Информационные технологии в науке и образовании. Роль новейших информационных технологий в современной науке. Особенности компьютеризации научного познания
Информационные технологии (ИТ) в образовании в настоящее время является необходимым условием перехода общества к информационной цивилизации. Современные технологии и телекоммуникации позволяют изменить характер организации учебно-воспитательного процесса, полностью погрузить обучаемого в информационно-образовательную среду, повысить качество образования, мотивировать процессы восприятия информации и получения знаний. Новые информационные технологии создают среду компьютерной и телекоммуникационной поддержки организации и управления в различных сферах деятельности, в том числе в образовании. Интеграция информационных технологий в образовательные программы осуществляется на всех уровнях: школьном, вузовском и послевузовском обучении.
Постоянное совершенствование учебно-воспитательного процесса вместе с развитием и перестройкой общества, с созданием единой системы непрерывного образования, является характерной чертой обучения в России. Осуществляемая в стране реформация школы направлена на то, чтобы привести содержание образования в соответствие с современным уровнем научного знания, повысить эффективность всей учебно-воспитательной работы и подготовить учащихся к деятельности в условиях перехода к информационному обществу. Поэтому информационные технологии становятся неотъемлемым компонентом содержания обучения, средством оптимизации и повышения эффективности учебного процесса, а также способствуют реализации многих принципов развивающего обучения.
Основными направлениями применения ИТ в учебном процессе являются:
1. разработка педагогических программных средств различного назначения;
2. разработка web-сайтов учебного назначения;
3.разработка методических и дидактических материалов;
4.осуществление управления реальными объектами (учебными ботами);
5.организация и проведение компьютерных экспериментов с виртуальными моделями;
6.осуществление целенаправленного поиска информации различных форм в глобальных и локальных сетях, её сбора, накопления, хранения, обработки и передачи;
7.обработка результатов эксперимента;
8.организация интеллектуального досуга учащихся.
Наиболее широко в данный момент используются интегрированные уроки с применением мультимедийных средств. Обучающие презентации становятся неотъемлемой частью обучения, но это лишь простейший пример применения ИТ.
В последнее время учителя создают и внедряют авторские педагогические программные средства, в которых отражается некоторая предметная область, в той или иной мере реализуется технология её изучения, обеспечиваются условия для осуществления различных видов учебной деятельности. Типология используемых в образовании педагогических программных средств весьма разнообразна: обучающие; тренажеры; диагностирующие; контролирующие; моделирующие; игровые.
В учебном процессе высшего учебного заведения изучение ИТ предусматривает решение задач нескольких уровней:
§ Использование информационных технологий как инструмента образования, познания, что осуществляется в курсе «Информатика»;
§ Информационные технологии в профессиональной деятельности, на что направлена общепрофессиональная дисциплина «Информационные технологии», рассматривающая их теорию, компоненты, методику;
§ Обучение прикладным информационным технологиям, ориентированным на специальность, предназначенным для организации и управления конкретной профессиональной деятельностью, что изучается в дисциплинах специализаций.
Например, дисциплина «Информационные технологии в профессиональной деятельности» входит в образовательную программу обучения студентов педагогических специальностей. Современный учитель начальных классов и педагог дополнительного обоазования должен уметь принимать обоснованные решения на основе информационных потоков, кроме традиционных знаний студент должен быть знаком с процессом обработки данных и владеть навыками построения информационных систем.
Методические материалы по данным дисциплинам многочисленно представлены в печати, в электронных вариантах, сопровождаются различными приложениями и прикладными программами. Разобраться в таком обилии предложенного материала самостоятельно достаточно сложно. Если взять, к примеру, только тот факт, сколько источников предложено в сети Интернет: список рекомендуемой литературы, интерактивные пособия и онлайн-учебники, рефераты и т.п. На запрос пользователя «Дисциплина «Информатика и в профессиональной деятельности» поисковая система Google.ru выдает около 400 тысяч ссылок.
Разобраться в сложившейся ситуации и помочь в освоении учебного материала может помочь только квалифицированный специалист-преподаватель: он не только организует самостоятельную работу студентов (рефераты, тестирование, контрольные и курсовые работы), но в условиях регламента времени на изучение дисциплины умеет выбрать наиболее важные аспекты для изучения. В настоящее время преподаватели, преследуя подобные цели, создают авторские педагогические программные средства, реализованные в мультимедийной и гипермедийной форме на CD и DVD-дисках, на сайтах в сети Интернет.
