Компьютерные технологии в науке и образовании

Введение

Актуальность данной темы заключается в том, что для развития любого человеческого общества необходимы материальные, инструментальные, энергетические и информационные ресурсы. Настоящее время - это период, характеризующийся небывалым ростом объема информационных потоков. Это относится как к экономике, так и к социальной сфере. Наибольший рост объема информации наблюдается в промышленности, торговле, финансово-банковской и образовательной сфере.
В современных условиях профессиональная подготовка специалистов в любой предметной области предполагает достаточно глубокие знания в области компьютерных технологий. Многие задачи, решение которых ранее считалось невозможным, в настоящее время успешно решаются средствами компьютерных технологий. Это относится к созданию и сложной обработке современных локальных и распределенных документов, реляционных баз данных, компьютерному моделированию сложных систем, в частности педагогических систем с формализованной обратной связью.
Информатизация науки была вызвана как необходимостью эффективного выполнения наукой тех задач, которые ставила перед ней жизнь, так и внутренними потребностями самой науки.
Необходимость информатизации науки обуславливается, в частности, тем, что в самой ткани современной науки происходят крупные изменения, составляющие предпосылки для глубочайшей научной революции. Происходят сложные процессы интеграции и дифференциации наук, возникают новые области научного знания в авангарде которой идут науки о человеке и его жизни, и прежде всего биология. Наука берется за исследования все более сложных явлений и процессов живой материи с повышением точности получаемой информации о них.
Вместе с тем, информатика расширяет сферу чувственного восприятия исследуемых объектов, изображая их на экране дисплея в виде схем, графики, таблиц, наглядного образа, что, безусловно, создает определенный благоприятный для восприятия психологический климат. Эти образы информатика связывает с абстрактными представлениями, что является своеобразной формой восхождения от абстрактного к конкретному.
Компьютеры решают не только алгоритмические вычисли-тельные задачи, но и реализуют логические алгоритмы, круг кото-рых очень широк. Более того, возможны неалгоритмические способы решения задач путем применения методов, сокращающих множество возможных вариантов решения задач по каким - то критериям. Человек принимает ряд решений на основе промежуточных результатов. Возникает задача снабдить компьютеры методами самостоятельного принятия решений, способностью к самообучению и оперированию с нечеткими целями и идеями. Это задач решаются в процессе создания искусственного интеллекта.
Отношение индивида к имеющейся информации избирательно, оно зависит не только от степени понимания этой информации, но и от его способности свободно ориентироваться в информации, ее классифицировать, способности делать прогнозы, от позитивного или негативного отношении к получаемой информации, от эмоций, вызванных этой информацией, соответствия ее ценностным идеалам воспринимающего информацию субъекта.
Цели и задачи данной работы следующие:
1.Раскрыть тему формирования баз данных и использование их в научной деятельности.
2.Описать целенаправленное формирование информационных умений и навыков в системе высшего образования.
3.Раскрыть вопрос о современных программных средствах реализации тестирования знаний обучающихся в системе высшего образования.

1.ФОРМИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ В НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
База данных - специальным образом организованное хранение информационных ресурсов в виде интегрированной совокупности файлов, обеспечивающей удобное взаимодействие между ними и быстрый доступ к данным.
Для работы с базами данных используются системы управления базами данных.
Система управления базами данных (СУБД) – это специальная программа, необходимая для организации базы данных (хранилища информации) и работы с ней пользователей информационной системы.
Основными функциями СУБД являются: добавление, удаление и обновление записей в базе данных, поиск нужных записей по заданным условиям. Для выполнения этих функций применяется механизм запросов. Результатом выполнения запросов является либо отобранное по определенным критериям множество записей, либо изменения в таблицах.
Запросы к базе формируются на специально созданном для этого языке -SQL (Structured Query Language - язык структуриро-ванных запросов), о котором можно найти много информации в Интернет.
Классификация СУБД:
•По архитектуре организации хранения данных:
-локальные (все части базы данных размещаются на 1 компьютере);
-распределенные (размещаются на нескольких компью-терах).
•По способу доступа к базе данных:
-файл-серверные (например, Microsoft Ассеss);
-клиент-серверные (например, MySQL);
-встраиваемые (например, Sybase SQL Anywhere).
