных видов обеспечения и курирования научно-исследовательской работы входящей в состав научно-исследовательской деятельности возможно создание подразделений научного обслуживания, к которым относятся центры, отделы, лаборатории, секторы, службы и другие подразделения.

Перечислим основные задачи планирования НИД в вузе:

– активизация усилий ученых, финансовых и материальных ресурсов на создание больших и перспективных направлений развития науки и техники, для решения проблем, определенных государственными и федеральными программами;

– проведение работ по повышению эффективности научных исследований, которые проводятся в вузах, с учетом внедрения наработанных результатов в исследуемые области научной работы студентов;

– новизна, актуальность, высокий научный уровень исследований, увеличение числа патентов и продаж лицензий на разработанные изобретения.

Подготовка планов по научным исследованиям в вузе необходимо выполнять с учетом научно-образовательного направления вуза и основных приоритетов развития науки, технологий и техники. Также необходимо учитывать перечень критических технологий РФ.

Планируя научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу вузов необходимо предусмотреть фундаментальные и прикладные исследования, включающие полный комплекс работ, как теоретических, так и практических; технологических разработок и их внедрения в образовательную практику. За счет чего осуществляется интеграция научно-исследовательской и образовательной деятельности. Необходимо, также подходить к этому процессу, сбалансировано, учитывая материальные, финансовые и трудовые ресурсы. В планах НИД вуза должно
отражаться предположения о научных и практических результатах исследований, их сроки, источники и необходимый объем финансирования исследований.

Сроки выполнения научно-исследовательской деятельности могут быть, как краткосрочные (1 год), так и долгосрочные (4 года). Планы в свою очередь утверждаются руководителем вуза.

При проведении экспертной оценки НИД вуза необходимо учитывать такие показатели, определяющие общий научный потенциал и перспективы развития НИД в вузе.

НИД в вузе оценивается по следующим показателям:

– внешнее финансирование НИД в вузе;

– участие в федеральных и других проектах;

– тематики исследований, соответствующие научному направлению вуза;

– участие студентов в НИД вуза;

– сотрудничество с органами управления образованием, общественными и научными организациями, другими вузами.

В основе проведения и организации НИД в вузе положены следующие нормативные акты:

– Федеральные законы РФ – «Об образовании, «О науке и государственной научно-технической политике» и «О высшем и послевузовском профессиональном образовании»;

– Налоговый и Бюджетный кодексы РФ;

– Положение «Об организации научных исследований, проводимых подведомственными учреждениями в рамках тематических планов по заданиям Министерства образования РФ и финансируемых из средств федерального бюджета»;

– Доктрина развития российской науки;

– Основы политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу;

– Концепция научной, научно-технической и инновационной политики в системе образования РФ на 2001-2005 годы.

В законодательную базу процедур лицензирования и государственной аккредитации высших учебных заведений входят:

– Положение «О государственной аккредитации высшего учебного заведения»;

– Положение «О лицензировании образовательной деятельности»;

– Приказ Рособнадзора «Об утверждении показателей деятельности и критериев государственной аккредитации высших учебных заведений».

Научно-исследовательская деятельность студентов в вузе включает следующее:

– изучение организации научно-исследовательской работы студентов их тематику, состав кафедр и задействованных студентов и преподавательского состава которые участвуют в определенной форме организации научно-исследовательской работы Таблица 1.

– существование студенческих научных кружков и обществ;

– координирование деятельности научно-исследовательской работы студентов;

– получение высоких результатов научно-исследовательской работы студентов;

– участие студентов вуза в различных научных международных, всероссийских научных объединениях;

– создание условий совместной работы студентов и их руководителей, ведение учета этой работы в планах преподавателей и кафедр.

Таблица 1

Организация научно-исследовательской деятельности студентов

(участники НИРС)


Научно-исследовательская деятельность студентов предполагает участие в научно-исследовательских работах различного уровня и вида:

– научные конференции;

– круглые столы;

– конкурсы научных работ;

– олимпиады.

Проведение экспертной оценки научно-исследовательской работы студентов предполагает следующий анализ:

– нормативные акты, к которым относятся приказы и
положения;

– анализ условий проведения конкурсов студенческих работ в вузе, научных мероприятий в которых участвовали студенты;

– результаты участников вузовских, международных и других мероприятий – научные публикации, тезисы, сборники, количество побед в олимпиадах.




Современный этап развития общества предполагает активное использование информационно-коммуникационных технологий во все сферах жизнедеятельности человека. Компьютерное моделирование занимает одно из основных мест в процессе подготовки будущих специалистов и выполнения их профессиональной деятельности.

Для определения актуальности и необходимости использования современного программного обеспечения для компьютерного моделирования определим основные понятия «Программное обеспечение», «Компьютерное моделирование» и рассмотрим особенности компьютерного моделирования.

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы, наряду с аппаратным обеспечением персонального компьютера. Что в совокупности дает нам инструмент для выполнения определенной деятельности человека.

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Изучение и исследование моделей с помощью компьютерной техники позволяет более эффективно использовать время и ресурсы, и получать актуальную информацию о реальном объекте.

Проектирование компьютерной модели базируется на абстрагировании реального объекта с помощью компьютерной техники. В тоже время в проектируемой модели должны отражаться достаточное количество свойств модели, для ее реального поведения и исследования полученных результатов.

В современном мире компьютерное моделирование применяются в физики, астрофизике, механике, биологии, схемотехнике, различных областях машиностроения, автомобилестроения и т.д. Компьютерное моделирование используется для получения новых знаний о моделируемом объекте для дальнейших аналитических исследований специалистами.

Перечислим основные этапы компьютерного моделирования:

– разработка концептуальной модели предполагает выявление элементов моделируемой системы и их взаимодействия;

– формализация предполагает переход к математическим моделям, разработка алгоритмов и построение программ;

– проведение компьютерного моделирования;

– обработка результатов.

Рассмотрим несколько современных программ для компьютерного моделирования, это MATLAB [1], ArchiCAD [2].