Послевузовское образование также ориентировано на внедрение ИТ: в учебные планы аспирантов и соискателей многих научных направлений включаются дисциплины, связанные с изучением и внедрением информационных технологий в научную и профессиональную деятельность. В Кемеровском педагогическом колледже студенты всех специальностей изучают дисциплину «Информационные технологии в науке и образовании» уже на первом и на втором курсе. Целью этого курса является освоение слушателями основных методов и средств применения современных информационных технологий в научно-исследовательской и образовательной деятельности, повышение уровня знаний начинающего ученого в области применения компьютерных технологий при проведении научного эксперимента, организация помощи студенту в его научном исследовании, в оформлении статей, тезисов, докладов. Повышение уровня компьютерной подготовки обучаемых, увеличение количества и расширение разновидностей авторских педагогических программных средств, использование новых информационных технологий в науке и образовании в целом, являются одним из основных направлений совершенствования среднего специального образования в нашей стране.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лаврушина, Е.Г., Моисеенко Е.В. Преподавание информатики в вузе. http://www.ict.nsc.ru
2. Деденёва, А.С., Аксюхин А.А. Информационные технологии в гуманитарном высшем профессиональном образовании // Педагогическая информатика. Научно-методический журнал ВАК. № 5. 2016. С. 8-16.
3. Деденёва, А.С., Аксюхин А.А. Мультимедиа технологии в условиях формирования образовательной среды вузов искусств и культуры // Историко-культурные связи России и Франции: основные этапы: сборник статей / Сост. И.А. Ивашова; гл. ред. Н.С. Мартынова. - Орёл: ОГИИК, ил., ООО ПФ «Оперативная полиграфия», 2017. С. 19-25.
Особую роль в современной науке играют новейшие информационные тех
нологии и компьютерная техника. Их влияние на науку - разнообразно.
Использование компьютерной техники приводит к:
возникновению новых методов исследования;
развитию средств и методов формализации и математизации науки;
возникновению новых научных направлений исследования;
изменению характера научного поиска.
В силу затруднений практического характера или невозможности проведения натурного эксперимента обычный эксперимент заменяется вычислительным экспериментом (например, экспериментальное исследование проблем ядерной энергетики, ряда проблем освоения космоса, эксперименты по управлению климатом, социальные эксперименты). В подобных случаях именно вычислительный эксперимент открывает широкие перспективы, поскольку он сравнительно дешев, легко управляем, в нем можно «создавать» условия, недостижимые в лабораториях. При этом «экспериментирование» проводится с математическими моделями, однако его методика имеет определенное сходство с методикой реального эксперимента.
Возникновение вычислительного эксперимента стало возможным, во-первых, благодаря появлению компьютеров, работающих в режиме диалога; во- вторых, усовершенствованию теории и практики программирования и разра- ботки теории численных методов и алгоритмов решения математических задач и, наконец, в-третьих, развитию и усовершенствованию методов построения математических моделей, использованию в этих целях языка не только классической, но и современной математики.
В вытчислительном эксперименте ЭВМ выступает не только и не столько как вычислительное средство наподобие арифмометра, а как весьма совершенный инструмент для знакового моделирования разнообразных процессов, допускающих формального и алгоритмического описания.
Структура вычислительного эксперимента
построение математической модели исследуемых процессов (описание их на языке математики);
нахождение приближенного численного метода решения задачи, сформулированной при построении математической модели. Т.е. выбор алгоритма ее решения (последовательности логических и математических операций, которые необходимо осуществить для получения результата). От специалиста требуется на этом этапе вычислительного эксперимента установить разумную степень точности результата, который должен быть получен с помощью ЭВМ;
программирование вычислительного алгоритма для ЭВМ;
расчет на ЭВМ;
анализ и интерпретация результатов, полученных в ходе исследования атематической модели, ее соответствие действительности, сопоставление с данными наблюдений и натурных экспериментов.
Использование вычислительных экспериментов позволило повысить точность описания. Теперь не требуется слишком упрощать модели изучаемых явлений и жертвовать точностью описания. Это позволяет избежать прямых ошибок, связанных с упрощенными моделями. Вычислительный эксперимент доказал свою эффективность в решении многих типов задач в гидро- и аэродинамике, в физике плазмы, исследовании глобальных последствий «ядерной зимы» и т.п. Применение ЭВМ позволяет облегчить, ускорить и совершенствовать процесс проверки логико-математических операций, производимых на предшествующих стадиях математического эксперимента.
