Роль информационных технологий в науке. Основы использования информационных технологий в науке
Введение
Роль информации в истории развития цивилизации. Основные виды информации. Глобальный характер информатизации общества.
Информационное общество. Проблема преодоления цифрового неравенства. Государственная политика в области формирования информационного общества. Роль науки и образования в формировании общества знаний.
Цель и задачи курса.
Раздел 1. РАЗВИТИЕ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ
В УСЛОВИЯХ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБЩЕСТВА
Тема 1. Наука в информационном обществе
Научное познание. Научная информация: специфика, атрибуты. Открытый обмен научной информацией как условие перехода к обществу знаний. Перспективы формирования открытой науки за счет интернационального использования научного знания в эпоху глобализации.
Научная картина мира в информационной парадигме. Развитие информационных наук.
Информатика как наука. Философские проблемы информатики.
Синергетический подход в информатике и кибернетике. Информационная и кибернетическая эпистемология.
WorldWideWeb как результат развития фундаментальных и прикладных научных исследований.
Тема 2. Формирование единого информационно-образовательного пространства
Единое информационное образовательное пространство: понятие, структура, модели построения. Проблемы формирования информационного образовательного пространства в масштабах учебного заведения, территории, государства, на межгосударственном уровне.
Компьютерные сети как основа формирования информационного образовательного пространства. Интернет. Интранет.
Аппаратные и программные средства ИКТ: типология, назначение, условия применения в науке и образовании.
Тема 3. Информационные технологии: общая характеристика
Основные понятия информационных технологий. Основные компоненты информационных технологий. Направления развития информационных технологий.
Базы данных, базы знаний, электронные библиотеки, экспертные системы, интеллектуальные информационные системы. Формирование и возможности использования в научно-исследовательской и образовательной деятельности.
Информационные системы: основные понятия. Виды информационных систем. Функции информационных систем. Интегрированные информационные системы. Обеспечение АИС. Обзор АИС в прикладных областях.
Тема 4. Информационная безопасность
Информационная безопасность. Психическое и физическое здоровье при работе за компьютером. Социальный, эмоциональный и личностный аспекты занятий на компьютере.
Информационная этика и правовые аспекты защиты информации. Безопасность в Интернете. Технологии и средства защиты информации от разрушения и несанкционированного доступа. Компьютерные вирусы и средства защиты.
Особенности информационных правоотношений в Интернете. Авторское право и Интернет. Регистрация объектов интеллектуальной собственности. Проблемы плагиата.
Раздел 2. ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ В НАУКЕ
Тема 5. Направления использования компьютерных технологий
в научных исследованиях
Применение информационно-коммуникационных технологий в процессах сбора научной информации, обработки результатов исследований, интерпретации и представления результатов.
Электронная научная публикация. Регистрация объектов интеллектуальной собственности средствами Интернета.
Поиск научной информации в электронных информационных ресурсах.
Управление научно-исследовательской работой.
Организация научных коммуникаций на базе информационно-коммуникацион-
ных технологий. Виртуальные группы научного общения.
Корпоративные научные проекты. Грантовая поддержка научных исследований.
Тема 6. Компьютерные технологии как инструмент научного познания
Специфические программные средства сбора и обработки социологической информации (опросники, математическая обработка); проектирования (IDEF-технологии); моделирования (3D-Max, математические модели); научной аналитики: мониторинга, прогнозирования, диагностики (Datamaining).
Географические информационные системы. Системы искусственного интеллекта. Системы виртуальной реальности. Компьютерный эксперимент (симуляции).
Гипертекстовые технологии в работе исследователя. Мультимедиатехнологии моделирования исследуемых процессов.
Сервисы Интернета для определения качества и продуктивности научных исследований. Вебометрия. Индексы цитирования.
Раздел 3. ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ
Тема 7. Теоретико-методологические основания информатизации
образовательной деятельности
Направления информатизации профессионального образования. Применение компьютерной техники в образовании. Компьютер как средство обучения. Роль преподавателя в процессе обучения с использованием компьютеров.
Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Классификация и характеристика компьютерных программных средств обучения.
Мультимедиа в образовательной деятельности вуза.
Проектная образовательная деятельность. Социальные сервисы Интернета как средство обучения и формирования профессионального информационного пространства. Интеллектуальные информационные технологии в образовательной деятельности.
Информационные технологии и тифлотехника.
Тема 8. Информационно-коммуникационные технологии
как средство обучения
Основные виды технических средств обучения и их характеристика. Психолого-педагогические основы применения технических средств обучения и воспитания. Методика использования технических средств обучения в учебно-воспитательном процессе. Социальное взаимодействие и сетевое обучение.
Электронные учебные издания: классификация, назначение, потребительские свойства, требования к использованию.
Компьютерные обучающие системы. Основные принципы информационных технологий обучения. Типы обучающих программ. Компьютерное моделирование
в обучении. Программы специального назначения для преподавателя. Разработка обучающих программ. Проблемы и перспективы.
Технология компьютерного тестирования. Компьютерное тестирование как пример контролирующей программы. Технология проектирования компьютерных тестов предметной области. Перспективные исследования в области создания контролирующих программ.
Технологии дистанционного образования. Понятие о дистанционном обучении
с использованием глобальных компьютерных сетей. Основные принципы дистанционного обучения. Тьютор в системе дистанционного образования.
Тема 9. Информационно-коммуникационные технологии как предмет изучения
Преемственность содержания курсов информатики на разных уровнях обучения (школьное – среднее специальное – высшее – поствузовское образование).
Тема 10. Автоматизация управления образовательной деятельностью
Компьютер в управлении учебным заведением. Автоматизированные рабочие места. Автоматизированные системы управления (АСУ) образовательным учреждением. Модульный принцип построения АСУ.
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.
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.
Основные направления рационального применения ИТ в научных исследованиях: 1. Сбор, хранение, поиск и выдача научно-технической информации (НТИ). 2. Подготовка программ научных исследований (НИ), подбор оборудования и экспериментальных устройств. 3. Математические расчеты. 4. Решение интеллектуально-логических задач. 5. Моделирование объектов и процессов. 6. Управление экспериментальными установками. 7. Регистрация и ввод в ЭВМ экспериментальных данных. 8. Обработка одномерных и многомерных (изображения) сигналов. 9. Обобщение и оценка результатов НИ. 10. Оформление и представление итогов НИ. 11. Управление научно-исследовательскими работами (НИР).
ИТ НА ЭТАПЕ СБОРА И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ Целью данного этапа является получение ответов на следующие вопросы: 1. Какие авторы или научные группы занимаются аналогичной темой? 2. Каковы известные решения по исследуемой теме? 3. Какими известными методами и средствами решаются исследуемые проблемы? 4. Каковы недостатки известных решений и какими путями их пытаются преодолеть? Углубленное изучение информации по предмету исследования позволяет исключить риск ненужных затрат времени на уже решенную проблему, детально изучить весь круг вопросов по исследуемой теме и найти научно- техническое решение, отвечающее высокому уровню. Основным источником информации являются научные документы, которые по способу представления могут быть текстовыми, графическими, аудиовизуальными и машиночитаемыми.
НАУЧНЫЕ ДОКУМЕНТЫ ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ НА первичные и вторичные, опубликованные и неопубликованные. Первичные документы – это книги, брошюры, периодические издания (журналы, труды), научно-технические документы (стандарты, методические указания). Важное значение здесь имеет также патентная документация (издания, содержащие сведения об открытиях, изобретениях и т.п.); К неопубликованным первичным документам относятся: науч-ные отчеты, диссертации, депонированные рукописи и т.п.; Вторичные документы содержат краткую обобщенную информацию из одного или нескольких первичных документов: справочники, реферативные издания, библиографические указатели и т.п.
