Роль информационных технологий в науке и образовании. Роль новейших информационных технологий в современной науке

Известно, что наука - это сфера деятельности, направленная на получение новых знаний, которая реализуется с помощью научных исследований (НИ).

Целью НИ является изучение определенных свойств объекта (процесса, явления) и на этой основе разработка теории или получение необходимых для практики обобщенных выводов.

По целевому назначению НИ делят на фундаментальные, прикладные и разработки.

Фундаментальные (ФНИ) связаны с изучением новых явлений и законов природы, с созданием новых принципов исследований (физика, математика, биология, химия и т.д.).

Прикладные исследования (ПНИ) - это нахождение способов использования законов природы и научных знаний, полученных в ФНИ, в практической деятельности человека.

Разработки - это процесс создания новой техники, систем, материалов и технологий, включающий подготовку документов для внедрения в практику результатов ПНИ.

Реализация целей НИ выполняется на основе методов. Метод - это способ достижения цели, программа построения и применения теории. Методы научных исследований делят на следующие группы: эмпирические, экспериментальные и теоретические. Особую группу составляют методы научно - технического творчества (НТТ).

Эмпирические исследования выполняются с целью накопления систематической информации о процессе. При этом используются методы: наблюдение, регистрация, измерение, анкетный опрос, тесты, экспертный анализ.

Экспериментальный уровень НИ - это изучение свойств объекта по определенной программе.

Теоретические исследования проводятся с целью разработки новых методов решения научно-технических задач, обобщения и объяснения эмпирических и экспериментальных данных, выявления общих закономерностей и их формализации.

На двух последних уровнях используются методы моделирования, методы анализа и синтеза, логические построения (предположения, умозаключения), аналогии, идеализации.

В НТТ используются как названные общенаучные методы, так и эвристические приемы эффективного решения творческих задач, способствующие наиболее быстрому нахождению решения (озарению), т.е. разного рода оригинальные находки.

Рациональная организация НИР строится с использованием принципов системного подхода и схематично может быть представлена следующим образом: сбор и обработка эмпирической научно-технической информации (результаты эмпирических исследований подвергаются теоретическому анализу и экспериментальной проверке), затем с помощью различных методов проводится обработка результатов, моделирование различных процессов, интерпретация и т.д., завершает процесс оформление, представление и публикация результатов. Эти результаты представляют собой новую информацию, которая становится доступна широкому кругу исследователей.

Исходя из задач НИ и порядка их реализации, можно определить следующие основные направления рационального применения информационных технологий в научных исследованиях:

1. Сбор, хранение, поиск и выдача научно-технической информации (НТИ).

2. Подготовка программ НИ, подбор оборудования и экспериментальных устройств.

3. Математические расчеты.

4. Решение интеллектуально - логических задач.

5. Моделирование объектов и процессов.

6. Управление экспериментальными установками.

7. Регистрация и ввод в ЭВМ экспериментальных данных.

8. Обработка одномерных и многомерных (изображения) сигналов.

9. Обобщение и оценка результатов НИ.

10. Оформление и представление итогов НИ.

11. Управление научно-исследовательскими работами (НИР).

Наиболее эффективно, когда эти задачи реализуются в рамках автоматизированных систем научных исследований (АСНИ).

При системном подходе НИ начинаются со сбора и предварительной обработки НТИ по теме исследования. Эта информация может включать сведения о достижениях в исследуемой области, об оригинальных идеях, об открытых эффектах, научных разработках, технических решениях и т.д.

Целью данного этапа является получение ответов на следующие вопросы:

2. Каковы известные решения по исследуемой теме?

3. Какими известными методами и средствами решаются исследуемые проблемы?

4. Каковы недостатки известных решений и какими путями их пытаются преодолеть?

Углубленное изучение информации по предмету исследования позволяет исключить риск ненужных затрат времени на уже решенную проблему, детально изучить весь круг вопросов по исследуемой теме и найти научно - техническое решение, отвечающее высокому уровню.

Основным источником информации являются научные документы, которые по способу представления могут быть текстовыми, графическими, аудиовизуальными и машиночитаемыми.

Научные документы подразделяются на первичные и вторичные, опубликованные и неопубликованные.

Первичные документы - это книги, брошюры, периодические издания (журналы, труды), научно-технические документы (стандарты, методические указания). Важное значение здесь имеет также патентная документация, под которой подразумеваются издания, содержащие сведения об открытиях, изобретениях и т.п.

Вторичные документы содержат краткую обобщенную информацию из одного или нескольких первичных документов: справочники, реферативные издания, библиографические указатели и т.п.

Сбор и обработка НТИ может быть выполнена следующими способами:

Анкетирование, собеседование, экспертный опрос и т.д., но основой является

Работа с научно-техническими документами, которая включает поиск, ознакомление, проработку документов и систематизацию информации.

Поиск выполняется по каталогам, реферативным и библиографическим изданиям. Автоматизация этой процедуры обеспечивается использованием специализированных информационно-поисковых систем (ИПС) библиотек и научно-исследовательских институтов (НИИ), электронных каталогов, поиском в машиночитаемых базах данных (БД), а также с помощью программ поиска в сетях Internet .

Необходимо иметь в виду, что ИПС делятся на:

Документальные, позволяющие работать с полными текстами или адресами документов;

Фактографические, которые выдают необходимые сведения из имеющихся документов;

Информационно-логические (интеллектуальные) представляют информацию, полученную в результате логического поиска и целенаправленного выбора в автоматизированном режиме.

При наличии в БД полных текстов документов названные средства и позволяют реализовывать процедуру ознакомления. Часто для этого вполне достаточны рефераты или аннотации документов.

В проработке и автоматизации НТИ преобладают такие операции, как:

Формирование выписок - создание картотеки;

Извлечение фрагментов документов с помощью средств текстовых редакторов;

Создание гипертекстовых документов (структурированных).

Создание локальных (по проблеме) БД и баз знаний (БЗ).

Таким образом, применение информационных технологий способствуют повышению эффективности научного исследования на всех его этапах (снижают некоторые ресурсные затраты, позволяют реализовать удаленный доступ к документам, автоматизировать часть операций). Кроме того, информационные технологии обеспечивают точность регистрации данных, а в некоторых случаях расширяют список самих данных, возможных к регистрации. Некоторые направления научных исследований вообще не могут существовать без соответствующих технологий (например, компьютерного моделирования).

Похожая информация.

РОЛЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ

Развитие университета по инновационному пути невозможно без создания и совершенствования инфраструктуры информатизации, которая заключается, прежде всего, в информатизации интеллектуальной деятельности за счет использования информационных и телекоммуникационных технологий. Современные информационные технологии определяются как непрерывные процессы обработки, хранения, передачи и отображения информации, направленные на эффективное использование информационных ресурсов, средств вычислительной техники и передачи данных при управлении системами различного класса и назначения. Информационные технологии оказывают влияние на все аспекты деятельности человека, существенно увеличивая степень автоматизации всех информационных процессов, что является предпосылкой для ускорения темпов научно-технического прогресса. Информационные технологии играют важную роль в обеспечении информационного взаимодействия между людьми, в системах подготовки и распространения информации, в процессах получения и накопления новых знаний. Основу современных информационных технологий составляют: передача информации на любое расстояние в ограниченное время; интерактивный режим работы; интегрированность с другими программными продуктами; гибкость процесса изменения данных и постановок задач; возможность хранения больших объемов информации на машинных носителях. Практически информационные технологии реализуются применением программно-технических комплексов, состоящих из персональных компьютеров с необходимым набором периферийных устройств, включенных в локальные и глобальные вычислительные сети, обеспеченных необходимыми программными средствами, что увеличивает степень автоматизации, повышает эффективность как учебного процесса, так и научных исследований. Современные информационные технологии являются той основой, на которой возможно построение работы современного университета. Кроме того, сама система высшего образования является активным участником процесса развития информационных технологий.