Система MATLAB представляет из себя уникальную технологию универсальных программных и алгоритмических средств с широкой гаммой специализированных приложений. Язык и среда программирования MATLAB близки к таким языкам типа C++, Java, Object Pascal.

В системе MATLAB отлично отработаны средства визуализации результатов вычислений и их отображения. На базе ядра MATLAB созданы многочисленные расширения, обеспечивающие моделировании и обработку систем в различных сферах человеческой деятельности.

MATLAB является незаменимым инструментом при подготовке будущих специалистов в различных областях, что обеспечивается за счет дальнейшего использования MATLAB в своей профессиональной деятельности. Т.е. происходит максимальное сближение теоретических аспектов обучения с практическим применением полученных знаний на практике с помощью системы MATLAB.

Перечислим основные средства системы MATLAB.

Программирование вычислительных процессов:

– наличие скриптов и функций;

– обработка символьных и числовых данных;

– графический вывод результатов вычислений;

– наличие множества специальных функций по обработке данных;

– возможности по работе с файлами.

Проектирование интерфейса:

– динамическое создание интерфейсных элементов;

– создание всплывающих меню;

– проектирование интерфейса в среде GUIDE;

– создание диалоговых окон.

Визуализация трехмерных объектов:

– возможность реализации задач и алгоритмов трехмерной визуализации;

– работа с криволинейными поверхностями;

– работа с полигональными телами.

Линейная алгебра:

– основные матричные функции;

– разложение матриц;

– решение систем линейных уравнений;

– линейная алгебра и новые типы данных.

Интерполяция и аппроксимация:

– интерполяционный полином;

– сплайны;

– параметрическая аппроксимация;

– двумерная аппроксимация.

Численное дифференцирование и интегрирование.

Нелинейные уравнения и оптимизация.

Математическое программирование.

Продемонстрируем некоторые возможности MATLAB для вычисления значения на отрезке с заданным шагом «у» используя оператор while.

hello_html_m9561ae8.gifпри hello_html_m1ec3dfd4.gif;

Для вычисления значения будем использовать m-файл. Содержание m-файла с реализацией алгоритма:

x = 12.1;

a = 3.5;

n = 0;

while a <= 25.5

a = a + 3.5;

y = (x/3) + sin(x/3) + 1.2 * sin(a)^2

n = n + 1;

end

Результат выполнения m-файла:

>> znach_while

y = 3.7731

y = 4.1838

y = 4.4327

y = 4.3974

y = 4.0952

y = 3.6748

y = 3.3432

Следующая рассматриваемая нами система ArchiCAD, представляет из себя программу позволяющую полностью имитировать построение реальных деталей, зданий, городов.

При создании здания с помощью системы ArchiCAD пользователь получает в автоматическом режиме все необходимые документы, изображения, проекции.

Опишем основные технологии используемые в системе ArchiCAD:

– моделирование BIM–деталей, получение отдельных деталей конструкций, зданий, комплексов с возможностью получения проектной документации;

– 3D–проектирование позволяет разрабатывать здания и комплексы с помощью имеющихся заготовок с дальнейшим выбором необходимых деталей и характеристик;

– Open BIM реализует межпрограммное взаимодействие для архитекторов и инженеров. Данная технология позволяет свести ошибки проектирования до незначительных показателей до начала строительства;

– производительность системы ArchiCAD позволяет в кратчайшие сроки получать необходимые детали.

Таким образом, использование современного программного обеспечения MATLAB, ArchiCAD для компьютерного моделирования позволяет максимально приблизить пользователя к реальным профессиональным условиям с использованием минимума материалов средств этого. Использование MATLAB, ArchiCAD в процессе обучения позволяет развить необходимые навыки и дать возможность на практике использовать профессиональный инструмент. Использование MATLAB, ArchiCAD в профессиональной деятельности практикующими инженерами позволяет в кратчайшие сроки подготовить необходимую документацию и получить прогнозируемые результаты.


Большинство программ выполняемых на компьютере используют файлы. Файлы можно создавать, удалять, записывать, открывать. Файл это именованный набор байтов, который может быть сохранен на накопителе. Файл представляет из себя некоторый набор байтов, который имеет свое имя и расширение например name.txt. В конкретной директории не может быть два одинаковых файла. Полное имя файла состоит из адреса к директории файла с указанием имени файла, например, c:\papka\name.txt.

Для работы с файлами есть заголовочный файл . В данном файле определено несколько классов и подключены файлы - файловый ввод и файловый вывод <оfstream>.

Файловый ввод, вывод аналогичен стандартному, с одним отличием, ввод, вывод осуществляется в файл.

Приведем основные операции по работе с файлами:

Создаем объект для записи

ofstream name_file;

После создания объекта, его необходимо связать с файлом

name_file.open(“name.txt”);

Через точку производится доступ к методу класса open, в скобках указываем имя файла.

Для записи строки в файл можно использовать

name_file << “ stroka v fail “ ;

После записи данных в файл его не обходимо закрыть так

name_file.close();


Проведя анализ технологий шифрования информации, мы пришли к следующим выводам. К основным технологиям шифрования информации относятся: пофайловое шифрование, шифрование каталогов, шифрование виртуальных дисков, шифрование всего диска, защита процесса загрузки. Выявили сильные и слабые стороны данных технологий шифрования.

Провели сравнительный анализ технологий защиты информации на примере аппаратного и программного шифрования USB-накопителей. Также описали средство шифрования дисков Addonics CipherChain с 256-разрядным ключом использующий алгоритм АES и способы его подключения.

Описали основные методы шифрования, симметричное шифрование и ассиметричное шифрование. Представили графическую реализацию передачи данных с использованием симметричного и ассиметричного шифрования.