СПОСОБЫ СБОРА И ОБРАБОТКИ НТИ анкетирование, собеседование, экспертный опрос и т.д., работа с научно-техническими документами, которая включает поиск, ознакомление, проработку документов и систематизацию информации. Поиск выполняется по каталогам, реферативным и библиографическим изданиям. Автоматизация этой процедуры обеспечивается использованием специализированных информационно-поисковых систем (ИПС) библиотек и научно-исследовательских институтов (НИИ), электронных каталогов, поиском в машиночитаемых (БД), а также с помощью программ поиска в Internet.
ПУТИ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ работа с литературным материалом; запросы в организации-держатели информации (государственные и общественные образовательные организации); привлечение к работе консультантов или экспертов; поиск информации в автоматизированных информационных системах; поиск в ресурсах компьютерных сетей; собственные наблюдения. Информационный поиск может быть – адресный (по формальным признакам); – семантический (по смыслу, содержанию); – документальный; – фактографический и др.
КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННО- ПОИСКОВЫХ СИСТЕМ документальные, позволяющие работать с полными текстами или адресами документов; фактографические, которые выдают необходимые сведения из имеющихся документов; информационно-логические (интеллектуальные) представляют информацию, полученную в результате логического поиска и целенаправленного выбора в автоматизированном режиме. При наличии в БД полных текстов документов названные средства и позволяют реализовывать процедуру ознакомления. Часто для этого вполне достаточны рефераты или аннотации документов. Трудоемкость организации табличных БД можно существенно уменьшить с использованием систем оптического распознавания (например, FineReader), обеспечивающих обработку сканированных документов и их экспорт в БД.
ИТ В ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ Объем ТИ зависит от специфики и сложности проблемы. В общем случае может включать этапы: 1. Постановка задачи, где определяются цели исследования, наиболее эффективные пути реализации. Иногда формируется гипотеза, предварительно объясняющая явление. 2. Разработка модели процесса функционирования изучаемого объекта. В ТИ обычно используются математические, информационные или логические модели явления. 3. Выбор методов построения модели и их проверка. 4. Разработка алгоритмов и программных средств реализации моделей. 5. Выполнение математических расчетов или обработка информационных алгоритмов. 6. Анализ полученных результатов с помощью логических рассуждений и выводов, формулирование результатов исследований.
ИТ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ Наиболее часто ВТ используют в проведении математических расчетов. ПО для данного направления условно делится на следующие категории: 1. Библиотеки программ для численного анализа, которые также делятся на библиотеки общего назначения (пакеты SSP, NAG) и узко специализи-рованные пакеты, ориентированные на решение определенного класса задач (MicroWay – матрицы, преобразование Фурье). 2. Специализированные системы для математических расчетов и графического манипулирования данными и представления результатов (Phaser - дифференциальные уравнения, Statgraf – статистический анализ), Eureca, Statistica. 3. Диалоговые системы математических вычислений с декларативными языками, позволяющими формулировать задачи естественным образом (MuMath, Reduce, MathCad, Matlab, Mathematica). 4. Электронные таблицы (ЭТ), которые позволяют выполнять различные расчеты с данными, представленными в табличной форме (Supercalc, Quattro Pro, Excel).
ИТ В НАУЧНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ, МОДЕЛИРОВАНИИ И ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НИ Основные задачи экспериментальных исследований (ЭИ): 1. Целенаправленное наблюдение за функционированием объекта для углубленного изучения его свойств. 2. Проверка справедливости рабочих гипотез для разработки на этой основе теории явлений. 3. Установление зависимости различных факторов, характеризующих явление, для последующего использования найденных зависимостей в проектировании или управлении исследуемыми объектами. ЭИ включают этапы подготовки эксперимента, проведения исследований и обработки результатов.