Информационные технологии повышают уровень эффективности работ в науке и образовании за счет упрощения и ускорения процессов обработки, передачи, представления и хранения информации; обеспечение точности и качества решаемых задач; возможности реализации ранее не решаемых задач; сокращения сроков разработки, трудоемкости и стоимости научно-исследовательских работ . Наука и образование имеют много одинаковых задач. Это касается информационного обеспечения , применения математических и интеллектуально-логических методов решения задач, оформления результатов, управления, как учебным процессом, так и научными исследованиями.

Эффективность научных исследований в значительной степени связана с уровнем использования компьютерной техники . Один из наиболее эффективных методов научного исследования – вычислительный эксперимент позволяет изучать поведение сложных систем, которые трудно физически смоделировать. Широко применяются возможности вычислительной техники для логического, функционального и структурного моделирования, при этом используются как функционально-ориентированные программные средства, так и системы универсального применения, такие как Excel, QuattroPro, MathCad. На этапе обработки результатов научных исследований наибольшее применением находят программные средства, обеспечивающие выполнение математических расчетов с использованием теории вероятности, теории ошибок, математической статистики, векторного и растрового анализа изображений. Подготовка научных работ насыщенных математическими, химическими формулами, имеющими несколько уровней, решается использованием специальных редакторов для научных документов, интегрированных систем для проведения математических и инженерно-технических расчетов (например, системы MathCad). Подготовка научных текстов, сильно насыщенных формулами, наиболее эффективна в системе TEX, где набор формул выполняется средствами специального языка. Программное обеспечение для реализации задач теоретических исследований включает: библиотеки программ для численного анализа; специализированные системы для математических расчетов и графического манипулирования данными и представления результатов (например, Statistica); электронные таблицы, позволяющие выполнять различные расчеты с данными, представленными в табличной форме; средства, включающие элементы искусственного интеллекта (системы автоматизированного перевода, например, PROMT; системы поддержки принятия решений и различные экспертные системы). Теоретические исследования технических проблем в некоторых случаях целесообразно проводить с использованием автоматизированной системы решения изобретательских задач, которая охватывает все этапы технического творчества от анализа технических систем до поиска вариантов решения. Автоматизация процедуры сбора и обработки научно-технической информации обеспечивается использованием специализированных информационно-поисковых систем библиотек и научно-исследовательских институтов, программ поиска в сети Internet, поиском в базах данных (трудоемкость организации которых, в частности, можно существенно уменьшить с использованием систем оптического распознавания, обеспечивающих обработку сканированных документов и их экспорт в базу данных). Наиболее эффективно задачи компьютеризации научных исследований реализуются в рамках автоматизированных систем научных исследований.

Информатизация университетского образования - необходимое условие как качественной подготовки будущего специалиста в современных условиях интенсивного развития информационных и коммуникационных технологий, так и повышения конкурентного уровня университета на рынке образовательных услуг. В развитии процесса информатизации образования проявляются тенденции формирования системы непрерывного образования, создания единого информационного образовательного пространства, активного внедрения новых средств и методов обучения, ориентированных на использование технологий обработки данных, текстовой, графической и числовой информации; мультимедиа и «виртуальной реальности»; искусственного интеллекта и дистанционного образования. Наиболее часто используемыми средствами обучения, становятся сетевые учебно-методические пособия , компьютерные обучающие системы в мультимедийном варианте, аудио и видео учебно-информационные материалы. Для преподавателей информационные технологии в образовании могут быть применимы для решения вопросов подготовка лекционного материала, электронных учебников, создания информационно-методического обеспечения по изучаемым курсам, подготовки демонстрационных средств поддержки проведения занятий, автоматизации проверки знаний обучаемых. Автоматизированный контроль знаний учащихся в виде тестирования дает возможность организации централизованного контроля, позволяет сделать контроль более объективным, не зависящим от субъективности преподавателя, снижает людские и материальные затраты, позволяет значительно сократить время опроса и анализа, организовать хранение материалов и результатов тестирования в электронном виде, повышает информативность и наглядность результатов. Применение вычислительной техники в образовании позволило повысить качество обучения, создать новые средства воспитательного воздействия, средства эффективного взаимодействия преподавателя и обучаемого, ускорить передачу знаний. Использование обучающих информационных технологий - эффективный метод для систем самообразования, продолженного обучения, а также для систем повышения квалификации и переподготовки кадров. К основным преимуществам использования информационных технологий в образовании перед традиционным обучением относят: информационные технологии значительно расширяют возможности учебной информации (применение цвета, графики, звука, анимации позволяет воссоздавать реальную обстановку деятельности); позволяют существенно повысить мотивацию студентов к обучению; способствуют наиболее широкому раскрытию способностей обучаемых, активизации их умственной деятельности; формированию рефлексии (обучающийся имеет возможность наглядно представить результат своих действий, определить этап в решении задачи, на котором сделана ошибка, и исправить ее). Информационные технологии в учебном процессе, в основном, используются при изложении нового материала (например, программа презентаций Power Point); проведении виртуальных лабораторных работ с использованием обучающих программ; закреплении изложенного материала (тренинг - разнообразные обучающие программы); в системах контроля и проверки (тестирование с оцениванием, контролирующие программы); для самостоятельной работы учащихся (обучающие программы, энциклопедии и т. д.); при проведении теле и видеоконференций. Опыт общения со студентами показывает, что использование компьютеризированных систем обучения позволяет повысить скорость поиска необходимой информации, ее наглядность, обеспечивает повышение роли самостоятельной работы студентов, качество обратной связи, эффективность учебных занятий, не менее чем, на 30%.

Стремительная компьютеризация практически всех областей знания требует рассматривать информационные технологии как важнейшую составляющую фундаментальной подготовки специалиста, как актуальное научно-образовательное направление - быстро развивающуюся университетскую дисциплину «Компьютерные технологии в науке и образовании». В результате изучения курса студенты получают навыки и умения применять на практике: средства телекоммуникационного доступа к источникам научной информации; возможности сети Internet для организации оперативного обмена между исследовательскими группами; методы математического моделирования, с использованием пакетов программ обработки данных. Итогом обучения студентов в рамках данного курса, как правило, является готовое электронное пособие по направлениям научно-исследовательской, либо учебно-методической деятельности будущего специалиста. Благодаря преподаванию дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании», университет получил возможность подготовки кадров высшей квалификации на единой систематической основе в широком диапазоне направлений современных информационных и коммуникационных технологий.

• Общее

  Общее

  Курс "Компьютерные технологии в науке и образовании" предназначен для студентов магистратуры направления 020100,68 Химия. По окончании курса должны сформироваться навыки владения современными методами поиска и обработки научной информации с помощью специализированных программных средств и ресурсов Internet, а также использования компьютерных технологий в педагогическом процессе.

• Информация и общество

  Информация и общество

• Компьютерные сети. Классификация и топологии

  Классификация и топологии компьютерных сетей

  Понятие компьютерной сети. Классификация сетей по охваченной территории

  Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) - система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило - различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.

  По размеру охваченной территории сети делятся на следующие:

  • Персональная сеть (PAN, Personal Area Network)
  • Локальная сеть (LAN, Local Area Network)
  • Городская сеть (MAN, Metropolitan Area Network)
  • Глобальная вычислительная сеть (WAN, Wide Area Network)

  a) Персональная сеть (англ. Personal Area Network, PAN) - это сеть, построенная «вокруг» человека. Данные сети призваны объединять все персональные электронные устройства пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки, гарнитуры и.т.п.). К стандартам таких сетей в настоящее время относят Bluetooth, (Zigbee, Пиконет).

  b) Локальная вычислительная сеть (ЛВС, локальная сеть, сленг. локалка; англ. Local Area Network, LAN) - компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.

  c) Городская вычислительная сеть (Metropolitan area network, MAN) (от англ. «сеть крупного города») - объединяет компьютеры в пределах города, представляет собой сеть по размерам меньшую чем WAN, но большую, чем LAN.

  d) Глобальная вычислительная сеть , ГВС (англ. Wide Area Network, WAN) представляет собой компьютерную сеть, охватывающую большие территории и включающую в себя десятки и сотни тысяч компьютеров.