//---------------------------------------------------------------------------

//#include // библиотека Visual c++

//#include // библиотека C++ Builder

#include <iostream> // стандартная библиотека ввода, вывода

#include <fstream> // библиотека по работе с файлами

using namespace std; // пространство имен std

//---------------------------------------------------------------------------

// описываем структуру institute

struct institute

{

char name[50];

char address[60];

char specialty[50];

int number_of_students;

} TYMGNGU, UrGUPS, TumGU, temp;

//---------------------------------------------------------------------------

// меню программы

int my_menu()

{

// для выбора варианта меню

int vubor;

cout << " Sdelaite vubor\n" << endl;

cout << " 1. Pokazatb sodergimoe faila\n"

<< " 2. Proizvesti poisk po specialnosti\n"

<< " 3. Exit\n" << endl;

cout << ">>> ";

cin >> vubor;

return vubor;

}

//---------------------------------------------------------------------------

// главная функция программы

int main(int argc, char* argv[])

{

int vubor = my_menu();


// формируем исходные данные для записи в файл


// институт TYMGNGU

strcpy(TYMGNGU.name, "Tymenskii gos. neftegaz. universitet");

strcpy(TYMGNGU.address, "g.Tumenb, ul.Volodarskogo, 38");

strcpy(TYMGNGU.specialty, "ekonomist");

TYMGNGU.number_of_students = 7200;


// институт UrGUPS

strcpy(UrGUPS.name, "Uralskiy gos. putei soobshiniya");

strcpy(UrGUPS.address, "Ekaterinburg, ul.Kolmagorova, 66");

strcpy(UrGUPS.specialty, "komputer");

UrGUPS.number_of_students = 6500;


// институт TumGU

strcpy(TumGU.name, "Tymenskii gos. universitet");

strcpy(TumGU.address, "g.Tumenb, ul.Melnikaite, 105");

strcpy(TumGU.specialty, "gornyak");

TumGU.number_of_students = 5600;

// создаем файл в текущей директории

const char*FName = "txt.txt";

// записываем структуры в файл

fstream f(FName, ios::binary|ios::in|ios::out);

f.seekp(0,ios::beg);

f.write((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

f.write((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

f.write((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

// после записи закрываем файл

f.close();

// открываем файл для чтения и считываем файл

fstream in(FName, ios::binary|ios::in);

in.seekp(0,ios::beg);

in.read((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

in.read((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

in.read((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

in.close();


// обрабатываем меню программы

switch(vubor)

{

// выбор первого варианта меню программы, вывод исходных данных

case 1:

cout << endl;

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl<

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl<

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl<

break;


// выбор второго варианта меню программы, выбор по условию

case 2:

cout << " \nPoisk po neobhodimum specialnostyam " << endl;

cout << " input specialnostb: ekonomist, komputer, gornyak " << endl<


// записываем введенный ответ пользователя в структуру temp для сравнения

cin >> temp.specialty;

cout << endl;


// сравниваем поле specialty института TYMGNGU с введенным значением

// если они совпадают выводится информация про университет в котором

// есть выбранная специальность

if (strcmp((TYMGNGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl;

}


// сравниваем поле UrGUPS института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((UrGUPS.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl;

}

// сравниваем поле TumGU института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((TumGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl;

}


break;


// обработка выхода из программы

default : cerr << "Vu sdelali nevernui vibor" << endl;

exit(EXIT_FAILURE);

}


// пауза при выходе из программы для корректного просмотра результатов

cout << endl;

system("pause");

return 0;

}

//---------------------------------------------------------------------------

Одной из самой злободневной проблемой современного информационного общества является защита конфиденциальной информации от несанкционированного доступа. В данной работе рассмотрим технологии, позволяющие надежно защитить данные на ПК с помощью шифрования и многофакторной аутентификации. Зачастую данный подход является единственным способом позволяющий защитить информацию и осуществить доступ к ней.

Несанкционированный доступ к информации является огромной проблемой современности. После несанкционированного доступа информации, зачастую следует ее кража и дальнейшее распространение или передача третьим лицам. В результате этих угроз большие компании несут колоссальные убытки, также возможет полный крах компании. Кроме несанкционированного доступа, конечно, присутствует угроза физической потери данных, устройств. В тоже время в современных условиях стоимость носителя информации намного меньше стоимости самой информации, которая на ней.

Таким образом, защищая конфиденциальную информацию необходимо не забывать и о физические носители. При всем этом следует учитывать, что систематизированная безопасность должна быть легко управляема и быть незаметной для работы пользователя.

На сегодняшний день наиболее эффективный метод в области защиты информации от несанкционированного доступа является шифрование данных. Конечно, необходимо учитывать сохранность криптографических ключей, при соблюдении данного условия, сохранность данных может быть на очень высоком уровне.

Шифрованиеэто обратимое преобразование информации в целях сокрытия от неавторизованных лиц, с предоставлением, авторизованным пользователям доступа к ней.

Шифрование применяется для организации сохранности имеющейся информации. При шифровании используются ключи, которые утверждает выбор шифрования из возможных. Авторизированным пользователем является, пользователь имеющий ключ. Сложность процесса

шифрования заключается в оптимизации процесса шифрования и его дишифрования.

Шифрование должно обеспечиваться тремя состояниями безопасности информации:

конфиденциальность, шифрование применяется для скрытия информации при передаче и ее хранении;

целостность обеспечивается за счет предотвращения изменения информации при передаче и ее хранении;

идентифицируемость, необходима для аутентификации источника информации.

Для защиты информации от несанкционированного доступа, все чаще применяется различные технологии шифрования. Однако, следует отметить, что у среднестатистического пользователя может возникнуть ложное ощущение, что все данные надежно защищены. Рассмотрим основные технологии шифрования данных.

Пофайловое шифрование.

При пофайловом шифровании пользователь самостоятельно выбирает необходимые для шифрования файлы. Данный подход не требует использования множества средств шифрования и интеграции его в систему. Такие средства реализуются по кроссплатформенной схеме для различных операционных систем MAC OS X, Linux, Windows.

Шифрование каталогов.

Данный тип шифрования предполагает, что пользователь создает зашифрованные папки с файлами внутри. В отличие от пофайлового шифрования, шифрование происходит сразу, без участия пользователя. Этот тип шифрования легок в использовании, его можно считать достаточно прозрачным, однако, в его основе лежит предыдущий метод шифрования, это пофайловое шифрование. Такой подход должен реализуется за счет жесткого взаимодействия с операционной системой, и сильно зависит от платформы, на которой он используется.

