CC BY
35
УДК 378(075.8):002
М.И. Шутикова, И.А. Чеснокова
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ДИСЦИПЛИН ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ЦИКЛА В ВУЗЕ
МЛ. Shuticova, I.A. Chesnocova
POSSIBILITIES OF APPLICATION OF NEW INFORMAMATION TECHNOLOGIES IN TEACHING DISCIPLINES OF THE NATURAL SCIENCE CYCLE IN A HIGHER
SCHOOL
В статье рассматриваются возможности применения новых информационных технологий, в частности пакетов прикладных математических программ, в преподавании дисциплин естественнонаучного цикла в вузе. Приводится фрагмент рекомендаций для проведения практического занятия по высшей математике с использованием пакета Mathcad.
Новые информационные технологии, пакет прикладных программ, эффективность учебного процесса, активные методы обучения, информационная культура.
The paper considers the possibilities of using new information technologies, in particular packages of applied mathematical programs in teaching disciplines of the natural science cycle in higher educational institutions. A fragment of recommendations for conducting practical study class in higher Mathematics using Mathcad is provided.
New information technologies; a package of applied programs; efficiency of the educational process; active methods of teaching; information culture.
Современное информационное общество наряду с проникновением во все сферы новых информационных технологий требует изменения содержания обучения и методов преподавания практически всех дисциплин высшей школы. Главная цель учебно-воспитательного процесса в высших учебных заведениях в настоящее время - подготовка высококвалифицированных специалистов, имеющих необходимое фундаментально-теоретическое и достаточное профессионально-практическое образование [2].
В современных условиях профессиональная пригодность специалиста определяется помимо всего прочего умением использовать новые информационные технологии. А это умение формируется на основе интеграции традиционных и инновационных технологий, которые используют новейшие современные ресурсы и средства обучения.
Значительно повысить эффективность активного обучения для всех форм организации учебного процесса как на этапе самостоятельной подготовки студентов, так и на аудиторных занятиях способно широкое применение информационных технологий в преподавании отдельных дисциплин в высшей школе. Определённые сложности у студентов вызывают вопросы адаптации теоретиче-
ских положений и выкладок по естественнонаучным дисциплинам и применение в решении исследовательских задач информационных технологий. Внедрение активных методов обучения в высшем учебном заведении предполагает комплексное реформирование всех элементов учебного процесса: самостоятельной подготовки, лекций, семинарских и практических занятий.
Остановимся подробнее на применении новых информационных технологий в методике проведения практических занятий дисциплин естественнонаучного цикла. Современные исследования в области образовательных технологий показали, что именно здесь лежат огромные резервы в повышении эффективности обучения, так как при традиционном обучении даже в малых группах не всегда удается активизировать всех студентов на занятии и контролировать их знания. Решение этой проблемы возможно за счет использования информационных технологий.
В таких системах обучения студенты вместе с преподавателями работают за компьютерами, объединенными в локальную сеть, причем программное и техническое обеспечение предоставляет возможность одновременно работать с ознакомительной информацией по теме занятия и исполнением конкретного задания в соответствии с уста-
новленными сценариями занятий. Ознакомительные материалы могут быть представлены в виде презентационных, содержащих текстовые и графические пояснения по учебным модулям базовых знаний, а также аудио- и видеоинформацию. Программное обеспечение системы позволяет студентам активно выполнять индивидуальные задания, а преподавателю, наряду с возможностью контроля и управления, предоставляются средства протоколирования действий студентов для последующего совместного анализа и комментирования имеющихся упущений в выполненных заданиях.
Применение информационных технологий в преподавании предметов естественнонаучного цикла основано на широких возможностях вычислительных средств, компьютерных сетей, компьютерных обучающих программ а также специальных пакетов прикладных программ.
Необходимость использования специальных пакетов прикладных программ в преподавании отдельных дисциплин обусловлена тем, что студент вуза как будущий специалист кроме знаний по предметам специализации должен обладать информационной культурой и знаниями в области применения средств новых информационных технологий в своей профессиональной деятельности.
Среди математических пакетов, способных производить аналитические математические преобразования и реализующих различные численные методы, в настоящее время наиболее известны Mathematica, Maple, MATLAB, Mathcad. Пакеты Mathematica, Maple и MATLAB предоставляют широкие возможности в проведении символических и аналитических преобразований. Кроме того, они ориентированы на решение научных задач, поэтому наиболее популярны среди ученых, особенно среди теоретиков. Система команд этих пакетов больше напоминает язык программирования высокого уровня.
Характерной особенностью пакета Mathcad является использование привычных стандартных математических обозначений. Так же, как с карандашом в руке решается задача на листе бумаги, можно оформить и соответствующий Mathcad-документ, т.е. вид документа на экране максимально приближен к общепринятой математической нотации. Для использования пакета не требуется изучать какую-либо систему команд. Пакет ориентирован, в первую очередь, на проведение численных расчётов, но имеет встроенный символьный процессор Maple, что позволяет выполнять аналитические преобразования. Если некоторое время не возникает необходимости работать с Mathcad, то впоследствии навыки пользования пакетом легко восстанавливаются (тогда как в
других пакетах компьютерной математики используется очень сложный синтаксис, который быстро забывается, если не работать с этим пакетом постоянно). Кроме того, Mathcad - это универсальная, а не специализированная математическая среда. Пакет Майк^ более популярен в инженерной среде, поэтому в вузе в преподавании большинства дисциплин естественнонаучного цикла осуществляется выбор в пользу именно этого пакета [3].