ОПИСАНИЕ ЭТАПОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ На подготовительном этапе определяются цели и задачи ЭИ, разрабатываются методика и программа его выполнения. Этот этап включает также подбор необходимого оборудования и средств измерений. При разработке программы ЭИ стремятся к меньшему объему и трудоемкости работ, упрощению эксперимента без потери точности и достоверности результатов. В этой связи данный этап ЭИ требует решения задачи определения минимального числа опытов (измерений), наиболее эффективно охватывающего область возможного взаимодействия влияющих факторов и обеспечивающего получения их достоверной зависимости. Данная задача решается средствами раздела математической статистики – планирование эксперимента, который представляет необходимые методы для рациональной организации измерений, подверженных случайным ошибкам.
ОПИСАНИЕ ЭТАПОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Этап проведения собственно исследований определяется спецификой изучае-мого объекта. По характеру взаимодействия средств эксперимента с объек-том различают обычные и модельные ЭИ. В первом, взаимодействие оказы-вается непосредственно на объект, во втором – на заменяющую его модель. Метод моделирования объектов и процессов является основным в научном эксперименте. Различают: Физическое моделирование выполняется на специальных установках. ВТ используются для управления процессом эксперимента, сбора регистрационных данных и их обработки. Для аналогового моделирования используются аналоговые вычислительные машины, что позволяет создавать и исследовать модели-аналоги, которые могут описываться одинаковыми диф. уравнениями с исследуемым процессом. Математическое моделирование включает исследования не только с помощью чисто математических моделей. Здесь используются также информационные, логические, имитационные и другие модели и их комбинации.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ целесообразно использовать ПС, разработанные специалистами с использованием последних достижений прикладной математики и программирования. Возможности современных ПС, в части машинной графики, включая параметризацию, использование способов фрактала, цветовой динамики, мультипликации и т.п., обеспечивают достаточную наглядность результатов. Наиболее широкое применение находит ВТ для: логического, функционального и структурного моделирования электронных схем; моделирования и синтеза систем автоматического управления; моделирования механических и тепловых режимов конструкций, механики газов и жидкостей. При этом используются сотни функционально-ориентированных ПС (например, MICRO - Logic, ANSYS, DesignLAB), так и системы универ-сального применения (ЭТ – Excel, QuattroPro, система MathCad).
ИТ В ОФОРМЛЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ НИ Результаты НИ могут быть представлены в виде отчета, доклада, статьи и т.п., в оформлении которых в настоящее время широко используются средства ВТ. Процесс создания научного документа включает: 1. Подготовку текстовой части, содержащей формулы и спецсимволы. 2. Формирование таблиц и их графическое отображение. 3. Подготовку иллюстраций в виде схем, рисунков, чертежей, графиков, диаграмм. 4. Грамматический и лексический контроль. 5. Импорт рисунков и графических изображений из других систем. 6. Прямой и обратный переводы. 7. Форматирование документа и печать.
ПС ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАУЧНЫХ ТЕКСТОВ кроме текстовых редакторов используются: 1. Для формирования табличной информации – средства ЭТ (Excel, QuattroPro) с использованием возможностей графического отображения. 2. Для создания сложных графических иллюстраций – системы деловой графики (Corel Draw) и геометрического моделирования (AutoCAD). 3. Для эффективного грамматического контроля текста – специализированные системы типа Orfo, Lingvo Corrector, Propis. 4. Для создания фотоизображения – средства оптического распознавания, средства редактирования и цифровую фотографию (FineReader, Adobe Photoshop и т.п.). 5. Для автоматизированного перевода – системы Prompt, Socrat.
НАПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО СОЗДАНИЯ ДОКУМЕНТОВ 1. Применение интегрированных программных систем, обеспечивающих в рамках одной системы создание текста, таблиц, графиков (Framework, Works). 2. Использование комплексов взаимосвязанных программ в рамках одной операционной оболочки (MS Office включает самостоятельные ПС Word, Excel и др., имеющие механизм эффективного обмена данными). 3. Гиперсреды и мультимедийные системы.