  Топология сети

  Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.

  Различают физическую и логическую топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая топология - это геометрия построения сети, а логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных.

  В настоящее время в локальных сетях используются следующие физические топологии:

  • физическая "шина" (bus);
  • физическая “звезда” (star);
  • физическое “кольцо” (ring);
  • физическая "звезда" и логическое "кольцо" (Token Ring).

  Шинная топология

  Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

  

  Рисунок 1 – Сетевая топология типа «шина»

  Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).

  Преимущества сетей шинной топологии:

  • отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;
  • сеть легко настраивать и конфигурировать;
  • сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.

  Недостатки сетей шинной топологии:

  • разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;
  • ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;
  • трудно определить дефекты соединений

  Топология типа “звезда”

  В сети построенной по топологии типа “звезда” каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом.

  

  Рисунок 2 – Сетевая топология типа «звезда»

  Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т.е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

  Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.

  Преимущества сетей топологии звезда:

  • легко подключить новый ПК;
  • имеется возможность централизованного управления;
  • сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.

  Недостатки сетей топологии звезда:

  • отказ хаба влияет на работу всей сети;
  • большой расход кабеля;

  Топология “кольцо”

  В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

  

  Рисунок 3 – Сетевая топология типа «кольцо»

  Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо.

  Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.

  Как правило, в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

  Топология Token Ring

  Эта топология основана на топологии "физическое кольцо с подключением типа звезда". В данной топологии все рабочие станции подключаются к центральному концентратору (Token Ring) как в топологии физическая звезда. Центральный концентратор - это интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает последовательное соединение выхода одной станции со входом другой станции.

  Другими словами с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими станциями (предыдущей и последующей станциями). Таким образом, рабочие станции связаны петлей кабеля, по которой пакеты данных передаются от одной станции к другой и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты. В каждой рабочей станции имеется для этого приемо-передающее устройство, которое позволяет управлять прохождением данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии “звезда”.

  Концентратор создаёт первичное (основное) и резервное кольца. Если в основном кольце произойдёт обрыв, то его можно обойти, воспользовавшись резервным кольцом, так как используется четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не вличет за собой отказ сети как в топологии кольцо, потому что концентратор отключет неисправную станцию и замкнет кольцо передачи данных.

  

  Рисунок 4 – Сетевая топология «Token Ring»

  В архитектуре Token Ring маркер передаётся от узла к узлу по логическому кольцу, созданному центральным концентратором. Такая маркерная передача осуществляется в фиксированном направлении (направление движения маркера и пакетов данных представлено на рисунке стрелками синего цвета). Станция, обладающая маркером, может отправить данные другой станции.

  Для передачи данных рабочие станции должны сначала дождаться прихода свободного маркера. В маркере содержится адрес станции, пославшей этот маркер, а также адрес той станции, которой он предназначается. После этого отправитель передает маркер следующей в сети станции для того, чтобы и та могла отправить свои данные.

  Один из узлов сети (обычно для этого используется файл-сервер) создаёт маркер, который отправляется в кольцо сети. Такой узел выступает в качестве активного монитора, который следит за тем, чтобы маркер не был утерян или разрушен.

  Преимущества сетей топологии Token Ring:

  • топология обеспечивает равный доступ ко всем рабочим станциям;
  • высокая надежность, так как сеть устойчива к неисправностям отдельных станций и к разрывам соединения отдельных станций.

  Недостатки сетей топологии Token Ring: большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи.

  Физическая среда передачи данных

  Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0.5 дюйма. В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие использовать различные среды передачи данных в качестве общей шины. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды.

  Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных:

  10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый "толстым" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).

  10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый "тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).

  10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.

  10Base-F - оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB.

  Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов - 10 Мб/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от стандартов, использующих несколько несущих частот, которые называются broadband - широкополосными).

  Сетевые протоколы и их структура

  Начнем с того, что протокол - это просто установленный "язык" общения программ. Вообще, что такое пересылка данных? По кабелю отправляется последовательность "битов" - нулей или единиц. Но почему этот поток доходит до целевого компьютера и что тот собирается с этим потоком делать? Естественно, должны существовать некоторые правила формирования данных, и эти правила описываются стандартными протоколами.

  Про протоколы также обычно говорят, что имеются уровни вложенности сетевых протоколов. Что это означает? Во-первых, есть так называемый физический уровень. Это - просто список определений, каким должен быть сетевой кабель, толщину жил и так далее. Допустим, теперь, кабель исправен. Тогда по нему могут отправляться пакеты с данными. Но какой компьютер примет пакет? Здесь задействуется так называемый канальный уровень - в заголовке пакета указывается физический адрес компьютера - некоторое число, зашитое в сетевой карте (не IP-адрес, а MAC-адрес).

  

  Рисунок 1 – Структура пакета

  Канальный уровень = уровень Ethernet. Как вы видите, пакет содержит некоторый параметр Ethertype, задающий тип пакета. Сами данные зависят от этого типа, и их содержание уже находится на сетевом уровне. Наиболее распространены два протокола: ARP, отвечающий за преобразование IP-адресов в MAC-адреса; и самый существенный протокол - IP. Приведем структуру пакета IP (детализация поля "Data" предудущего рисунка)

  

  Рисунок 2 – Детализация пакета «Data»

  Все данные, переносимые по IP уже пересылаются на конкретный IP-адрес (это не мешает посылать широковещательных запросы всем компьютерам локальной сети - просто указывается специальный IP-адрес, например, 192.168.255.255). У протокола IP тоже есть разновидности - в пакете в установленном формате передается число, обозначающее тип протокола. Например, одним из типов протоколов, подчиненных IP, является ICMP, используемый командой ping для проверки, откликается ли компьютер.

  Но наиболее распространены два следующих типа: TCP - Transmission Control Protocol и UDP - universal datagram protocol (кстати, мы уже поднялись на транспортный уровень). Отличие же между этими протоколами таково: про протокол TCP говорят, что он "надежный", то есть в процессе обмена данными производится постоянная проверка: а дошел ли пакет до цели? А протокол UDP не предусматривает никакого контроля - отправили дейтаграмму и забыли. Когда такое нужно? Очень просто, например, при прослушивании интернет-радио. Если был сбой и пакет до вас вовремя не дошел, он уже не нужен - просто проскользнули помехи - и вы слушаете дальше. Приведем структуру TCP-пакета (детализация поля "данные" с предыдущего рисунка).

  

  Рисунок 3 – Детализация поля «Данные»

  Как мы видим, в пакете указывается номер порта, на который отправлен пакет. Обычно номер порта определяет тип протокола на прикладном уровне - какому именно приложению отправлены эти данные. Однако ничего не запрещает использовать нестандартные порты для своих сервисов - просто менее удобно будет пользователям. Наиболее известные протоколы - http (просмотр страниц в интернете), pop3 (получение почты). Чтобы не повторяться, отошлю к списку стандартных портов. Сами данные, получаемые приложением вкладываются в TCP-пакет (поле "данные").

  Таким образом, мы получили своеобразную иерархию вложенности пакетов. В Ethernet-пакет вложен IP-пакет, в него TPC или UDP-пакет, а в него - данные, предназначенные конкретному приложению.

• Информационные технологии в научной деятельности

  Плодотворное развитие педагогической науки может происходить только при условии творческого переосмысления накопленного ею теоретического и практического опыта, т.е. в процессе исследовательской деятельности. Известно, что исследования опираются, прежде всего, на конкретные факты, которые можно получить только в ходе проведения экспериментов. Современной тенденцией в сфере исследований является повышение качества и количества анализа поступающей в ходе исследования информации.

  Стремительно развивающийся процесс информатизации всех сфер жизни общества делает возможным поднять на новый уровень организацию и качество исследовательской работы.

  Можно условно выделить пять этапов конструирования логики исследования.