Шифрование виртуальных дисков.

При шифровании виртуальных дисков реализуется технологии создания скрытого файла на жестком диске со значительными размерами. Созданный файл далее используется пользователем как логический диск с всеми его возможностями. Данные, которые находятся на виртуальном диске, являются зашифрованными и другие программы не имеют доступа к данным файлам. Отличием от шифрования каталогов является, упрощения процесса шифрования криптографической системой, за счет уменьшения количества операций при шифровании. Данные при таком виртуальном шифровании шифруются в момент записи и считывания с виртуального диска. Следует учитывать, что при таком виде шифрования, работа с данными осуществляется на уровне секторов жесткого диска.

Шифрование всего диска.

При использовании шифрования всего диска, шифруются все имеющиеся данные, загрузочный сектор, системные файлы и информация на логических дисках.

Защита процесса загрузки.

Зашифровав все данные на диске, загрузочный сектор, пользователю необходимо каким-то образом загрузить операционную систему. Для решения данной проблемы есть программы для расшифровки файлов загрузки операционной системы. В связи с этим при шифровании всего диска необходимо учитывать эти данные. Для пользователя данные

программы предлагают ввести пароль при загрузке операционной системы, что позволит программе шифрования получить доступ к ключам шифрования.

Перечисленные способы шифрования представляют собой комплекс защиты пользовательских данных и информации. Некоторые технологии защиты менее надежные, некоторые более надежные; некоторые быстрее выполняют свои алгоритмы шифрования, некоторые с заметными временными и ресурсными затратами. Для того, чтобы оценить все перечисленные технологии, рассмотрим их пригодность при защите пользовательских данных.

Пофайловое шифрование. Данный метод зачастую используется для шифрования сообщений e-mail через глобальную сеть Интернет. В таком случае необходимо зашифровать необходимый файл, и отправить его получателю. Данный подход крайне затруднителен, за счет необходимости шифровать все файлы по отдельности перед отправкой. Такой метод не надежен, в связи с тем, что он позволяет зашифровать данные и отправить их; но является не надежным при краже самой техники, а на ней может остаться ценная информация для дальнейших попыток взлома информации. Пофайловое шифрование не позволяет зашифровать временные файлы, и не надежно для шифрования ценной информации. Однако, данная технология себя зарекомендовала в передачи больших объемов данных по локальным пользовательским сетям.

Шифрование папок. Данный вид шифрования требует большого количества системных ресурсов. Процессор постоянно выполняет операции шифрования, расшифрования файлов, для каждого зашифрованного файла на диске необходимо выделить дополнительное место для его обработки. За счет всего перечисленного данный метод шифрования является ресурсоемким. Данный метод шифрования также не может быть рекомендован для защиты важной информации. Также как, и в предыдущем методе шифрования, есть большая угроза при краже устройства, возможна робота с временными файлами для расшифровки данных.

Шифрование виртуальных дисков. Недостатком данного метода является необходимость операционной системе работать с виртуальным диском как с дополнительным устройством, на что тратиться значительные объемы ресурсов операционной системы. При обращении к виртуальному диску операционная система переадресовывает запросы на другой физический объект, что затрудняет и замедляет работу операционной системы. Однако, все таки виртуальные диск операционной системой не отождествляется с обычным диском. Расширение виртуальных дисков также связано с некоторыми трудностями, и не позволяет его расширить, как обычную папку. Учитывая все перечисленное, данный метод шифрования можно считать надежнее предыдущих, если не обращать особого внимания и на скорость работы данного метода.

В современной образовательной системе происходят значительные изменения в условиях активизации социальных и информационных процессов в российском обществе. Происходит конкуренция среди образовательных учреждений и преуспевающие в этом процессе получают определенный статус.

В связи с этими условиями необходимо использовать новые стратегии развития образовательной системы в интеллектуальную сферу. В условиях экономики, основанной на интеллектуальном потенциале, наука перерастает в самостоятельную отрасль, и в качестве основы лежит профессиональная деятельность каждого участника образовательной системы.

Учитывая такие условия, залогом успешности в развитии вуза может быть правильно организованная научно-исследовательская работа студентов. Активизация процесса интеграции образования и науки служит залогом успешности, эффективного процесса формирования профессионализма студентов.

Целью написания данной работы является определение сущности механизмов управления научно-исследовательской деятельностью студентов в вузе.

Научно-исследовательской деятельностью (НИД) вуза руководит непосредственно ректор (проректор, первый проректор).

Учитывая масштабы НИД в вузе возможно создание специализированного структурного подразделения в виде: научно-исследовательской части, центра, задачами которого является объединение подразделений вуза для выполнения и обеспечения научных исследований и разработок.

Порядок взаимодействия научно-исследовательской части с другими подразделениями вуза, и ее структура определяется вузом в самостоятельном порядке в виде приказов и положений.

Таким образом, при создании научно-исследовательской части в вузе обеспечивается возможность осуществления научно-исследовательской деятельности, которая основывается на единых организационных принципах. Четко координируется работа отдельных служб, что всегда способствует увеличению гибкости управляемости этого процесса и повышения эффективности НИД.

При создании научно-исследовательской части могут включаться научно-исследовательские институты, опытно-конструкторские бюро, научные отделения, отделы, центры, специальные лаборатории, секторы, которые выполняют научные исследования.

При организации всевозможных видов обеспечения и курирования научно-исследовательской работы входящей в состав научно-исследовательской деятельности возможно создание подразделений научного обслуживания, к которым относятся центры, отделы, лаборатории, секторы, службы и другие подразделения.

Перечислим основные задачи планирования НИД в вузе:

– активизация усилий ученых, финансовых и материальных ресурсов на создание больших и перспективных направлений развития науки и техники, для решения проблем, определенных государственными и федеральными программами;

– проведение работ по повышению эффективности научных исследований, которые проводятся в вузах, с учетом внедрения наработанных результатов в исследуемые области научной работы студентов;

– новизна, актуальность, высокий научный уровень исследований, увеличение числа патентов и продаж лицензий на разработанные изобретения.