Создание аналитического программирования оказало существенное воздействие процессов компьютеризации на сферу теоретического исследования. Оно позволяет ЭВМ непосредственно работать с математическими формулами - совершать преобразования, выкладки и т.п. (в небесной механике, физике плазмы, гидродинамике, квантовой химии). В математике и математической логике, например, смогли, наконец, решить топологическую проблему четырех красок. Суть ее заключается в том, что необходимо доказать, что не менее четырех красок необходимо, чтобы граничащие страны на карте всегда имели разные цвета.
Создание и применение компьютерной графики позволило визуализациро- вать многие виды научной информации и создало принципиально новые возможности для исследования, поскольку не всегда результаты научных исследований можно выразить в текстовой форме. Впечатляющим примером применения средств компьютерной графики является сделанное в 1984 г. американским и математиками Хоффманом и Миксом крупное открытие в геометрии - доказательство существования нового класса т.н. минимальных поверхностей (наименьших поверхностей натяжения). Формируется новая техника производства синтезированных трехмерных изображений - иконография, которая способна к лаконичному и полному ото- бражению окружающей действительности и наших фантазий246.
Использование интерфейса «виртуальной реальности» открывает новые возможности в творчестве дизайнеров, скульпторов, архитекторов. Но наиболее значительной представляется роль этой технологии в раскрытии и развитии творческого потенциала человека. Графический образ служит инструментом прямого воздействия на интуитивно-образные процессы, происходящие в правом полушарии головного мозга, и может способствовать устранению «право- полушарного крена» в современной культуре.
Компьютеры включаются в научный поиск на всех стадиях, что приводит к повышению эффективности и качества научного поиска и проведения научного эксперимента.
Современный научный эксперимент невозможен без обработки (часто весьма трудоемкой), огромного объема информации - цифровые данные, графики, снимки и т. д. Это осуществляется с помощью специализированных автоматических систем на основе использования ЭВМ. Экспериментальные устройства стали работать в сопряжении с компьютерами, которые не только регистрируют и анализируют параметры исследуемых систем, но и планируют, готовят эсперимент, управляют процессом его проведения, обработкой и обобщением результатов.
Кроме того ЭВМ используются и в других функциях в процессе экспериментальных исследований.
Например, в современной физике широко используются лазеры с перестраиваемой частотой. Традиционная технология проведения экспериментов с использованием таких лазеров предусматривала ручную регулировку резонатора, определяющего частоту излучения. Достаточно простая программа позволяет обойтись без ручной регулировки. Экспериментатор освобождается от многократного повторения рутинных операций, а эксперимент, ранее требовавший нескольких недель, проводится в течении нескольких часов.
Широко используется ЭВМ для расшифровки экспериментальной информации в генетике, молекулярной биологии. Они используются для воссоздания пространственных структурных моделей сложных молекул на основе рентгеновских снимков. Биолог рассматривает белковую молекулу «через ЭВМ», подобно тому, как он раньше рассматривал клетку через микроскоп.
Центр внимания в экспериментальной деятельности ученого смещается в сторону разработки и обоснования общего замысла и плана проведения эксперимента, а затем интерпретации полученных результатов.
Широкое применение новейших информационных технологий в современной науке приводит к тому, что наряду с теоретической и экспериментальной деятельностью можно выделить, например, как считают многие ведущие физики, вычислительную физику.
Создание компьютерного банка нуклеотидных последовательностей (в 1982 г. в США, затем в Европе и СССР) привело к рождению и быстрому развитию компьютерной генетики.
Под влиянием современных информационно-компьютерных технологий идет процесс формирования нового исследовательского мышления в науке. Для него в первую очередь характерно «сращивание» логичного и образного, синтез понятийного и наглядного, формирования «интеллектуальной образности» и «чувственного моделирования». Первые ростки нового научного мышления связаны с так называемым «экранно-динамичным диалоговым моделированием», которое обеспечивает большие возможности для восприятия потоков информации и ее переработки с помощью чувственного воображения ученого247.