Остановимся подробнее на использовании пакета Mathcad при проведении занятия по высшей математике на тему «Полное исследование функции и построение её графика». Предполагается, что это занятие является обобщающим или контрольным.
Форма проведения занятия - самостоятельная работа студентов с компьютером.
Целью занятия является закрепление знаний и умений студентов по исследованию функций и построению их графиков, обучение их с помощью системы Mathcad находить пределы функций, первую и вторую производные, а также строить графики функций и их асимптот. Каждому студенту предлагается задание провести полное исследование функции и построить её график. Сначала это необходимо сделать непосредственно на листе бумаги, а затем проверить свои вычисления и построение графика с помощью пакета Mathcad. В случае несовпадения результатов предоставляется возможность обнаружить и исправить свои ошибки. Учитывая то, что самостоятельное освоение математических пакетов - очень трудоёмкая задача, а программа по информатике в вузе не предусматривает изучение их в полном объёме, студентам предлагаются подробные рекомендации для выполнения рассматриваемой задачи.
Рекомендации содержат образец решения подобной задачи, выполненной непосредственно, с параллельным пошаговым разбором тех же самых этапов задач с применением Mathcad. Фрагмент рекомендаций приведён ниже.
Содержательная роль такого занятия многоаспектна как с точки зрения проверки изученного материала, так и с точки зрения освоения пакета Mathcad. Студент на одном занятии знакомится с нахождением различных пределов, производных первого и второго порядка, с преобразованием выражений, построением графиков различных функций, используя математический пакет. Кроме того, обучаемый в процессе выполнения своего задания контролирует себя, исправляет ошибки, которые могут быть обнаружены на любом этапе решения задачи, работает в индивидуальном темпе.
Непосредственные вычисления
Методические указания к выполнению в среде Mathcad
1
Дана функция у =
(* + 1>
2 '
Вычислим первую и вторую производные функции:
, _ 3jc2 (JC +1)2 - JC3 • 2(л +1) _
(7Л)5 =
_ 3x1(x + l)-2x1 _ (x + 1)3
3x3 + 3x2 - 2x3 x2(x + 3)
(x + lf
Таким образом, у' =
, _ x (x + 3)
(x + l )3
x\x + 3)
У { (* + l);
(3x2 + 6x) (x +1)3 - (x3 + 3x2) 3(x +1)2 = (* + l)6 =
3x[(x + 2)(x + l)-(;t2 + 3;c)] = (x + l)4 =
_ 3x(x2 + 3x + 2 - x2 - 3x) _ 6x
(x + l)4 ~ (x + l)4'
Вычислим первую и вторую производные функции. Кнопка
d
ТзГ
подпанели Матанализ (Calculus) вызывает шаблон — •
di
для дифференцирования функций. На месте правой метки вводится идентификатор функции вместе с аргументом в скобках, на месте нижней метки -идентификатор аргумента, относительно которого вычисляется производная. Далее необходимо снова ввести знак символьного вывода —> и щёлкнуть левой клавишей мыши вне данной области. После этого появится выражение, соответствующее первой производной функции:
у(х) := ■
2-х
(х+1)
а ч . з-х2 _
—у(х) ---
(х +1) (х + 1)
Полученное выражение можно упростить следующим образом: снова щёлкнуть левой клавишей мыши в области нахождения производной
(область выделится рамочкой)
, затем, не вы-
ходя из этой области, с подпанели Символика (Symbolic) вызвать команду simplify и щёлкнуть левой клавишей мыши вне данной области.
После появившегося знака символьного вывода —> появится также упрощённое выражение первой производной, которое мы нашли ранее непосредственными вычислениями:
у(х) := ■
(х+1)
2-х3 . ^ х2(х + 3) - simplify —»-
d ч 3-х -3®-*-J
031 (х+1) (х+1) (х+1)
Вычислим теперь вторую производную функцию.
подпанели Матанализ (Calculus) вызывает шаблон
Кнопка
dxn
d,'
для вычисления производных высших порядков. Две метки этого
шаблона служат для ввода порядка вычисляемой производной.
Проводя действия, аналогичные нахождению первой производной, упростив полученное выражение, получаем:
у(х):=
(х+1)
d у.
—пУ(х) -
d/
12-х
(х+1)4 (х+1)3
6-х . ,.„ б-х -simplify -
(х+1)
(х+1)
Окончание
Построим график функции
1 i 1 1 1 11 / / / /У
-•> i , /
1 /
1 /
1
/|
/ .;
/
/ 1
Таким образом, используя систему МаШсас!, мы получили те же самые выражения для первой и второй производных функций, которые нашли непосредственными расчётами.