  Первый этап - накопление знаний и фактов:

  - выбор проблемы и темы исследования,

  Обоснование её актуальности, уровня разработанности;

  Ознакомление с теорией и историей вопроса и изучение научных достижений в данной и смежных областях;

  Изучение практического опыта учебных заведений и лучших педагогов;

  Определение объекта, предмета, цели и задач исследования.

  Для проведения обзора состояния рассматриваемой проблемы молодой ученый обычно шел в библиотеку и там проводил поиск литературы по интересующему вопросу. Зачастую найти статьи (а тем более, материалы конференций) по требуемой тематике в фондах крупных библиотек работа не простая, трудоемкая и не всегда дающая желаемый результат.

  Изучение имеющейся литературы даёт возможность узнать, какие стороны проблемы уже достаточно изучены, по каким ведутся научные дискуссии, что устарело, а какие вопросы ещё не исследованы. На данном этапе мы видим несколько возможностей использования информационных технологий:

  1. для поиска литературы :

  а) в электронном каталоге реальной библиотеки ВУЗа, а также заказ литературы через внутреннюю сеть библиотек;

  б) в Internet с применением браузеров типа Internet Explorer, Mozilla Firefox и др., различных поисковых машин (Yandex.ru, Rambler.ru, Mail.ru, Aport.ru, Google.ru, Metabot.ru, Search.com, Yahoo.com, Lycos.com и т.д.).

  На сегодняшний день через Internet из русскоязычных ресурсов доступны электронные версии многих российских газет и журналов, посвящённых вопросам воспитания и образования, базы рефератов, диссертаций, курсовых и дипломных работ, энциклопедии, электронные толковые словари, виртуальные учебники по некоторым предметам высшей школы для дневной и дистанционной формой обучения, информация о некоторых важных событиях и мероприятиях в сфере педагогической науки и образования. Интерес представляют собой электронные библиотеки, как например Российская Государственная Библиотека www.rsl.ru , Электронная Библиотека Института Философии РАН www.philosophy.ru/library , Научная Электронная Библиотека www.elibrary.ru , а также системы поиска книг в электронных библиотеках www.gpntb.ru , www.sigla.ru. Internet предоставляет также возможность для общения и обмена мнениями среди исследователей на форумах, как, например, на Молодёжном Научном Форуме www.mno.ru/forum .

  2. для работы с литературой в ходе:

  Составления библиографии - составления перечня источников, отобранных для работы в связи с исследуемой проблемой;

  Реферирования - сжатого изложения основного содержания работы;

  Конспектирования - ведения более детальных записей, основу которых составляют выделение главных идей и положений работы;

  Аннотирования - краткой записи общего содержания книг или статей;

  Цитирования - дословной записи выражений, фактических или цифровых данных, содержащихся в литературном источнике.

  С помощью текстового редактора MS Word можно автоматизировать все вышеперечисленные операции.

  3. для автоматического перевода текстов с помощью программ-переводчиков (PROMT XT) с использованием электронных словарей (Abby Lingvo 7.0.)

  4. хранения и накопления информации .

  Педагог-исследователь может хранить и обрабатывать большие массивы информации с помощью CD-, DVD – дисков, внешних накопителей на магнитных дисках, Flash-дисков

  5. для планирования процесса исследования.

  Система управления Microsoft Outlook позволяет хранить и вовремя предоставлять информацию о сроках проведения того или иного мероприятия, конференции, встречи или деловой переписки, имеющей отношение к исследованию.

  6. общения с ведущими специалистами.

  Желательно списаться с ведущими специалистами в интересующей области, узнать об их новых достижениях. Для этого необходимо ознакомиться с их публикациями, знать место работы и адрес для переписки. Используемые на данном этапе информационные технологии: глобальная сеть Интернет, электронная почта, поисковые системы Интернет.

  Второй этап - стадия теоретического осмысливания фактов:

  Выбор методологии - исходной концепции, опорных теоретических идей, положений;

  Построение гипотезы исследования;

  Выбор методов исследования и разработка методики исследования.

  Третий этап - опытно-экспериментальная работа:

  Построение гипотезы исследования – теоретической конструкции, истинность которой предстоит доказать;

  Организация и проведение констатирующего эксперимента;

  Организация и проведение уточняющего эксперимента;

  Проверка гипотезы исследования;

  Организация и проведение формирующего (контрольного) эксперимента;

  Окончательная проверка гипотезы исследования;

  Формулировка выводов исследования.

  Информационные технологии применяются на данном этапе исследовательской работы для фиксации информации о предмете и для обработки полученной информации.

  Фиксация данных исследования на его экспериментальной стадии осуществляется как правило в форме рабочего дневника исследователя, протоколов наблюдений, фотографий, кино- и видеодокументов. Благодаря развитию мультимедийных технологий компьютер может осуществлять сегодня сбор и хранение не только текстовой, но и графической и звуковой информации об исследованиях. Для этого применяются цифровые фото- и видеокамеры, микрофоны, а также соответствующие программные средства для обработки и воспроизведения графики и звука:

  Универсальный проигрыватель (Microsoft Media Player);

  Аудиопроигрыватели (WinAmp, Apollo);

  Видеопроигрыватели (WinDVD, zplayer);

  Программы для просмотра изображений (ACD See, PhotoShop, CorelDraw,);

  Программа для создания схем, чертежей, графиков (Visio) и др.

  Для обработки количественных данных полученных в ходе эксперимента часто применяются математические методы исследования с использованием статистических пакетов прикладных программ.

  Необходимо также отметить возможность использования для обработки данных табличного редактора Microsoft Excel. Данный редактор позволяет заносить данные исследования в электронные таблицы, создавать формулы, сортировать, фильтровать, группировать данные, проводить быстрые вычисления на листе таблицы, используя «Мастер функций». С табличными данными также можно проводить статистические операции, если к Microsoft Excel подключён пакет анализа данных.

  Табличный редактор Microsoft Excel с помощью встроенного мастера диаграмм также даёт возможность построить на основании результатов обработки данных различные графики и гистограммы, которые можно впоследствии использовать на других этапах исследования.

  Таким образом, на этапе сбора и обработки данных исследования компьютер сегодня можно считать незаменимым. Он в значительной мере облегчает работу исследователя по регистрации, сортировке, хранению и переработке больших объёмов информации, полученных в ходе эксперимента, наблюдения и других методов исследовательской работы. Это позволяет исследователю сэкономить время, избежать ошибок при расчётах и сделать объективные и достоверные выводы из экспериментальной части работе.

  Четвертый этап - анализ и оформление результатов исследования:

  Обоснование заключительных выводов и практических рекомендаций;

  Научный доклад, статьи, учебно-методические пособия, монографии, книги;

  Презентации по теме исследования.

  На этапе оформления результатов исследования в виде диссертации, для подготовки научных докладов, статей, учебно-методических пособий, монографий, книг по теме исследования также активно должны быть использованы информационные технологии. При этом могут использоваться уже упоминавшиеся ранее текстовый редактор Microsoft Word и табличный редактор Microsoft Excel . Для обработки графических изображений и изготовления плакатов подойдут программы типа PhotoShop .

  Пятый этап - пропаганда и внедрение результатов исследования:

  Выступления на кафедрах, советах, семинарах, научно-практических конференциях, симпозиумах и т.д.;

  Публикации в средствах массовой информации

  • публикации в Интернет.

  Для выступления на кафедрах, советах, семинарах, научно-практических конференциях, симпозиумах информационные технологии можно применить в качестве средства презентации графической и текстовой информации, иллюстрирующей доклад. В этом случае можно использовать программу для создания презентаций и деловой графики Microsoft Power Point . С помощью программы Microsoft Publisher возможно подготовить и напечатать раздаточный и иллюстративный материал для участников конференции: брошюры, бюллетени, информационные листки и т.д.

  Кроме того, сегодня существует возможность публиковать статьи и монографии в Internet с помощью пакетов Front Page , Flash MX , Dream Weaver для создания Web-страниц. Публикация в Internet является на сегодняшний день самым быстрым способом донести новейшую информацию о ходе и результатах исследования заинтересованным лицам.