Подготовка планов по научным исследованиям в вузе необходимо выполнять с учетом научно-образовательного направления вуза и основных приоритетов развития науки, технологий и техники. Также необходимо учитывать перечень критических технологий РФ.

Планируя научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу вузов необходимо предусмотреть фундаментальные и прикладные исследования, включающие полный комплекс работ, как теоретических, так и практических; технологических разработок и их внедрения в образовательную практику. За счет чего осуществляется интеграция научно-исследовательской и образовательной деятельности. Необходимо, также подходить к этому процессу, сбалансировано, учитывая материальные, финансовые и трудовые ресурсы. В планах НИД вуза должно
отражаться предположения о научных и практических результатах исследований, их сроки, источники и необходимый объем финансирования исследований.

Сроки выполнения научно-исследовательской деятельности могут быть, как краткосрочные (1 год), так и долгосрочные (4 года). Планы в свою очередь утверждаются руководителем вуза.

При проведении экспертной оценки НИД вуза необходимо учитывать такие показатели, определяющие общий научный потенциал и перспективы развития НИД в вузе.

НИД в вузе оценивается по следующим показателям:

– внешнее финансирование НИД в вузе;

– участие в федеральных и других проектах;

– тематики исследований, соответствующие научному направлению вуза;

– участие студентов в НИД вуза;

– сотрудничество с органами управления образованием, общественными и научными организациями, другими вузами.

В основе проведения и организации НИД в вузе положены следующие нормативные акты:

– Федеральные законы РФ – «Об образовании, «О науке и государственной научно-технической политике» и «О высшем и послевузовском профессиональном образовании»;

– Налоговый и Бюджетный кодексы РФ;

– Положение «Об организации научных исследований, проводимых подведомственными учреждениями в рамках тематических планов по заданиям Министерства образования РФ и финансируемых из средств федерального бюджета»;

– Доктрина развития российской науки;

– Основы политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу;

– Концепция научной, научно-технической и инновационной политики в системе образования РФ на 2001-2005 годы.

В законодательную базу процедур лицензирования и государственной аккредитации высших учебных заведений входят:

– Положение «О государственной аккредитации высшего учебного заведения»;

– Положение «О лицензировании образовательной деятельности»;

– Приказ Рособнадзора «Об утверждении показателей деятельности и критериев государственной аккредитации высших учебных заведений».

Научно-исследовательская деятельность студентов в вузе включает следующее:

– изучение организации научно-исследовательской работы студентов их тематику, состав кафедр и задействованных студентов и преподавательского состава которые участвуют в определенной форме организации научно-исследовательской работы Таблица 1.

– существование студенческих научных кружков и обществ;

– координирование деятельности научно-исследовательской работы студентов;

– получение высоких результатов научно-исследовательской работы студентов;

– участие студентов вуза в различных научных международных, всероссийских научных объединениях;

– создание условий совместной работы студентов и их руководителей, ведение учета этой работы в планах преподавателей и кафедр.

Таблица 1

Организация научно-исследовательской деятельности студентов

(участники НИРС)


Научно-исследовательская деятельность студентов предполагает участие в научно-исследовательских работах различного уровня и вида:

– научные конференции;

– круглые столы;

– конкурсы научных работ;

– олимпиады.

Проведение экспертной оценки научно-исследовательской работы студентов предполагает следующий анализ:

– нормативные акты, к которым относятся приказы и
положения;

– анализ условий проведения конкурсов студенческих работ в вузе, научных мероприятий в которых участвовали студенты;

– результаты участников вузовских, международных и других мероприятий – научные публикации, тезисы, сборники, количество побед в олимпиадах.


Современный этап развития общества предполагает активное использование информационно-коммуникационных технологий во все сферах жизнедеятельности человека. Компьютерное моделирование занимает одно из основных мест в процессе подготовки будущих специалистов и выполнения их профессиональной деятельности.

Для определения актуальности и необходимости использования современного программного обеспечения для компьютерного моделирования определим основные понятия «Программное обеспечение», «Компьютерное моделирование» и рассмотрим особенности компьютерного моделирования.

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы, наряду с аппаратным обеспечением персонального компьютера. Что в совокупности дает нам инструмент для выполнения определенной деятельности человека.

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Изучение и исследование моделей с помощью компьютерной техники позволяет более эффективно использовать время и ресурсы, и получать актуальную информацию о реальном объекте.

Проектирование компьютерной модели базируется на абстрагировании реального объекта с помощью компьютерной техники. В тоже время в проектируемой модели должны отражаться достаточное количество свойств модели, для ее реального поведения и исследования полученных результатов.

В современном мире компьютерное моделирование применяются в физики, астрофизике, механике, биологии, схемотехнике, различных областях машиностроения, автомобилестроения и т.д. Компьютерное моделирование используется для получения новых знаний о моделируемом объекте для дальнейших аналитических исследований специалистами.

Перечислим основные этапы компьютерного моделирования:

– разработка концептуальной модели предполагает выявление элементов моделируемой системы и их взаимодействия;

– формализация предполагает переход к математическим моделям, разработка алгоритмов и построение программ;

– проведение компьютерного моделирования;

– обработка результатов.

Рассмотрим несколько современных программ для компьютерного моделирования, это MATLAB [1], ArchiCAD [2].

Система MATLAB представляет из себя уникальную технологию универсальных программных и алгоритмических средств с широкой гаммой специализированных приложений. Язык и среда программирования MATLAB близки к таким языкам типа C++, Java, Object Pascal.

В системе MATLAB отлично отработаны средства визуализации результатов вычислений и их отображения. На базе ядра MATLAB созданы многочисленные расширения, обеспечивающие моделировании и обработку систем в различных сферах человеческой деятельности.

MATLAB является незаменимым инструментом при подготовке будущих специалистов в различных областях, что обеспечивается за счет дальнейшего использования MATLAB в своей профессиональной деятельности. Т.е. происходит максимальное сближение теоретических аспектов обучения с практическим применением полученных знаний на практике с помощью системы MATLAB.