Существенные изменения в картине мира в современной науке удивительным образом резонируют с изменениями, происходящими в организации нашего знания о них, в культуре письма. Ж. Деррида, как известно, разработал концепцию двух типов письма - линейного и нелинейного. Для линейного, т.е. вытянутого в строку письма, воплощенного в книжной культуре, характерно иерархическое строение, последовательность смыслонесущих элементов текста, которое ориентирует на восприятие его содержания как единого организованного целого, отсекая, не допуская к тексту все ответвления мысли, все возможные траектории ее движения, которые не вписываются в эту организованность. При этом, «основная функция линейного письма понималась и понимается как представление, репрезентация уже существующего смысла. Одновременно речь идет о представлении смысла как единого, полностью законченного целого»248 .
Идея нелинейного текста, быстрота, гибкость, реактивность и глубина нового мышления находят себе адекватную «орудийную» опору в развитом инструментарии экранной культуры. На наших глазах формируется новый тип культуры, основанной на так называемой «экранной речи», т. е. на временном потоке экранных изображений на мониторе компьютера, который свободно вмещает в себя поведение и устную речь персонажей, анимационное моделирование, письменные тексты и многое другое. Культура компьютерной страницы позволяет вынести текст за рамки плоскостного изображения и создать объемное топологическое пространство - гипертекст. Характерная особенность его организации - возможность перехода от одного фрагмента текста, носителя определенного смысла, к множеству других смысловых единиц.
Башляр Г. Новый рационализм. - М., 1987. 2.
Бургин М.С., Кузнецов В.И. Введение в современную точную методологию науки. - М., 1994. 3.
Новый органон // Бэкон Ф. Соч.: В 2т. - М., 1978. - Т.2. 4.
Виртуальные реальности. - М., 1998. 5.
Гайденко П.П. Проблема рациональности на исходе XX века // Вопросы философии. - 1991. - №6. 6.
Клайн М. Математика. Поиск истины. - М., 1988. 7.
Клайн М. Математика. Утрата определенности. - М. 1984. 8.
Методологическое сознание в современной науке. - К., 1989. 9.
Микешина Л.А., Опенков М.Б. Новые образы познания и реальности. - М., 1997. 10.
Моисеев Н.Н. Современный рационализм. - М., 1995. 11.
Нагель Э., Ньюмен Д. Теорема Геделя. - М., 1970. 12.
Научная картина мира. Логико-гносеологические аспекты. - К., 1983. 13.
Рациональность на перепутье: В 2 кн., - М., 1999. 14.
Рузавин Г.И. Математизация научного знания. - М; 1984. 15.
Рузавин Г.И. Философские проблемы основания математики. - М., 1983. 16.
Степин В.С. Теоретическое знание. - М., 2000. 17.
Философия науки. Вып. 2. Гносеологические и логико-методологические проблемы. - М., 1996. 18.
Философские проблемы оснований математики. - М., 1983. 19.
Эпистемология и постнеклассическая наука. - М., 1998.
Контрольные вопросы: 1.
Что такое теоретические объекты современной науки? Как они соотносятся с реальностью? 2.
Как трансформируется в современной эпистемологии представление об объекте и субъекте познания? 3.
Охарактеризуйте изменения идеалов и норм познания, характерных для неклассической и постнеклассической науки? 4.
Охарактеризуйте особенности формализации науки. Чем обусловлены границы формализации научных знаний? В чем состоит философский смысл теорем Геделя? 5.
Назовите формы и методы математизации современной науки. 6.
Какую роль играют новейшие информационные технологии в современной науке?
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.
В настоящее время, значительно увеличилась роль информационных технологий в жизни людей. Современное общество включилось в общеисторический процесс, называемый информатизацией. Этот процесс включает в себя доступность любого гражданина к источникам информации, проникновение информационных технологий в научные, производственные, общественные сферы, высокий уровень информационного обслуживания. Процессы, происходящие в связи с информатизацией общества, способствуют не только ускорению научно-технического прогресса, интеллектуализации всех видов человеческой деятельности, но и созданию качественно новой информационной среды социума, обеспечивающей развитие творческого потенциала человека.
Одним из приоритетных направлений процесса информатизации современного общества является информатизация образования, представляющую собой систему методов, процессов и программно-технических средств, интегрированных с целью сбора, обработки, хранения, распространения и использования информации в интересах ее потребителей. Поэтому в настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение в мировое информационно-образовательное пространство. Этот процесс сопровождается существенными изменениями в педагогической теории и практике учебно-воспитательного процесса, связанными с внесением корректив в содержание технологий обучения, которые должны быть адекватны современным техническим возможностям, и способствовать гармоничному вхождению студента в информационное общество.