•По типу управляемой базы данных:
-иерархические (с древовидной структурой элементов, например, структура файлов и папок на компьютере);
-сетевые (каждый элемент базы данных может быть связан с любым другим элементом);
-реляционные (на базе двумерных массивов);
-объектно-ориентированные (элементами являются модели объектов, включающих прикладные программы, которые управляются внешними событиями).
Информатизация науки меняет как структуру науки и методы научного исследования, так и саму организацию науки. В связи с тем, что информационная техника образует большие комплексы дорогостоящих технических средств, которые способны одновременно решать ряд сложных задач, они обслуживаются крупными исследовательскими коллективами. В науке происходит своеобразная «коллективизация». Научные открытия все чаще делаются не отдельными лицами, а научно-исследовательскими коллективами. Эти коллективы порой представляют собой проблемные группы, состоящие из различных специалистов, нацеленных на решение конкретной научной проблемы. По мере решения поставленной задач состав проблемной лаборатория трансформируется для решения новой проблемы. В организации науки возникают проблемы роли лидера в научном коллективе и определения доли участия в решении научных задач каждого члена научного коллектива и определении размера соответствующего вознаграждения.
В этих условиях изменяется и характер научной деятельности. Наряду с дисциплинарными исследованиями на авансцену все более выступают междисциплинарные и проблемно-ориентированные формы исследовательской деятельности, комплексные научно-исследовательские программы, в которых принимают участие специалисты различных областей научного знания. Реализация комплексных программ порождает сращивание в единой системе деятельности теоретических и экспериментальных исследований, фундаментальных и прикладных областей научного знания, интенсификации связей между различными науками. В результате усиливаются процессы взаимодействие принципов и представлений картин реальности, формирующихся в различных науках, стираются жесткие разграничительные грани между ними, происходит интеграция наук.
Интеграционные процессы на базе взаимодействия наук - характерная черта развития современной науки, которая проявляется по-разному. В одном случае каждая наука изучает определенную сторону объекта, свой предмет своими специфическими средствами и методами. Затем отельные науки обмениваются полученной информацией с целью получения нового знания. Для приведения полученных знаний к одному критерию возможно применение информационной техники, ее программ, языка. Такая так называемая первичная форма взаимодействия наук наиболее элементарна, поскольку здесь взаимодействие наук реализуется через продукт научного труда, а сам процесс получения нового знания в рамках каждой науки независимо от другой. В высшей, развитой фазе взаимодействия наук возникает междисциплинарное сотрудничество в процессе самого исследования, программа которого может быть составлена с использованием компьютерных программ. В этом случае представители различных наук решают одну общую задачу, проводят одно комплексное исследование, охватывая различные аспекты познаваемого объекта. Разрабатывается специальная методология комплексного научного исследования, возможности применения информационно-вычислительных средств. Устанавливается субординация различных аспектов исследования объектов с выдвижением на передний план определенных аспектов, что дает возможность избежать механического объединения полученной информации в один массив.
Для решения комплексных проблем возникают иные средства познания с широким привлечением информационных средств, происходит обобщение нового уровня, более широкого и глубокого, выражающее более общие закономерности. Для этого возникает особый класс понятий - общенаучных: система, структура, элемент, управление, модель, в который включаются понятия информатики: алгоритм, банк данных , информация и другие. В итоге создается единая концептуальная схема, дающая возможность сопоставить понятия различных наук и выработать общий научный язык. Возникает особая форма знания - комплексное знание, которое превышает объем знаний наук, участвующих в исследовании и отражает суть исследуемого объекта на другом уровне знания.
Процесс интеграции научного знания, в котором активно участвует информационная технология, приводит не только к появлению новой формы научного знания - комплексного, но к органическому сращиванию различных наук в новые научные направления и новые области научного знания.
Информатика не только участвует во взаимодействии наук, в выработке общенаучного языка, но сама, вступая как самостоятельная область научного знания во взаимодействие с другими науками, порождает новые области научного знания - информационную психологию, мехатронику, информационную экономику, социальную информатику и др.