Перечислим основные средства системы MATLAB.

Программирование вычислительных процессов:

– наличие скриптов и функций;

– обработка символьных и числовых данных;

– графический вывод результатов вычислений;

– наличие множества специальных функций по обработке данных;

– возможности по работе с файлами.

Проектирование интерфейса:

– динамическое создание интерфейсных элементов;

– создание всплывающих меню;

– проектирование интерфейса в среде GUIDE;

– создание диалоговых окон.

Визуализация трехмерных объектов:

– возможность реализации задач и алгоритмов трехмерной визуализации;

– работа с криволинейными поверхностями;

– работа с полигональными телами.

Линейная алгебра:

– основные матричные функции;

– разложение матриц;

– решение систем линейных уравнений;

– линейная алгебра и новые типы данных.

Интерполяция и аппроксимация:

– интерполяционный полином;

– сплайны;

– параметрическая аппроксимация;

– двумерная аппроксимация.

Численное дифференцирование и интегрирование.

Нелинейные уравнения и оптимизация.

Математическое программирование.

Продемонстрируем некоторые возможности MATLAB для вычисления значения на отрезке с заданным шагом «у» используя оператор while.

hello_html_m9561ae8.gifпри hello_html_m1ec3dfd4.gif;

Для вычисления значения будем использовать m-файл. Содержание m-файла с реализацией алгоритма:

x = 12.1;

a = 3.5;

n = 0;

while a <= 25.5

a = a + 3.5;

y = (x/3) + sin(x/3) + 1.2 * sin(a)^2

n = n + 1;

end

Результат выполнения m-файла:

>> znach_while

y = 3.7731

y = 4.1838

y = 4.4327

y = 4.3974

y = 4.0952

y = 3.6748

y = 3.3432

Следующая рассматриваемая нами система ArchiCAD, представляет из себя программу позволяющую полностью имитировать построение реальных деталей, зданий, городов.

При создании здания с помощью системы ArchiCAD пользователь получает в автоматическом режиме все необходимые документы, изображения, проекции.

Опишем основные технологии используемые в системе ArchiCAD:

– моделирование BIM–деталей, получение отдельных деталей конструкций, зданий, комплексов с возможностью получения проектной документации;

– 3D–проектирование позволяет разрабатывать здания и комплексы с помощью имеющихся заготовок с дальнейшим выбором необходимых деталей и характеристик;

– Open BIM реализует межпрограммное взаимодействие для архитекторов и инженеров. Данная технология позволяет свести ошибки проектирования до незначительных показателей до начала строительства;

– производительность системы ArchiCAD позволяет в кратчайшие сроки получать необходимые детали.

Таким образом, использование современного программного обеспечения MATLAB, ArchiCAD для компьютерного моделирования позволяет максимально приблизить пользователя к реальным профессиональным условиям с использованием минимума материалов средств этого. Использование MATLAB, ArchiCAD в процессе обучения позволяет развить необходимые навыки и дать возможность на практике использовать профессиональный инструмент. Использование MATLAB, ArchiCAD в профессиональной деятельности практикующими инженерами позволяет в кратчайшие сроки подготовить необходимую документацию и получить прогнозируемые результаты.


Большинство программ выполняемых на компьютере используют файлы. Файлы можно создавать, удалять, записывать, открывать. Файл это именованный набор байтов, который может быть сохранен на накопителе. Файл представляет из себя некоторый набор байтов, который имеет свое имя и расширение например name.txt. В конкретной директории не может быть два одинаковых файла. Полное имя файла состоит из адреса к директории файла с указанием имени файла, например, c:\papka\name.txt.

Для работы с файлами есть заголовочный файл . В данном файле определено несколько классов и подключены файлы - файловый ввод и файловый вывод <оfstream>.

Файловый ввод, вывод аналогичен стандартному, с одним отличием, ввод, вывод осуществляется в файл.

Приведем основные операции по работе с файлами:

Создаем объект для записи

ofstream name_file;

После создания объекта, его необходимо связать с файлом

name_file.open(“name.txt”);

Через точку производится доступ к методу класса open, в скобках указываем имя файла.

Для записи строки в файл можно использовать

name_file << “ stroka v fail “ ;

После записи данных в файл его не обходимо закрыть так

name_file.close();


Проведя анализ технологий шифрования информации, мы пришли к следующим выводам. К основным технологиям шифрования информации относятся: пофайловое шифрование, шифрование каталогов, шифрование виртуальных дисков, шифрование всего диска, защита процесса загрузки. Выявили сильные и слабые стороны данных технологий шифрования.

Провели сравнительный анализ технологий защиты информации на примере аппаратного и программного шифрования USB-накопителей. Также описали средство шифрования дисков Addonics CipherChain с 256-разрядным ключом использующий алгоритм АES и способы его подключения.

Описали основные методы шифрования, симметричное шифрование и ассиметричное шифрование. Представили графическую реализацию передачи данных с использованием симметричного и ассиметричного шифрования.

//---------------------------------------------------------------------------

//#include // библиотека Visual c++

//#include // библиотека C++ Builder

#include <iostream> // стандартная библиотека ввода, вывода

#include <fstream> // библиотека по работе с файлами

using namespace std; // пространство имен std

//---------------------------------------------------------------------------

// описываем структуру institute

struct institute

{

char name[50];

char address[60];

char specialty[50];

int number_of_students;

} TYMGNGU, UrGUPS, TumGU, temp;

//---------------------------------------------------------------------------

// меню программы

int my_menu()

{

// для выбора варианта меню

int vubor;

cout << " Sdelaite vubor\n" << endl;

cout << " 1. Pokazatb sodergimoe faila\n"

<< " 2. Proizvesti poisk po specialnosti\n"

<< " 3. Exit\n" << endl;

cout << ">>> ";

cin >> vubor;

return vubor;

}

//---------------------------------------------------------------------------

// главная функция программы

int main(int argc, char* argv[])

{

int vubor = my_menu();


