Использование информационно-коммуникационных технологий в СИСТЕМЕ ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ

В статье рассмотрены особенности использования информационно-коммуникационных технологий в системе прикладной математической подготовки будущих специалистов по информатики, которые позволяют сделать учебный процесс эффективным и индивидуализированным. Актуальность исследования обусловлена ​​социально-экономическими процессами, происходящими в современном обществе под влиянием информатизации и требуют от системы образования инновационного подхода в подготовке будущих специалистов. Раскрыто понятие профессионального математического пакета с точки зрения педагогики и информатики. Обоснована целесообразность использования пакета Mathcad для решения прикладных математических задач, приведен пример программной реализации. В дальнейшем планируется создание электронного учебника для самостоятельного изучения математических дисциплин.

Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными и практическими заданиями. Современное общество ставит перед образованием сложную задачу: подготовить специалиста, обладающего не только определенным багажом знаний, но и способного к постоянному самосовершенствованию, самообразованию и адаптации к новым требованиям. Поэтому согласно Национальной доктрины развития образования в ХХI в. приоритетом развития образования является внедрение современных информационно-коммуникационных технологий, обеспечивающих доступность и эффективность образования, подготовку молодого поколения к жизнедеятельности в информатизированном обществе. Самым весомым элементом базовой подготовки современных специалистов является изучение дисциплин математического цикла. Обусловлено это тем, что количественные методы внедряются практически во все сферы деятельности человека. Вооружение студентов знаниями и навыками использования современных информационных технологий при решения конкретных прикладных задач является одним из наиболее перспективных путей повышение эффективности обучения.

Для подготовки высококвалифицированных специалистов, свободно владеющих компьютерной техникой и умело применяют ее в своей производственной деятельности, целесообразно использовать мощные математические программные средства. Такой подход дает возможность индивидуализировать процесс обучения и контроля уровня знаний, а также широко внедрять дистанционное и самостоятельное обучение.

Анализ последних исследований и публикаций, в которых начато решения данной проблемы, на которые опирается автор; выделение нерешенных прежде частей общей проблемы, которым посвящается статья. Дидактические и психологические аспекты применения информационных технологий в учебном процессе нашли свое отражение в работах М. С. Бургин, В. Я. Ляудис, Ю. И. Машбиц, В. В. Рубцова, Н. Ф. Талызиной, А. К. Тихомирова и др.. Значительный вклад в теорию и практику использование информационных технологий обучения (компьютеризация обучения) внесли Р. С. Гуревич, М. И. Жалдак, Н. В. Морзе, Ю. С. Рамский, C. А. Семериков [2], Ю. В. Триус и др.. В исследованиях этих авторов рассмотрены пути повышения эффективности обучения с использованием новейших методик и технических средств, проблемы компьютеризации преподавания естественных дисциплин.

Исследование комплекса проблем, связанных с информационными технологиями обучения математике, начатые в работах М. И. Бурды, А. П. Ершова, М. Я. Игнатенко, А. И. Ляшенко, В. М. Монахова, С. А. Ракова [3], В. Г. Разумовского, А. В. Спиваковского и др.. А. В. Спиваковским построена система овладения курсом линейной алгебры в условиях вуза, в основу которой положен принцип компонентно-ориентированного обучения. Он заключается в задании уровня абстракции и детализации для каждого этапа обучения и выделении в каждом его фрагменте существенного и несущественного путем предоставления студенту решений определенных типов задач в виде готовых компонентов [4, с. 34].

В [3] предложена типология компьютерных математических систем, где наиболее перспективными для внедрения исследовательских подходов в обучение математики признаны пакеты компьютерной алгебры (CMS) и пакеты динамической геометрии (DGS). Автором разработан программно-методический комплекс по курсам математического анализа и аналитической геометрии, которые построены на исследовательских началах в обучении на основе компьютерных математических систем DG и Derive. В подавляющем большинстве публикаций авторы исследований освещают общие аспекты внедрения ИКТ в учебный процесс высших учебных заведений, их преимущества, презентуют собственные методические разработки.

Однако недостаточно освещенной остается проблема методики изучения дисциплин математического цикла, связанная с недостаточной обоснованностью и эффективным использованием ИКТ в математической подготовке будущих специалистов по информатики. Аналитически решая ряд задач математического программирования, часто приходится выполнять громоздкие вычисления как над числами, так и над массивами чисел (матрицами, векторами и т. п.), что требует много времени. Это приводит к концентрации внимания на второстепенных деталях, выполнении обычных математических вычислений, а важные, существенные моменты остаются без внимания. Обеспечению автоматизации решения широкого класса математических задач прикладного характера посвящается наша статья. Формулирование цели статьи (постановка задачи). Статья имеет целью обосновать целесообразность использования среды Mathcad для изучения дисциплин прикладной математической подготовки будущих специалистов по информатике, навести примеры его применения.