Так, ныне активно развивается в качестве самостоятельной научной дисциплины информационная (компьютерная) психология

. Она нацелена на анализ страха человека перед стремительно совершенствующейся информационной техникой, ростом и усложнением информационных потоков; болезни человека, отдающего приоритет общению с компьютером, а не с людьми; утомляемости людей при работе на компьютере (<киберболезни>).
На знаниях в области механики, информатики и некоторых отраслей техники (микропроцессорная техника, компьютерное управление движением машин и агрегатов) возникла новая довольно быстро развивающаяся техническая наука, само название которой - <мехатроника>, объединяет термины <механика> и <электроника> и свидетельствует о гибридном характере той науки. Действительно, мехатроника представляет собой комплекс средств и принципов механики, информатики и электроники, который нацелен на создание и эксплуатацию машин и систем с компьютерным управлением.
Web of Science - база данных научного цитирования компании Thomson Reuterse предоставляет библиографическую информацию, информацию о цитировании и ссылки на полные тексты.
Обеспечивает поиск среди 12 500 журналов и 160 000 материалов конференций в области естественных, общественных, гуманитарных наук и искусства, позволяющий получить наиболее релевантные данные по интересующим вопросам.
Содержит наукометрические инструменты и позволяет анализировать продуктивность институтов и сопоставлять результативность научной деятельности учёных по всему миру.
Компьютеризация человечества выступает главной сферой автоматизирования промышленной и прочей учрежденческой работы, где обязательны сохранение, обработка, получение, передача и сбор в единое всей информации. Автоматизирование на персональных компьютерах изменяет стандарты переработки данных, придавая слаженную работу промышленности и организаций на базе более новейшей информационной технологии.
Применение персонального компьютера в виде механизма обработки информации в разных областях человеческой деятельности повышает информационную культуру общества, способствуя без осложнений перейти к информационному обществу, где информация является самым ценным материалом наравне с финансовыми, энергетическими и другими ресурсами. В нужное время полученная, правильно обработанная и четко представленная информация зачастую увеличивает эффективность принимаемых решений и, следовательно, их результат.
Любая информационная система в зависимости от назначения имеет дело с той или иной частью конкретного мира, которая называется предметной областью. Изучение предметной области считается первоначальным этапом разработки каждой информационной системы. То есть на данном этапе устанавливаются потребности в информации всей аудитории потребителей будущей системы, которые, предопределяют содержимое её базы данных. Предметная область определенной информационной системы рассматривается как некоторая совокупность реальных объектов, которые представляют интерес для её пользователей. Таким примером служат персональные компьютеры, программные средства и их потребители. Все эти объекты обладают определенными свойствами. Например, персональный компьютер обладает следующими характеристиками: наименование фирмы-производителя, номер модели, мощностью процессора, емкостью жесткого диска и оперативного запоминающего устройства, параметрами графической карты и тому подобное.
Информационный объект - это описание некоторой сущности предметной области, реального объекта, процедуры или события. Информационный объект создаётся группой логически связанных атрибутов, которые представляют собой качественные и численные характеристики сущности.
Между объектами предметной области могут существовать связи, которые имеют различный смысл по содержанию. Эти связи могут быть обязательными или факультативными.
Если объект оказывается по необходимости связанным с каким-либо объектом предметной области, то между этими двумя объектами существует обязательная связь. В противном случае связь является необязательной. К примеру, обязательная связь заменяет существующую между двумя объектами "сотрудник" и "должность" в предметной области кадровых информационных систем, из этого следует, что каждый нанятый в организацию сотрудник зачисляется на должность и не может быть сотрудника, не занимающего никакой должности. В это же время связь замещает между типами объектов "сотрудник" и "должность" является необязательной, поскольку могут быть свободные места на работу. Структура предметной области характеризуется множеством объектов предметной области и связей между ними. Множество объектов предметной области, значения свойств объектов и связи между ними могут изменяться во времени. Изменения могут сводиться к появлению новых или исключению из рассмотрения некоторых существующих объектов в предметной области, установлению новых или разрушению существующих связей между ними. Следовательно, с каждым моментом времени можно сопоставить некоторое состояние предметной области.