// формируем исходные данные для записи в файл


// институт TYMGNGU

strcpy(TYMGNGU.name, "Tymenskii gos. neftegaz. universitet");

strcpy(TYMGNGU.address, "g.Tumenb, ul.Volodarskogo, 38");

strcpy(TYMGNGU.specialty, "ekonomist");

TYMGNGU.number_of_students = 7200;


// институт UrGUPS

strcpy(UrGUPS.name, "Uralskiy gos. putei soobshiniya");

strcpy(UrGUPS.address, "Ekaterinburg, ul.Kolmagorova, 66");

strcpy(UrGUPS.specialty, "komputer");

UrGUPS.number_of_students = 6500;


// институт TumGU

strcpy(TumGU.name, "Tymenskii gos. universitet");

strcpy(TumGU.address, "g.Tumenb, ul.Melnikaite, 105");

strcpy(TumGU.specialty, "gornyak");

TumGU.number_of_students = 5600;

// создаем файл в текущей директории

const char*FName = "txt.txt";

// записываем структуры в файл

fstream f(FName, ios::binary|ios::in|ios::out);

f.seekp(0,ios::beg);

f.write((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

f.write((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

f.write((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

// после записи закрываем файл

f.close();

// открываем файл для чтения и считываем файл

fstream in(FName, ios::binary|ios::in);

in.seekp(0,ios::beg);

in.read((char*)&TYMGNGU, sizeof TYMGNGU);

in.read((char*)&UrGUPS, sizeof UrGUPS);

in.read((char*)&TumGU, sizeof TumGU);

in.close();


// обрабатываем меню программы

switch(vubor)

{

// выбор первого варианта меню программы, вывод исходных данных

case 1:

cout << endl;

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl<

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl<

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl<

break;


// выбор второго варианта меню программы, выбор по условию

case 2:

cout << " \nPoisk po neobhodimum specialnostyam " << endl;

cout << " input specialnostb: ekonomist, komputer, gornyak " << endl<


// записываем введенный ответ пользователя в структуру temp для сравнения

cin >> temp.specialty;

cout << endl;


// сравниваем поле specialty института TYMGNGU с введенным значением

// если они совпадают выводится информация про университет в котором

// есть выбранная специальность

if (strcmp((TYMGNGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TYMGNGU.name << endl

<< TYMGNGU.address << endl

<< TYMGNGU.specialty << endl

<< TYMGNGU.number_of_students << endl;

}


// сравниваем поле UrGUPS института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((UrGUPS.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << UrGUPS.name << endl

<< UrGUPS.address << endl

<< UrGUPS.specialty << endl

<< UrGUPS.number_of_students << endl;

}

// сравниваем поле TumGU института TYMGNGU с введенным значением

if (strcmp((TumGU.specialty),(temp.specialty))==0)

{

cout << TumGU.name << endl

<< TumGU.address << endl

<< TumGU.specialty << endl

<< TumGU.number_of_students << endl;

}


break;


// обработка выхода из программы

default : cerr << "Vu sdelali nevernui vibor" << endl;

exit(EXIT_FAILURE);

}


// пауза при выходе из программы для корректного просмотра результатов

cout << endl;

system("pause");

return 0;

}

//---------------------------------------------------------------------------

Одной из самой злободневной проблемой современного информационного общества является защита конфиденциальной информации от несанкционированного доступа. В данной работе рассмотрим технологии, позволяющие надежно защитить данные на ПК с помощью шифрования и многофакторной аутентификации. Зачастую данный подход является единственным способом позволяющий защитить информацию и осуществить доступ к ней.

Несанкционированный доступ к информации является огромной проблемой современности. После несанкционированного доступа информации, зачастую следует ее кража и дальнейшее распространение или передача третьим лицам. В результате этих угроз большие компании несут колоссальные убытки, также возможет полный крах компании. Кроме несанкционированного доступа, конечно, присутствует угроза физической потери данных, устройств. В тоже время в современных условиях стоимость носителя информации намного меньше стоимости самой информации, которая на ней.

Таким образом, защищая конфиденциальную информацию необходимо не забывать и о физические носители. При всем этом следует учитывать, что систематизированная безопасность должна быть легко управляема и быть незаметной для работы пользователя.

На сегодняшний день наиболее эффективный метод в области защиты информации от несанкционированного доступа является шифрование данных. Конечно, необходимо учитывать сохранность криптографических ключей, при соблюдении данного условия, сохранность данных может быть на очень высоком уровне.

Шифрованиеэто обратимое преобразование информации в целях сокрытия от неавторизованных лиц, с предоставлением, авторизованным пользователям доступа к ней.

Шифрование применяется для организации сохранности имеющейся информации. При шифровании используются ключи, которые утверждает выбор шифрования из возможных. Авторизированным пользователем является, пользователь имеющий ключ. Сложность процесса

шифрования заключается в оптимизации процесса шифрования и его дишифрования.

Шифрование должно обеспечиваться тремя состояниями безопасности информации:

конфиденциальность, шифрование применяется для скрытия информации при передаче и ее хранении;

целостность обеспечивается за счет предотвращения изменения информации при передаче и ее хранении;

идентифицируемость, необходима для аутентификации источника информации.

Для защиты информации от несанкционированного доступа, все чаще применяется различные технологии шифрования. Однако, следует отметить, что у среднестатистического пользователя может возникнуть ложное ощущение, что все данные надежно защищены. Рассмотрим основные технологии шифрования данных.

Пофайловое шифрование.

При пофайловом шифровании пользователь самостоятельно выбирает необходимые для шифрования файлы. Данный подход не требует использования множества средств шифрования и интеграции его в систему. Такие средства реализуются по кроссплатформенной схеме для различных операционных систем MAC OS X, Linux, Windows.

Шифрование каталогов.

Данный тип шифрования предполагает, что пользователь создает зашифрованные папки с файлами внутри. В отличие от пофайлового шифрования, шифрование происходит сразу, без участия пользователя. Этот тип шифрования легок в использовании, его можно считать достаточно прозрачным, однако, в его основе лежит предыдущий метод шифрования, это пофайловое шифрование. Такой подход должен реализуется за счет жесткого взаимодействия с операционной системой, и сильно зависит от платформы, на которой он используется.