Анализ понятия «информационные технологии» в образовании. Информационные технологии в образовании
Информационные технологии (ИТ) обучения - это педагогическая технология, применяющая специальные способы, программные и технические средства (кино, аудио- и видеотехнику, компьютеры, телекоммуникационные сети) для работы с информацией".
Целью ИТ является качественное формирование и использование информационных ресурсов в соответствии с потребностями пользователя. Методами ИТ являются методы обработки данных. В качестве средств ИТ выступают математические, технические, программные, информационные, аппаратные и др. средства.
Методы ИТ
Средства ИТ
ИТ разделяются на две большие группы: технологии с избирательной и с полной интерактивностью.
1) К первой группе принадлежат все технологии, обеспечивающие хранение информации в структурированном виде. Сюда входят банки и базы данных и знаний, видеотекст, телетекст, Интернет и т.д. Эти технологии функционируют в избирательном интерактивном режиме и существенно облегчают доступ к огромному объему структурируемой информации. В данном случае пользователю разрешается только работать с уже существующими данными, не вводя новых.
2) Вторая группа содержит технологии, обеспечивающие прямой доступ к информации, хранящейся в информационных сетях или каких-либо носителях, что позволяет передавать, изменять и дополнять ее.
Технологии с избирательной интерактивностью
Технологии с полной интерактивностью.
Информационные технологии следует классифицировать прежде всего по области применения и по степени использования в них компьютеров. Различают такие области применения информационных технологий, как наука, образование, культура, экономика, производство, военное дело и т. п. По степени использования в информационных технологиях компьютеров различают компьютерные и бескомпьютерные технологии.
В области образования информационные технологии применяются для решения двух основных задач: обучения и управления. Соответственно paзличают компьютерные и бескомпьютерные технологии обучения, компьютерные и бескомпьютерные технологии управления образованием. В обучении информационные технологии могут быть использованы, во-первых, для предъявления учебной информации обучающимся, во-вторых, для контроля успешности ее усвоения. С этой точки зрения информационные; технологии, используемые в обучении, делятся на две группы: технологии предъявления учебной информации и технологии контроля знаний.
К числу бескомпьютерных информационных технологий предъявления учебной информации относятся бумажные, оптотехнические, электроннотехнические технологии. Они отличаются друг от друга средствами предъявления учебной информации и соответственно делятся на бумажные, оптические и электронные. К бумажным средствам обучения относятся учебники, учебные и учебно-методические пособия; к оптическим - эпипроекторы, диапроекторы, графопроекторы, кинопроекторы, лазерные указки; к электронным телевизоры и проигрыватели лазерных дисков.
К числу компьютерных информационных технологий предъявления учебной информации относятся:
Технологии, использующие компьютерные обучающие программы;
Мультимедия технологии;
Технологии дистанционного обучения.
Компьютерные ИТ предъявления информации
Современные средства компьютерной техники можно классифицировать как:
Персональные компьютеры - это вычислительные системы с ресурсами, полностью направленными на обеспечение деятельности одного управленческого работника. Это наиболее многочисленный класс вычислительной техники, в составе которого можно выделить персональные компьютеры IBM PC и совместимые с ними компьютеры, а также персональные компьютеры Macintosh. Интенсивное развитие современных информационных технологий обусловлено как раз широким распространением с начала 1980-х гг. персональных компьютеров, сочетающих в себе такие качества, как относительная дешевизна и достаточно широкие для непрофессионального пользователя функциональные возможности.
Корпоративные компьютеры (иногда называемые мини-ЭВМ или main frame) представляют собой вычислительные системы, обеспечивающие совместную деятельность большого количества интеллектуальных работников в какой-либо организации, проекте при использовании единых информационно-вычислительных ресурсов. Это многопользовательские вычислительные системы, имеющие центральный блок большой вычислительной мощности и со значительными информационными ресурсами, к которому подсоединено большое количество рабочих мест с минимальной оснащенностью (обычно это клавиатура, устройства позиционирования типа «мышь» и, возможно, устройство печати). В качестве рабочих мест, подсоединяемых к центральному блоку корпоративного компьютера, могут выступать и персональные компьютеры. Сфера использования корпоративных компьютеров - обеспечение управленческой деятельности в крупных финансовых и производственных организациях. Организация различных информационных систем для обслуживания большого количества пользователей в рамках одной функции (биржевые и банковские системы, бронирование и продажа билетов населению и т.п.).