2.ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ УМЕНИЙ И НАВЫКОВ В СИСТЕМЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

Информационные технологии (ИТ) на сегодняшний день становятся одним из основных приоритетов в планировании развития высшего образования, как на Западе, так и в остальных частях мира. По мнению Роберта Ширана (Robert Sheeran), ректора университета Сетон-Хол, именно включенность ИТ в учебный процесс оказывается для поступающих тем привлекательным моментом, на основании которого они выбирают, в какой институт пойти. Кроме того, ИТ важны не только для успешной конкуренции различных вузов на рынке высшего образования, но и для успешного функционирования самих этих вузов. Без использования ИТ сегодня становится невозможным эффективно управлять образовательным процессом. Как говорит Джон К. Хитт (John C. Hitt), ректор университета Центральной Флориды, «в течение не одного десятка дет мы обсуждали связь информационных технологий и высшего образования, но лишь сегодня мы впервые понимаем, что технологии вызывают перспективные изменения, которые настолько значительны и всепроникающие, что становится невозможным или нежелательным для вузов отрывать свои стратегические планы, цели и направления деятельности от инициатив, ресурсов и управления в области ИТ».
Согласно Хокриджу и др. существуют четыре принципиальных основания для внедрения информационных технологий в образование: социальное, профессиональное, педагогическое и каталитическое. Социальное основание заключается в признании роли, которую технологии играют сегодня в обществе, необходимости для образования отражать интересы общества и потребности демистифицировать технологии для студентов. Профессиональное основание состоит в необходимости подготовки студентов к таким типам профессиональной деятельности, которые требуют навыков использования технологий. Педагогическое основание состоит в том, что технологии сопровождают процесс обучения, предоставляя более широкие возможности коммуникации и более качественные материалы, что усиливает преподавание традиционных предметов. Наконец, технологии могут производить каталитический эффект не только на образование, но и на общество в целом, совершенствуя исполнение, преподавание, администрирование, управление, повышая эффективность, оказывая позитивное влияние на образование и изменяя властные отношения между преподавателями и студентами.
Андриан Бошнер из университета Уорвика в Ковентри (Великобритания) отмечает следующие выгоды от внедрения ИТ в высшее образование:
-Усиление общей студенческой мотивации.
-Повышение качества учебного опыта и переход от пассивного к активному обучению.
-Изменение институциональной культуры, особенно в отношении способности пользоваться технологиями.
-Усиление способности переносить навыки (например, независимого обучения или навыков пользования ИТ).
-Повышение качества преподавания.
-Более гибкий доступ студентов к учебным материалам, как через сайты (или системы телекоммуникаций), так и вне сайтов.
Согласно проведенному организацией EDUCAUSE в 2001 году обзору развития ИТ в высшем образовании, можно выделить следующие ключевые моменты стратегического значения, на которые обращают больше всего внимания при использовании информационных технологий:
-Дистанционное образование.
-Сетевые технологии.
-Управление безопасностью.
-Повсеместное использование компьютеров / универсальный доступ.
-Стратегии преподавания и обучения.
-Подготовка персонала для ИТ и управление человеческими ресурсами.
-Стратегии финансирования ИТ.
-Онлайновые услуги для студентов.
-Расширенные способы связи.
-Административные системы.
Эти моменты представляют собой первоочередные вопросы, решение которых позволит оптимизировать процесс перехода вуза к включению ИТ в свои процессы.
В целом многие аналитики выделяют следующие основные направления, в рамках которых применение ИТ в высшем образовании играет центральную роль.
1. Учебный процесс. Это главная область использования ИТ. В рамках ее ключевыми проблемами являются обеспечение сетевого неограниченного доступа к учебным материалам, электронное копирование и рассылка документов, доступ к базам данных, электронные публикации, цифровые библиотеки, распространение информации на CD-ROM, интерактивное взаимодействие через скоростные локальные сети, передача голосовой и визуальной информации и многие другие.
2. Научные исследования. Коммуникация с коллегами и исследователями по всему миру: электронная почта, Интернет-конференции, форумы, свободный доступ к научной информации — вот лишь небольшое количество технологических решений, которые позволяют значительно повысить уровень исследовательской работы в университете