Изложение основного материала исследования с полным обоснованием полученных научных результатов. Одной из главных задач, стоящих перед системой подготовки будущих специалистов по информатике, является повышение качества математической подготовки студентов с учетом современных направлений развития и использование информационных технологий в профессиональной деятельности. Важнейшей задачей, по мнению В. М. Монахова, является накопление и анализ примеров эффективных приложений интеграции информационных и педагогических технологий на уровне траектории профессионального становления будущего специалиста [8]. Одной из новых образовательных областей, в которых использование информационных технологий представляется перспективным, есть прикладная математика (блок прикладных математических дисциплин, включенных в Отраслевой стандарта высшего образования Украины). Современный уровень информационных технологий позволяет при изложении традиционного материала по математическим дисциплинам использовать профессиональные математические пакеты такие, как Mаtlab (www.matlab.ru), Mathcad (www.mathsoft.com), Mathematica (www.wri.com), Maple (www.maplesoft.com), Stadia (www.statsoft.msu.ru), Statistica (www.statsoft.ru) и др..

Д. А. Власов отмечает, что профессиональный математический пакет можно рассматривать как с точки зрения педагогики, так и информатики [9]. С точки зрения педагогики он есть

«Современным дидактическим средством обучения, которое при проектировании учебного процесса по прикладным курсов позволяет нормализовать и оптимизировать учебный

процесс, придать ему качественно новый уровень ». Профессиональный математический пакет с точки зрения информатики - это информационная технология, предназначенная для автоматизации решения математических задач в различных областях науки, техники и образования, которая интегрирует в себе современный интерфейс, систему налитических численных методов решения достаточно широкого класса математических задач, средства визуализации результатов вычисления, на стадии принятия решений позволяет с большей вероятностью проанализировать результаты.

Математические пакеты, по мнению С. А. Семериков, занимают значительную роль в дистанционном образовании. Они позволяют не только выполнять численные расчеты на

компьютере, аналитические (символические) преобразования различных математических объектов, но и является мощным инструментарием для создания электронных пособий, справочников, дистанционных курсов.

Решить проблему выбора математического пакета можно через применение сетевых надстроек к существующим пакетам - сетевых систем компьютерной математики - Mathcad Application Server (MAS), MapleNet, Matlab Web Server (MWS), webMathematica, SAGE [10]. К основным характеристикам таких систем можно отнести:

· Отсутствие необходимости установки вычислительного ядра на клиентской машине;

· Выполнение вычислений - на Web-сервере системы компьютерной математики;

· Отображение результатов - в Web-браузере;

· Нетребовательность к аппаратной составляющей вычислительной системы;

· Простота администрирования (снятие проблемы поддержки большого инсталляционной базы и лицензирования программного обеспечения);

· Мобильный доступ к учебным ресурсам, программам и данным.

Использование профессиональных математических пакетов в обучении прикладной математики обеспечивает на качественно новом уровне реализацию таких дидактических принципов, как наглядность, фундаментальность образования, системность, мижпредметнисть, профессиональная направленность, опережающий обучения.

При изучении дисциплин нами используется среда Mathcad.

Такой выбор обусловлен рядом причин:

· Это универсальный пакет для проведения математических и инженерных расчетов, признанный специалистами;

· Объединяет в одной оболочке математическое ядро, текстовый процессор, мощную графическую систему обработки результатов и средства коммуникации;

· Предоставляет доступ к широкому набору общих и специальных математических функций;

· Имеет собственный инструментарий для создания пользовательских программ, записываются непосредственно в документы пакета;

· Позволяет обмениваться данными с другими программами, используя буфер обмена или OLE - технологию (Object Linking and Embedding - технология, которая можете включать в один документ объекты различных прикладных программ);

· Рабочие документы Маthсаd экспортируются в HTML и PDF форматы для последующего использования в других приложениях или публикациях в World Wide Web.

Согласно образовательно-профессиональной программы подготовки специалистов направления 6.040302

«Информатика» предусмотрено изучение таких дисциплин математического цикла: методы оптимизации, исследования операций, методы вычислений. Предлагается проведение лабораторных занятий с применением профессионального математического пакета Mathсad. Знакомство с этим пакетом происходит с самых простых вещей - арифметических вычислений. На втором этапе мы решаем задачу непрерывного перехода на новый качественный уровень овладения методологическими понятиями теории математики с использованием информационных технологий.

Использование профессиональных математических пакетов в проектировании учебного процесса по прикладным дисциплинам позволило нам эффективно решать такие методические задачи: дать целостную картину статистического исследования от постановки задачи и ввод данных до получения окончательного ответа и оформления отчета; графически проиллюстрировать основные теоретические понятия; на практике разобраться в вопросах адекватности выбора модели описания данных и устойчивости статистического вывода. Пакет Mathcad является достаточно эффективным в учебном процессе и может быть использован в преподавании целого ряда учебных дисциплин, а именно: высокой Выводы из данного исследования и перспективы дальнейших исследований в этом направлении. Анализ результатов экспериментальной работы позволяет сделать следующие

выводы:

· Использование IКT при изучении прикладных математических дисциплин способствует изменению форм, методов и содержания обучения;

· Применение профессиональных математических пакетов, в частности Mathcad, позволит повысить уровень математического образования студентов вузов заведений, будет способствовать решению проблемы неэффективного использования учебного времени путем устранения, автоматизации и алгоритмизации выполнения рутинных однотипных вычислений студентами при проведении аудиторных и внеаудиторных занятий.

Дальнейшего исследования требуют такие ее аспекты: разработка и внедрение методических систем обучения математическим дисциплинам с использованием электронных

учебников, тестирующие и тренировочных компьютерных программных средств, с целью повышение качества знаний и уровня подготовки будущих специалистов; математических пакетов методике их использования, предназначенных для исследования основных классов экономических задач.