Далее приводятся подробные указания по построению графика функции и её асимптот. Сам график в МаШсас! будет иметь вид
УО0 := ■
У«
ЭД f
h(x) := х - 2 - наклонная асимптота
Даже слабоуспевающие по математике студенты обычно без особого труда овладевают возможностями пакета МаЛсас1, что позволяет им справляться с подобными заданиями и прививает интерес к предмету, к использованию и прикладному применению информационных технологий. Студенты, использующие математические пакеты, в 2-4 раза быстрее справляются с учебно-практическими задачами. Достоинством пакетов прикладных математических программ является их сопровождение большим количеством демонстрационного материала. Пользователи могут обмениваться результатами своих работ, обсуждать возникающие затруднения [ 1 ].
Но следует заметить, что умение использовать современные программные средства отнюдь не освобождает студента от необходимости изучения соответствующей дисциплины и выполнения задач с использованием изучаемого аппарата.
Методика проведения занятий с использованием пакета МаШсас! способствует развитию познавательной деятельности студентов, формированию у них фундаментальных знаний, а также приобретению умений, необходимых для постановки и решения научно-практических задач.
Таким образом, целью компьютеризации элементов учебного процесса является создание условий для того, чтобы сделать подготовку студентов более качественной, соответствующей современному уровню профессиональной подготовки. В соответствии с этой целью необходимо искать компромиссы, пути сочетания традиционных форм проведения занятий и занятий с применением новейших информационных технологий, что является творческим процессом, направленным на реализацию индивидуальных способностей студентов.
Список литературы
1. Королькова, Л.Н. Возможности компьютеризации различных видов учебных занятий в высших учебных заведениях / Л.Н. Королькова // ИНФО. - 2007. - № 4.
2. Матвеева, Т.А. Возможности влияния информационных и коммуникационных технологий на содержание и методику преподавания математики в техническом вузе / Т.А. Матвеева. URL: http://umc.ustu.ru/index.php? page=33.
3. Черняк, A.A. Высшая математика на базе Mathcad. Общий курс / A.A. Черняк, Ж.А. Черняк, Ю.А. Доманова. - СПб., 2004.
Шутикова Маргарита Ивановна - кандидат педагогических наук, доцент кафедры прикладной информатики Института информационных технологий Череповецкого государственного университета.
Тел.: 8 (8202) 26-49-77.
Чеснокова Ирина Александровна - аспирант кафедры прикладной информатики Института информационных технологий Череповецкого государственного университета.
Тел.: 8 (8202) 32-31-59.
Shuticova Margarita Ivanovna - Candidate of Science (Pedagogy), Associate Professor, Department of Applied Mathematics, Institute of Information Technologies, Cherepovets State University.
Tel.: 8 (8202) 26-49-77.
Chesnocova Irina Alexandrovna - post-graduate student, Department of Applied Mathematics, Institute of Information Technologies, Cherepovets State University.
Tel.: 8 (8202) 32-31-59.
УДК 378(072):004
Г.А. Евстратова, E.A. Смирнова
МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
G.A. Evstratova, Н.А. Smirnova METHODOLOGICAL ASPECTS OF ORGANIZING STUDENTS' SELF-STUDY
В современных условиях обучения проблема организации самостоятельной работы студентов становится весьма актуальной. В данной статье рассматривается вопрос организации самостоятельной работы студентов очного отделения гуманитарного направления на примере темы «Алгоритмы и языки программирования».
Самостоятельная работа, формы самостоятельной работы, методика организации самостоятельной работы.
In contemporary teaching conditions, the problem of organizing students' self-study is becoming quite urgent. The paper considers the issue of organizing full-time humanity students' self-study while studying the topic "Algorithms and programming languages."
Self-study, forms of self-study, methods of organizing self-study.
Принципиальные изменения в обществе диктуют новые требования к высшей школе. Современный специалист должен владеть современными информационными технологиями, обладать коммуникативными способностями, уметь трансформировать приобретенные знания в инновационные технологии и работать в команде, обладать навыками самостоятельного получения знаний и повышения квалификации.
Стимулирование самостоятельной, индивидуальной работы студентов, как учебной, так и научной, представляется одним из основных направлений в совершенствовании современного высшего образования.
Цель самостоятельной работы студентов заключается в глубоком, полном усвоении учебного материала и в развитии навыков самообразования.
В течение последних десятилетий проблема организации самостоятельной работы студентов привлекает к себе пристальное внимание педагогов, психологов, методистов. Общие дидактические аспекты данной проблемы освещены в трудах С.И. Архангельского, Ю.К. Бабанского, П.И. Пидкасистого. Вопросам организации самостоятельной работы, поиску форм и методов ее активизации в процессе обучения посвящены исследования А.Е. Дзене, О.В. Долженко, М.И. Зайкина, Ю.Б. Зотова, И.И. Кобыляцкого, В.И. Крупича, К.Г. Осовского, A.B. Усовой, Т.И. Шамовой и др. Проблема организации самостоятельной работы студентов исследуется в трудах Е.К. Борткевича, М.Г. Гарунова, В. Графа, О.В. Долженко, И.И. Ильясова, В.А. Казакова, B.J1. Шатуновского. Организации самостоятельной работы в процессе преподавания информатики посвящены работы