  Подводя итог, можно сказать, что организация и проведение ни одного современного исследования не может обойтись сегодня без применения информационных технологий. Очевидно, что в будущем, с расширением возможностей компьютера по переработке информации и разработкой искусственного интеллекта, а также нового программного обеспечения, компьютер станет не просто многофункциональным инструментом исследования, но и активным участником теоретической и экспериментальной работы. Возможно, он будет способен формализовать и описать явления, считавшиеся ранее недоступными для математической обработки и анализа; будет самостоятельно высказывать гипотезы, делать прогнозы и вносить предложения по ходу исследования.

• Информационные технологии в образовании

  Информационные технологии обучения - совокупность методов и технических средств сбора, организации, хранения, обработки, передачи, и представления информации, расширяющей знания людей и развивающих их возможности по управлению техническими и социальными процессами.

  Е.И. Машбиц и Н.Ф. Талызина рассматривают информационную технологию обучения как некоторую совокупность обучающих программ различных типов: от простейших программ, обеспечивающих контроль знаний, до обучающих систем, базирующихся на искусственном интеллекте.

  В.Ф.Шолохович предлагает определять ИТО с точки зрения ее содержания как отрасль дидактики, занимающуюся изучением планомерно и сознательно организованного процесса обучения и усвоения знаний, в которых находят применение средства информатизации образования.

  Содержательный анализ приведенных определений показывает, что в настоящее время существует два явно выраженных подхода к определению ИТО. В первом из них предлагается рассматривать ее как дидактический процесс, организованный с использованием совокупности внедряемых (встраиваемых) в системы обучения принципиально новых средств и методов обработки данных (методов обучения), представляющих целенаправленное создание, передачу, хранение и отображение информационных продуктов (данных, знаний, идей) с наименьшими затратами и в соответствии с закономерностями познавательной деятельностями обучаемых. Во втором случае речь идет о создании определенной технической среды обучения в которой ключевое место занимают используемые информационные технологии.

  Таким образом, в первом случае речь идет об информационных технологиях обучения (как процессе обучения), а во втором случае о применении информационных технологий в обучении (как использование информационных средств в обучении).

  ИТО следует понимать как приложение ИТ для создания новых возможностей передачи и восприятия знаний, оценки качества обучения и всестороннего развития личности.

  В научно-методической и популярной литературе часто встречается термин новые информационные технологии (НИТ). Это достаточно широкое понятие для различных практических приложений. Прилагательное "новое" в данном случае подчеркивает новаторский, то есть принципиально отличающийся от предшествующего направления технического развития. Их внедрение является новаторским актом в том смысле, что кардинально изменяет содержание различных видов деятельности в организациях, учебных заведениях, быту и т.д.

  Используя современные обучающие средства и инструментальные среды, можно создать прекрасно оформленные программные продукты, не вносящие ничего нового в развитие теории обучения. В этом случае можно говорить только об автоматизации тех или иных сторон процесса обучения, о переносе информации с бумажных носителей в компьютерный вариант и т.д.

  Говорить же о новой информационной технологии обучения можно только в том случае, если:

  • она удовлетворяет основным принципам педагогической технологии (предварительное проектирование, воспроизводимость, целеобразования, целостность);
  • она решает задачи, которые ранее в дидактике не были теоретически или практически решены;

  средством подготовки и передачи информации обучаемому выступает компьютерная и информационная техника.

  Таблица 1

  Информационные технологии применяемые в высшей школе России

  	Название ИТ	Англоязычное название	Сокращенное название
  	Электронный учебник	electronic textbook
  	Мультисредовая система	multimedia system
  	Экспертная система
  	Система автоматизированного проектирования	computer aided design system
  	Электронный библиотечный каталог	electronic library
  	Банк данных, база данных
  	Локальные и распределенные (глобальные) вычислительные системы	Local and Wide area networks
  	Электронная почта
  	Электронная доска объявлений
  	Система телеконференций
  	Автоматизированная система управления научными исследованиями	Computer research system
  	Автоматизированная система организационного управления	Management information system
  	Настольная электронная типография	dest-top publishing

  Таким образом, сказанное, под информационной технологией обучения в профессиональной подготовке специалистов предлагается понимать систему общепедагогических, психологических, дидактических, методических процедур взаимодействия педагогов и обучаемых с учетом технических и человеческих ресурсов, направленную на проектирование и реализацию содержания, методов, форм и информационных средств обучения, адекватных целям образования, особенностям будущей деятельности и требованиям к профессионально важным качествам специалиста.

  Средства ИКТ:

  Аппаратные средства:

  • Компьютер - универсальное устройство обработки информации
  • Принтер - позволяет фиксировать на бумаге информацию найденную и созданную учащимися или учителем для учащихся. Для многих школьных применений необходим или желателен цветной принтер.
  • Проектор - радикально повышает:
  • уровень наглядности в работе учителя,
  • возможность учащимся представлять результаты своей работы всему классу.
  • Телекоммуникационный блок (для сельских школ - прежде всего, спутниковая связь) - дает доступ к российским и мировым информационным ресурсам, позволяет вести дистантное обучение, вести переписку с другими школами.
  • Устройства для ввода текстовой информации и манипулирования экранными объектами - клавиатура и мышь (и разнообразные устройства аналогичного назначения), а также устройства рукописного ввода. Особую роль соответствующие устройства играют для учащихся с проблемами двигательного характера, например, с ДЦП.
  • Устройства для записи (ввода) визуальной и звуковой информации (сканер, фотоаппарат, видеокамера, аудио и видео магнитофон) - дают возможность непосредственно включать в учебный процесс информационные образы окружающего мира
  • Устройства регистрации данных (датчики с интерфейсами) - существенно расширяют класс физических, химических, биологических, экологических процессов, включаемых в образование при сокращении учебного времени, затрачиваемого на рутинную обработку данных
  • Управляемые компьютером устройства - дают возможность учащимся различных уровней способностей освоить принципы и технологии автоматического управления
  • Внутриклассная и внутришкольная сети - позволяют более эффективно использовать имеющиеся информационные, технические и временные (человеческие) ресурсы, обеспечивают общий доступ к глобальной информационной сети
  • Аудио-видео средства обеспечивают эффективную коммуникативную среду для воспитательной работы и массовых мероприятий.

  Программные средства :

  • Общего назначения и связанные с аппаратными (драйверы и т. п.) - дают возможность работы со всеми видами информации (см. выше).
  • Источники информации - организованные информационные массивы - энциклопедии на КД, информационные сайты и поисковые системы Интернета, в том числе - специализированные для образовательных применений.
  • Виртуальные конструкторы - позволяют создавать наглядные и символические модели математической и физической реальности и проводить эксперименты с этими моделями.
  • Тренажеры - позволяют отрабатывать автоматические навыки работы с информационными объектами - ввода текста, оперирования с графическими объектами на экране и пр., письменной и устной коммуникации в языковой среде.
  • Тестовые среды - позволяют конструировать и применять автоматизированные испытания, в которых учащийся полностью или частично получает задание через компьютер и результат выполнения задания также полностью или частично оценивается компьютером.
  • Комплексные обучающие пакеты (электронные учебники) - сочетания программных средств перечисленных выше видов - в наибольшей степени автоматизирующие учебный процесс в его традиционных формах, наиболее трудоемкие в создании (при достижении разумного качества и уровня полезности), наиболее ограничивающие самостоятельность учителя и учащегося.
  • Информационные системы управления - обеспечивают прохождение информационных потоков между всеми участниками образовательного процесса - учащимися, учителями, администрацией, родителями, общественностью.
  • Экспертные системы – программная система, использующая знания специалиста-эксперта для эффективного решения задач в какой-либо предметной области.

2) Определенным набором инструментов – технических устройств, аппаратуры, лабораторного оборудования и т.д. – используемых в научной деятельности. В настоящее время эта составляющая науки приобретает огромное значение. Степень оснащенности научного труда определяет степень его результативности.