Шифрование виртуальных дисков.

При шифровании виртуальных дисков реализуется технологии создания скрытого файла на жестком диске со значительными размерами. Созданный файл далее используется пользователем как логический диск с всеми его возможностями. Данные, которые находятся на виртуальном диске, являются зашифрованными и другие программы не имеют доступа к данным файлам. Отличием от шифрования каталогов является, упрощения процесса шифрования криптографической системой, за счет уменьшения количества операций при шифровании. Данные при таком виртуальном шифровании шифруются в момент записи и считывания с виртуального диска. Следует учитывать, что при таком виде шифрования, работа с данными осуществляется на уровне секторов жесткого диска.

Шифрование всего диска.

При использовании шифрования всего диска, шифруются все имеющиеся данные, загрузочный сектор, системные файлы и информация на логических дисках.

Защита процесса загрузки.

Зашифровав все данные на диске, загрузочный сектор, пользователю необходимо каким-то образом загрузить операционную систему. Для решения данной проблемы есть программы для расшифровки файлов загрузки операционной системы. В связи с этим при шифровании всего диска необходимо учитывать эти данные. Для пользователя данные

программы предлагают ввести пароль при загрузке операционной системы, что позволит программе шифрования получить доступ к ключам шифрования.

Перечисленные способы шифрования представляют собой комплекс защиты пользовательских данных и информации. Некоторые технологии защиты менее надежные, некоторые более надежные; некоторые быстрее выполняют свои алгоритмы шифрования, некоторые с заметными временными и ресурсными затратами. Для того, чтобы оценить все перечисленные технологии, рассмотрим их пригодность при защите пользовательских данных.

Пофайловое шифрование. Данный метод зачастую используется для шифрования сообщений e-mail через глобальную сеть Интернет. В таком случае необходимо зашифровать необходимый файл, и отправить его получателю. Данный подход крайне затруднителен, за счет необходимости шифровать все файлы по отдельности перед отправкой. Такой метод не надежен, в связи с тем, что он позволяет зашифровать данные и отправить их; но является не надежным при краже самой техники, а на ней может остаться ценная информация для дальнейших попыток взлома информации. Пофайловое шифрование не позволяет зашифровать временные файлы, и не надежно для шифрования ценной информации. Однако, данная технология себя зарекомендовала в передачи больших объемов данных по локальным пользовательским сетям.

Шифрование папок. Данный вид шифрования требует большого количества системных ресурсов. Процессор постоянно выполняет операции шифрования, расшифрования файлов, для каждого зашифрованного файла на диске необходимо выделить дополнительное место для его обработки. За счет всего перечисленного данный метод шифрования является ресурсоемким. Данный метод шифрования также не может быть рекомендован для защиты важной информации. Также как, и в предыдущем методе шифрования, есть большая угроза при краже устройства, возможна робота с временными файлами для расшифровки данных.

Шифрование виртуальных дисков. Недостатком данного метода является необходимость операционной системе работать с виртуальным диском как с дополнительным устройством, на что тратиться значительные объемы ресурсов операционной системы. При обращении к виртуальному диску операционная система переадресовывает запросы на другой физический объект, что затрудняет и замедляет работу операционной системы. Однако, все таки виртуальные диск операционной системой не отождествляется с обычным диском. Расширение виртуальных дисков также связано с некоторыми трудностями, и не позволяет его расширить, как обычную папку. Учитывая все перечисленное, данный метод шифрования можно считать надежнее предыдущих, если не обращать особого внимания и на скорость работы данного метода.

В современной образовательной системе происходят значительные изменения в условиях активизации социальных и информационных процессов в российском обществе. Происходит конкуренция среди образовательных учреждений и преуспевающие в этом процессе получают определенный статус.

В связи с этими условиями необходимо использовать новые стратегии развития образовательной системы в интеллектуальную сферу. В условиях экономики, основанной на интеллектуальном потенциале, наука перерастает в самостоятельную отрасль, и в качестве основы лежит профессиональная деятельность каждого участника образовательной системы.

Учитывая такие условия, залогом успешности в развитии вуза может быть правильно организованная научно-исследовательская работа студентов. Активизация процесса интеграции образования и науки служит залогом успешности, эффективного процесса формирования профессионализма студентов.

Целью написания данной работы является определение сущности механизмов управления научно-исследовательской деятельностью студентов в вузе.

Научно-исследовательской деятельностью (НИД) вуза руководит непосредственно ректор (проректор, первый проректор).

Учитывая масштабы НИД в вузе возможно создание специализированного структурного подразделения в виде: научно-исследовательской части, центра, задачами которого является объединение подразделений вуза для выполнения и обеспечения научных исследований и разработок.

Порядок взаимодействия научно-исследовательской части с другими подразделениями вуза, и ее структура определяется вузом в самостоятельном порядке в виде приказов и положений.

Таким образом, при создании научно-исследовательской части в вузе обеспечивается возможность осуществления научно-исследовательской деятельности, которая основывается на единых организационных принципах. Четко координируется работа отдельных служб, что всегда способствует увеличению гибкости управляемости этого процесса и повышения эффективности НИД.

При создании научно-исследовательской части могут включаться научно-исследовательские институты, опытно-конструкторские бюро, научные отделения, отделы, центры, специальные лаборатории, секторы, которые выполняют научные исследования.

При организации всевозможных видов обеспечения и курирования научно-исследовательской работы входящей в состав научно-исследовательской деятельности возможно создание подразделений научного обслуживания, к которым относятся центры, отделы, лаборатории, секторы, службы и другие подразделения.

Перечислим основные задачи планирования НИД в вузе:

– активизация усилий ученых, финансовых и материальных ресурсов на создание больших и перспективных направлений развития науки и техники, для решения проблем, определенных государственными и федеральными программами;

– проведение работ по повышению эффективности научных исследований, которые проводятся в вузах, с учетом внедрения наработанных результатов в исследуемые области научной работы студентов;

– новизна, актуальность, высокий научный уровень исследований, увеличение числа патентов и продаж лицензий на разработанные изобретения.