Суперкомпьютеры представляют собой вычислительные системы с предельными характеристиками вычислительной мощности и информационных ресурсов и используются в военной и космической областях, и фундаментальных научных исследованиях, глобальном прогнозировании погоды. Данная классификация довольно условленна, так как интенсивное развитие технологий электронных компонентов и совершенствование архитектуры компьютеров, а также наиболее важных их элементов приводят к размыванию границ между средствами вычислительной техники.
В системе образования на сегодня накоплено множество различных компьютерных программ учебного назначения, созданных в учебных заведениях и центрах России. Немалое их число отличается оригинальностью, высоким научным и методическим уровнем. Интеллектуальные обучающие системы - это качественно новая технология, особенностями которой являются моделирование процесса обучения, использование динамически развивающейся базы знаний; автоматический подбор рациональной стратегии обучения для каждого обучаемого, автоматизированный учет новой информации, поступающей в базу данных. Технологии мультимедиа (от англ. multimedia - многокомпонентная среда), которая позволяет использовать текст, графику, видео и мультипликацию в интерактивном режиме и том самым расширяет рамки применения компьютера в учебном процессе.
Виртуальная реальность (от англ. virtual reality - возможная реальность) - это новая технология неконтактного информационного взаимодействия, создающая с помощью мультимедийной среды иллюзию присутствия в реальном времени в стереоскопически представленном «экранном мире». В таких системах непрерывно поддерживается иллюзия места нахождения пользователя среди объектов виртуального мира. Вместо обычного дисплея используются очки телемониторы, в которых воспроизводятся непрерывно изменяющиеся события виртуального мира. Управление осуществляется с помощью реализованного в виде «информационной перчатки» специального устройства, определяющего направление перемещения пользователя относительно объектов виртуального мира. Кроме этого в распоряжении пользователя есть устройство создания и передачи звуковых сигналов.
Автоматизированная обучающая система на основе гипертекстовой технологии позволяет повысить усвояемость не только благодаря наглядности представляемой информации. Использование динамического, т.е. изменяющегося, гипертекста дает возможность провести диагностику обучаемого, а затем автоматически выбрать один из оптимальных уровней изучения одной и той же темы. Гипертекстовые обучающие системы дают информацию таким образом, что и сам обучающийся, следуя графическим или текстовым ссылкам, может применять различные схемы работы с материалом. Все это позволяет реализовать дифференцированный подход к обучению.
Специфика технологий Интернет - WWW (от англ. World Wide Web - всемирная паутина) заключается в том, что они предоставляют пользователям громадные возможности выбора источников информации: базовая "информация на серверах сети; оперативная информация, пересылаемая по электронной почте; разнообразные базы данных ведущих библиотек, научных и учебных центров, музеев; информация о гибких дисках, компакт-дисках, видео- и аудиокассетах, книгах и журналах, распространяемых через Интернет-магазины, и др.
Следует выделить основные дидактические требования, предъявляемые к ИТО, с целью повышения эффективности ее применения в образовательном процессе.
К ним относятся:
Мотивированность в использовании различных дидактических материалов;
Четкое определение роли, места, назначения и времени использования КОП;
Ведущая роль педагога в проведении занятий;
Тесная взаимосвязь конкретного класса КОП с другими видами применяемых ТСО;
Введение в технологию только таких компонентов, которые гарантируют качество обучения;
Соответствие методики компьютерного обучения общей стратегии проведения учебного занятия;
Учет того, что введение в комплект учебных средств КОП требует пересмотра всех компонентов системы и изменения общей методики обучения;
Обеспечение высокой степени индивидуализации обучения;
Обеспечение устойчивой обратной связи в обучении и другие.
Современный период развития цивилизованного общества характеризуется процессом информатизации, одним из приоритетных направлений которого является информатизация образования. Существенным компонентом процессов информатизации является разработка и использование педагогических программных средств, базирующихся на различных информационных технологиях. В последнее время одним из актуальных становится направление, базирующееся на использовании в педагогических программных средствах компьютерных сетей.
Применение компьютерных сетей в процессе обучения различным учебным дисциплинам требует от преподавателя знаний как в области подготовки сценария учебного курса с учетом возможностей инструментальных средств разработки программ, так и знаний в области методики преподавания конкретной дисциплины. Это объясняется широкими возможностями применения компьютерных коммуникаций и сетей в практической деятельности.
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.