3) Совокупностью методов, используемых для получения знания.

4) Особым способом организации научной деятельности. Наука является в современных условиях сложнейшим социальным институтом, включающим в себя три основных компонентов: исследования (производство нового знания); приложения (доведения новых знаний до их практического использования); подготовку научных кадров. Все эти компоненты науки организованы в виде соответствующих учреждений: университетов, институтов, академий, НИИ, КБ, лабораторий и т.д.

Таким образом, каждый ученый, приступая к научному исследованию, получает в свое распоряжение накопленный в ходе развития своей научной области фактический материал – результаты наблюдений и экспериментов; результаты обобщения фактического материала, выраженные в соответствующих теориях, законах и принципах; основанные на фактах научные предположения, гипотезы, нуждающиеся в дальнейшей проверке; общетеоретическое, философское истолкование открытых наукой принципов, законов; мировоззренческие установки; соответствующую методологию и техническое оснащение. Все эти стороны и грани науки существуют в тесной связи между собой.

1.3 Роль информационных технологий в науке и образовании

На современном этапе развития общества все большую роль начинают играть информационные технологии (ИТ), опосредующие и формирующие взаимодействие людей, получение и обмен информации. В научной литературе выделяются основные характеристики информационных технологий, среди которых можно отметить следующие и передачу информации в короткие сроки в разные точки – хранение большого количества информации, ее передача на любое расстояние в ограниченные сроки, возможность интерактивных коммуникаций и интеграции с другими программными продуктами.

Сфера науки и образования подверглась существенному внедрению информационных технологий в процесс своей деятельности. Использование информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) стало повсеместной практикой как в школах, так и в высших учебных заведениях. Персональные компьютеры, интерактивные доски, онлайн обучение являются элементами общей, единой, глобальной сети. Информационные технологии в науке и образовании способствуют автоматизации и эффективности учебно-познавательного процесса благодаря ускорению в обработке и передаче информации, реализации трудоемких задач.

Можно найти также ряд сходств в области научной деятельности и образовании, автоматизация которых посредством использования новых информационных технологий значительно ускоряет процесс образования. За последнее время количество научной и образовательной информации значительно увеличилось в объемах. Хранение подобной информации в бумажном варианте представляется трудной задачей, а также экологически небезопасно, в то время как информационные технологии представляют собой удобный способ, сокращающий затраты природных ресурсов и способствующий удобству хранения научно-образовательной информации. Сбор и обработка информации, больших массивов данных благодаря информационным технологиям также автоматизируется, чему способствуют поисковые программы Интернета, новейшие разработанные программные пакеты для обработки информации, базы данных в библиотеках и многие другие информационные технологии, сокращающие трудоемкость работы с информацией как для гуманитарных, так и для технических специальностей. При подготовке научных работ в области естественных наук нет необходимости производить расчеты вручную, математические, химические и иные формулы, содержащие в себе несколько этапов вычислений, решаются значительно быстрее благодаря инженерно-техническим программам, а также благодаря использованию специализированных информационных редакторов (MathCad). Визуализирование научных данных возможно благодаря графическим редакторам, среди которых можно отметить CorelDRAW,математическое моделирование реализуется посредством программы AutoCAD, передача образовательных документов упрощается благодаря использованию принтеров, сканеров, а в редакции документов и фотоизображений, а также в их распознавании активно применяется пакет программ Adobe, где лидерами в использовании выступают FineReader и Adobe Photoshop.

Постоянно возрастающие объемы научной и технической информации находятся в свободном доступе. Однако необходимы образование и профессиональная подготовка, чтобы знать, как получить доступ к этой информации и как эффективно ее использовать, чтобы реализовать потенциальные выгоды, которые она может дать, в интересах всего общества в целом.

В то же время, ИТ необходимы для самих научных исследований: они дают возможность ученым выполнять фундаментальные и прикладные исследования, осуществлять сотрудничество и формировать научные международные консорциумы, проводить эксперименты, сопоставлять данные, координировать лабораторную деятельность и обмениваться результатами с коллегами и общественностью. Информационный, цифровой мир – это одновременно и результат научной деятельности и основной фактор для дальнейшей научно-исследовательской и образовательной деятельности. Информационные технологии во многом определяют то, каким будут дальнейшие знания о мире, как они будут создаваться и использоваться 10 .

В научной деятельности информационные технологии способствуют ускорению одновременно теоретических разработок и прикладных исследований. В теоретическом аспекте информационные технологии необходимы для:

Анализа данных и математических расчетов, составления электронных таблиц (Excel, Statistica, SPSS);

Графического моделирования;

Автоматизированный перевод (PROMT);

Распознавание текста;

Системы принятия решений.

На этапе обработки результатов научных исследований наибольшее применением находят программные средства, обеспечивающие выполнение математических расчетов с использованием теории вероятности, теории ошибок, математической̆ статистики, векторного и растрового анализа изображений, значительно упрощая процесс исследования и делая его результаты более точными и наглядно представленными в виде диаграмм, инфографики и прочих средств.

Обработка научно-исследовательской информации, которая чаще всего представляется в табличной форме, также весьма эффективно выполняется с использованием табличных процессоров. Электронные таблицы применяются на всех этапах исследования.

Публичное представление проделанной работы является неотъемлимой частью процесса обучения, чему способствуют выступления с докладами и сообщениями. Информационные технологии помогают подготовить иллюстративный материал, а также качественно улучшить как процесс, так и результат подготовки. Переоценить новые информационно-техничекие возможности в образовательном процессе невозможно.

Обучающемуся выделяется ключевая роль в образовательно-познавательном процессе, в то время как задачей образования является освоение необходимой информации по исследуемой дисциплине, предмету подготовки. Однако необходимо не только предоставить информацию, но и обеспечить ее запоминание и выработать навык использования полученного материала в повседневной практике, чему существенно способствуют информационные технологии. К двум основным способом получения знания относятся декларативный и процедурный. В первом случае используются компьютерные учебники, тесты, контролирующие программы, учебные аудиоматериалы и видеоролики, во втором случае – имитационные модели, игровые программы для обучающихся.

Для преподавателей ИТ в образовании могут быть применимы для решения вопросов подготовки лекционного материала, электронных учебников, создания информационно-методического обеспечения по изучаемым курсам, подготовки демонстрационных средств поддержки проведения занятий, автоматизации проверки знаний обучаемых.

Существующие в настоящее время средства компьютерных и телекоммуникационных технологий в сфере образования позволяют реализовать практически весь цикл обучения от лекций до контрольных мероприятий. Применение вычислительной техники в образовании позволяет повысить качество обучения, создать новые средства обучающего характера, средства эффективного взаимодействия преподавателя и обучаемого, ускорить передачу знаний. Использование обучающих ИТ – эффективный метод для систем самообразования, продолженного обучения, а также для систем повышения квалификации и переподготовки кадров. Основные преимущества, которые дает использование ИТ в образовании по сравнению с традиционным обучением, заключаются в следующем.

Информационные технологии в образовании в настоящее время является необходимым условием перехода общества к информационной цивилизации. Современные технологии и телекоммуникации позволяют изменить характер организации учебно-воспитательного процесса, полностью погрузить обучаемого в информационно-образовательную среду, повысить качество образования, мотивировать процессы восприятия информации и получения знаний. Новые информационные технологии создают среду компьютерной и телекоммуникационной поддержки организации и управления в различных сферах деятельности, в том числе в образовании. Интеграция информационных технологий в образовательные программы осуществляется на всех уровнях: школьном, вузовском и послевузовском обучении.

Постоянное совершенствование учебно-воспитательного процесса вместе с развитием и перестройкой общества, с созданием единой системы непрерывного образования, является характерной чертой обучения в России. Осуществляемая в стране реформация школы направлена на то, чтобы привести содержание образования в соответствие с современным уровнем научного знания, повысить эффективность всей учебно-воспитательной работы и подготовить учащихся к деятельности в условиях перехода к информационному обществу. Поэтому информационные технологии становятся неотъемлемым компонентом содержания обучения, средством оптимизации и повышения эффективности учебного процесса, а также способствуют реализации многих принципов развивающего обучения.

2.1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ

Основными направлениями применения ИТ в учебном процессе школы являются:

разработка педагогических программных средств различного назначения;

разработка web-сайтов учебного назначения;

разработка методических и дидактических материалов;

осуществление управления реальными объектами (учебными ботами);

организация и проведение компьютерных экспериментов с виртуальными моделями;

осуществление целенаправленного поиска информации различных форм в глобальных и локальных сетях, её сбора, накопления, хранения, обработки и передачи;

обработка результатов эксперимента;

организация интеллектуального досуга учащихся.

Наиболее широко в данный момент используются интегрированные уроки с применением мультимедийных средств. Обучающие презентации становятся неотъемлемой частью обучения, но это лишь простейший пример применения ИТ.

В последнее время учителя создают и внедряют авторские педагогические программные средства, в которых отражается некоторая предметная область, в той или иной мере реализуется технология её изучения, обеспечиваются условия для осуществления различных видов учебной деятельности. Типология используемых в образовании педагогических программных средств весьма разнообразна: обучающие; тренажеры; диагностирующие; контролирующие; моделирующие; игровые.

В учебном процессе высшего учебного заведения изучение ИТ предусматривает решение задач нескольких уровней:

использование информационных технологий как инструмента образования, познания, что осуществляется в курсе «Информатика»;

информационные технологии в профессиональной деятельности, на что направлена общепрофессиональная дисциплина «Информационные технологии», рассматривающая их теорию, компоненты, методику;

обучение прикладным информационным технологиям, ориентированным на специальность, предназначенным для организации и управления конкретной профессиональной деятельностью, что изучается в дисциплинах специализаций.

Например, дисциплина «Информационные технологии в экономике» и синонимичная ей «Информационные технологии в управлении» входит в образовательную программу обучения студентов экономических специальностей. Современный экономист должен уметь принимать обоснованные решения на основе информационных потоков, кроме традиционных экономических знаний студент должен быть знаком с процессом обработки данных и владеть навыками построения информационных систем.

Методические материалы по данным дисциплинам многочисленно представлены в печати, в электронных вариантах, сопровождаются различными приложениями и прикладными программами. Разобраться в таком обилии предложенного материала самостоятельно достаточно сложно. Если взять, к примеру, только тот факт, сколько источников предложено в сети Интернет: список рекомендуемой литературы, интерактивные пособия и онлайн-учебники, рефераты и т.п. На запрос пользователя «Дисциплина «Информационные технологии в экономике» поисковая система Google выдает более 400 тысяч ссылок.

Разобраться в сложившейся ситуации и помочь в освоении учебного материала может помочь только квалифицированный специалист-преподаватель: он не только организует самостоятельную работу студентов (рефераты, тестирование, контрольные и курсовые работы), но в условиях регламента времени на изучение дисциплины умеет выбрать наиболее важные аспекты для изучения. В настоящее время преподаватели, преследуя подобные цели, создают авторские педагогические программные средства, реализованные в мультимедийной и гипермедийной форме на CD и DVD-дисках, на сайтах в сети Интернет.

Послевузовское образование также ориентировано на внедрение ИТ: в учебные планы аспирантов и соискателей многих научных направлений включаются дисциплины, связанные с изучением и внедрением информационных технологий в научную и профессиональную деятельность. В Орловском государственном институте искусств и культуры аспиранты и соискатели всех специальностей изучают дисциплину «Информационные технологии в науке и образовании» уже на первом курсе аспирантуры. Целью этого курса является освоение слушателями основных методов и средств применения современных информационных технологий в научно-исследовательской и образовательной деятельности, повышение уровня знаний начинающего ученого в области применения компьютерных технологий при проведении научного эксперимента, организация помощи аспиранту в его научном исследовании, в оформлении статей, тезисов, докладов и диссертационной работы.

Повышение уровня компьютерной подготовки обучаемых, увеличение количества и расширение разновидностей авторских педагогических программных средств, использование новых информационных технологий в науке и образовании в целом, являются одним из основных направлений совершенствования среднего специального, высшего и послевузовского образования в нашей стране.

2.2. ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХТЕХНОЛОГИЙ В ПРОЦЕССЕОБУЧЕНИЯХИМИИ.

При обучении химии, наиболее естественным является использование компьютера, исходя из особенностей химии как науки. Например, для моделирования химических процессов и явлений, лабораторного использования компьютера в режиме интерфейса, компьютерной поддержки процесса изложения учебного материала и контроля его усвоения. Моделирование химических явлений и процессов на компьютере – необходимо, прежде всего, для изучения явлений и экспериментов, которые практически невозможно показать в школьной лаборатории, но они могут быть показаны с помощью компьютера.

Использование компьютерных моделей позволяет раскрыть существенные связи изучаемого объекта, глубже выявить его закономерности, что, в конечном счете, ведет к лучшему усвоению материала. Ученик может исследовать явление, изменяя параметры, сравнивать полученные результаты, анализировать их, делать выводы. Например, задавая разные значения концентрации реагирующих веществ (в программе, моделирующей зависимость скорости химической реакции от различных факторов), учащийся может проследить за изменением объема выделяющегося газа и т.д.

Второе направление использования компьютера в обучении химии – контроль и обработка данных химического эксперимента. Компания IBM разработала «Персональную научную лабораторию» (ПНЛ) – комплект компьютеров и программ для них, различных датчиков и лабораторного оборудования, позволяющий проводить различные эксперименты химического, химико-физического и химико-биологического направления. Такое использование компьютера полезно тем, что прививает учащимся навыки исследовательской деятельности, формирует познавательный интерес, повышает мотивацию, развивает научное мышление.

Третье направление использования ИТ в процессе обучения химии – программная поддержка курса. Содержание программных средств учебного назначения, применяемых при обучении химии, определяется целями урока, содержанием и последовательностью подачи учебного материала. В связи с этим, все программные средства используемые для компьютерной поддержки процесса изучения химии, можно разделить на программы:

справочные пособия по конкретным темам;

решения расчетных и экспериментальных задач;

организация и проведение лабораторных работ;

контроль и оценка знаний.

На каждом конкретном уроке могут быть использованы определенные программы, исходя из целей урока, при этом функции учителя и компьютера различны. Программные средства для эффективного применения в учебном процессе должны соответствовать курсу химии профильного обучения, иметь высокую степень наглядности, простоту использования, способствовать формированию обще учебных и экспериментальных умений, обобщению и углублению знаний и т.д..

Компьютерные технологии в преподавании химии в школе: состояние дел и перспективы.

Применительно к обучению химии наряду с повышением мотивации обучения за счет использования компьютера на уроке, повышения уровня индивидуализации обучения и возможности организации оперативного контроля за усвоением знаний компьютерные технологии могут быть эффективно использованы для формирования основных понятий, необходимых для понимания микромира (строение атома, молекул), таких важнейших химических понятий как "химическая связь", "электроотрицательность", при изучении высокотемпературных процессов (цветная и черная металлургия), реакций с ядовитыми веществами (галогены), длительных по времени химических опытов (гидролиз нуклеиновых кислот) и т.д. Известно, однако, что, на данном этапе компьютерные технологии в преподавании химии в школе используются весьма редко. Тому есть причины как объективного, так и субъективного характера. Среди первого типа причин, безусловно, главными являются недостаточная обеспеченность общеобразовательных школ современными компьютерами и явно недостаточное количество соответствующих компьютерных программ. Тем не менее, процесс компьютеризации школ хотя и медленно, но идет. В качестве причины субъективного характера модно упоминать так называемую "компьютерофобию", которую приписывают учителям-предметникам. Этот фактор представляется надуманным. У учителей-предметников есть значительный интерес к использованию компьютерных технологий, причем независимо от возраста и стажа работы. Более важным является то, что современные образовательные стандарты дают учителю определенную свободу в выборе тем и расстановке акцентов при изложении преподаваемой им дисциплины. Опыт применения компьютерных технологий в обучении химии в школе позволяет заключить, что для получения высокого обучающего эффекта важно их систематическое использование, как на стадии изучения материала, так и на стадии оперативного контроля за усвоением знаний, а для этого также необходим широкий ассортимент педагогических программных средств (ППС). Новые возможности, выявленные в результате анализа педагогической практики использования ППС, позволяют значительно улучшить учебно-воспитательный процесс. Особенно это касается предметов естественнонаучного цикла, в том числе химии, изучение которой связано с процессами, скрытыми от непосредственного наблюдения и потому трудно воспринимаемыми детьми. ППС позволяют визуализировать такие процессы, предоставляя одновременно с этим возможность многократного повторения и продвижения в обучении со скоростью, благоприятной для каждого ребенка в достижении понимания того или иного учебного материала. Педагогические программные средства, являясь частью программных средств учебного назначения, обеспечивают также возможность приобщения к современным методам работы с информацией, интеллектуализацию учебной деятельности. В результате проведенного среди преподавателей анкетирования, составленного по концепциям, взятым из монографии И. Роберт "Современные информационные технологии в образовании", использование данных педагогических программных средств в обучении химии дает возможность:

индивидуализировать и дифференцировать процесс обучения за счет возможности изучения с индивидуальной скоростью усвоения материала;

осуществлять контроль с обратной связью, с диагностикой ошибок и оценкой результатов учебной деятельности;

осуществлять самоконтроль и самокоррекцию;

осуществлять тренировку в процессе усвоения учебного материала и самоподготовку учащихся;

визуализировать учебную информацию с помощью наглядного представления на экране ЭВМ данного процесса, в том числе скрытого в реальном мире;

проводить лабораторные работы в условиях имитации в компьютерной программе реального опыта или эксперимента;

формировать культуру учебной деятельности обучаемого и обучающего.

Перечисленные выше возможности меняют структуру традиционной субъект-объектной педагогики, в которой учащемуся как к субъекту учебной деятельности, как к личности, стремящейся к самореализации. А виртуализация некоторых процессов с использованием анимации служит формированию у учащегося наглядно-образного мышления и более эффективному усвоению учебного материала.

Таким образом, проведенные эксперименты по использованию обучающе-контролирующих программ в процессе обучения химии, показали целесообразность применения таких средств в учебном процессе и необходимость продолжения работы по их внедрению.

Еще одно важное заключение - важны не только ППС, но и методики их использования, то есть рекомендации по организации уроков. Как правило, для опытного учителя не составляет труда на основе компьютерной программы разработать соответствующий урок. Молодым же учителям для этого необходима помощь в виде планов-конспектов, методических рекомендаций по использованию ППС на разных этапах урока и в классах с различным уровнем подготовки учеников.

Таким образом, наиболее насущной задачей, решение которой позволит сдвинуть с "мертвой точки" внедрение компьютерных технологий в обучение предметов естественнонаучного цикла, является разработка ППС и методик их использования. Было бы весьма полезно объединить усилия заинтересованных учителей химии из различных регионов страны. Обмен опытом, безусловно, ускорит компьютеризацию школьного образовательного процесса.

Применение компьютерных моделей в обучении химии

Среди различных типов педагогических программных средств особенно выделяются те, в которых используются компьютерные модели. Применение компьютерных моделей позволяет не только повысить наглядность процесса обучения и интенсифицировать его, но и кардинально изменить этот процесс.

Модели могут использовать для решения различных задач. Р.Ю. Шенон выделяет пять типов моделей по функциональному назначению: средства осмысления действительности, средства общения, инструменты прогнозирования, средства постановки экспериментов, средства обучения и тренажа. Последний тип моделей также называют учебными компьютерными моделями (УКМ).

В изучении школьного курса химии выделяют несколько основных направлений, где оправдано использование УКМ:

наглядное представление объектов и явлений микромира;

изучение производств химических продуктов;

моделирование химического эксперимента и химических реакций.

Все модели, используемые в преподавании химии, можно разделить по уровню представляемых объектов на две группы: модели микромира и модели макромира. Модели микромира отражают строение объектов и происходящие в них изменения на уровне их атомно-молекулярного представления. Модели макромира отражают внешние свойства моделируемых объектов и их изменение. Модели таких объектов, как химические вещества, химические реакции и физико-химические процессы, могут быть созданы на уровне микромира, так и на уровне макромира.

При изучении химии учащиеся сталкиваются с объектами микромира буквально с первых уроков, и конечно же УКМ, моделирующие такие объекты, могут стать неоценимыми помощниками, например, при изучении строения атомов, типов химической связи, строения вещества, теории электролитический диссоциации, механизмов химической реакции, стереохимических представлений и т.д. Все эти перечисленные модели реализованы в программах “1С: Репетитор. Химия”, ChemLand, “Химия для всех”, CS Chem3D Pro, Crystal Designer, “Собери молекулу”, “Organic Reaction Animations” и др.

Модели химических реакций, лабораторных работ, химических производств, химических приборов (компьютерные модели макромира) реализованы в следующих программах: “Химия для всех - 2000”, “ХимКласс”, ChemLab, IR and NMR Simulator и др. Подобные модели используются в тех случаях, когда нет возможности по каким-либо причинам осуществить лабораторные работы в реальных условиях и нет возможности в реальности познакомиться с изучаемыми технологическими процессами.

Использование перечисленных выше программных средств на уроках химии имеют следующие достоинства:

значительный объем материала, охватывающий различные разделы курса школьной химии;

улучшается наглядность подачи материала за счет цвета, звука и движения;

наличие демонстраций тех химических опытов, которые опасны для здоровья детей (например, опыты с ядовитыми веществами);

ускорение на 10-15% темпа урока за счет усиления эмоциональной составляющей;

учащимися проявляют интерес к предмету и легко усваивают материал (повышается качество знаний учащихся).

Однако некоторые программные продукты не свободны от недостатков. Например, одним из главных недостатков программы “1С: Репетитор. Химия” является отсутствие диалога ученика с компьютером при усвоении им учебного материала и выполнении расчетных задач. Это затрудняет и ограничивает использование учителем данного компьютерного продукта в учебном процессе в школе.

Только органичное сотрудничество учителя информатики и учителя химии будет способствовать улучшению процесса обучения химии. На уроках информатики учащиеся изучают различные информационные технологии, представленные в пакете Microsoft Office. Например, учащиеся, изучая программу PowerPoint, могут уже сами создать презентацию (мини-учебник в виде слайдов) по отдельному материалу учебника химии. А для реализации возможности обучения, тестирования и контроля знаний учащихся используется встроенный в Microsoft Office язык программирования Visual Basic for Applications (VBA), который позволяет размещать на слайдах формы и элементы управления для ведения диалога (интерактивные мастер-шаблоны).

Большие возможности для личностного развития предоставляет использование Интернет в учебно-воспитательном процессе средних учебных заведений. Опыт работы показывает, что в условиях инновационного образовательного учреждения, располагающего соответствующей материальной базой применение Internet/Intranet-технологий открывает принципиально новые возможности для познавательной и творческой самореализации всех субъектов образовательного процесса.

Саморазвитию учителей разных предметов способствует самостоятельное освоение работы в Интернет, использование информации, размещенной в нем, на уроках и во внеурочной работе.

Учащиеся с высоким уровнем познавательной активности, используя Интернет, получают расширенный доступ к интересующей их информации. Они самостоятельно разыскивают сообщения о проведении конкурсов, олимпиад, конференций, тестирования и т.д.

Работа в Интернет позволяет учебному заведению и каждому участнику образовательного процесса успешно включиться в единое образовательное пространство. В настоящее время реализуется многопредметный проект по дистанционному обучению "Интернет-школа". Важным воспитательным аспектом такой сетевой деятельности является осознание чувства ответственности за свою работу, ведь результат ее могут оценить миллионы пользователей сети Интернет.