ПРИОРИТЕТНЫЕ НАУЧНЫЕ СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СЕТЕВЫХ ИТ область экологии, охраны окружающей среды, медицины, биологии связаны с методами оценки параметров окружающей среды, методами анализа и прогнозирования катастроф, технологиями оценки риска экологически опасных производств, анализа прогнозирования и принятия решений в связи с чрезвычайными ситуациями, системами проектирования экологического оборудования, системами диагностики и принятия решений в медицине и биологии (в т.ч. телемедицины)
Известно, что наука - это сфера деятельности, направленная на получение новых знаний, которая реализуется с помощью научных исследований (НИ).
Целью НИ является изучение определенных свойств объекта (процесса, явления) и на этой основе разработка теории или получение необходимых для практики обобщенных выводов.
По целевому назначению НИ делят на фундаментальные, прикладные и разработки.
Фундаментальные (ФНИ) связаны с изучением новых явлений и законов природы, с созданием новых принципов исследований (физика, математика, биология, химия и т.д.).
Прикладные исследования (ПНИ) - это нахождение способов использования законов природы и научных знаний, полученных в ФНИ, в практической деятельности человека.
Разработки - это процесс создания новой техники, систем, материалов и технологий, включающий подготовку документов для внедрения в практику результатов ПНИ.
Реализация целей НИ выполняется на основе методов. Метод - это способ достижения цели, программа построения и применения теории. Методы научных исследований делят на следующие группы: эмпирические, экспериментальные и теоретические. Особую группу составляют методы научно - технического творчества (НТТ).
Эмпирические исследования выполняются с целью накопления систематической информации о процессе. При этом используются методы: наблюдение, регистрация, измерение, анкетный опрос, тесты, экспертный анализ.
Экспериментальный уровень НИ - это изучение свойств объекта по определенной программе.
Теоретические исследования проводятся с целью разработки новых методов решения научно-технических задач, обобщения и объяснения эмпирических и экспериментальных данных, выявления общих закономерностей и их формализации.
На двух последних уровнях используются методы моделирования, методы анализа и синтеза, логические построения (предположения, умозаключения), аналогии, идеализации.
В НТТ используются как названные общенаучные методы, так и эвристические приемы эффективного решения творческих задач, способствующие наиболее быстрому нахождению решения (озарению), т.е. разного рода оригинальные находки.
Рациональная организация НИР строится с использованием принципов системного подхода и схематично может быть представлена следующим образом: сбор и обработка эмпирической научно-технической информации (результаты эмпирических исследований подвергаются теоретическому анализу и экспериментальной проверке), затем с помощью различных методов проводится обработка результатов, моделирование различных процессов, интерпретация и т.д., завершает процесс оформление, представление и публикация результатов. Эти результаты представляют собой новую информацию, которая становится доступна широкому кругу исследователей.
Исходя из задач НИ и порядка их реализации, можно определить следующие основные направления рационального применения информационных технологий в научных исследованиях:
1. Сбор, хранение, поиск и выдача научно-технической информации (НТИ).
2. Подготовка программ НИ, подбор оборудования и экспериментальных устройств.
3. Математические расчеты.
4. Решение интеллектуально - логических задач.
5. Моделирование объектов и процессов.
6. Управление экспериментальными установками.
7. Регистрация и ввод в ЭВМ экспериментальных данных.
8. Обработка одномерных и многомерных (изображения) сигналов.
9. Обобщение и оценка результатов НИ.
10. Оформление и представление итогов НИ.
11. Управление научно-исследовательскими работами (НИР).
Наиболее эффективно, когда эти задачи реализуются в рамках автоматизированных систем научных исследований (АСНИ).
При системном подходе НИ начинаются со сбора и предварительной обработки НТИ по теме исследования. Эта информация может включать сведения о достижениях в исследуемой области, об оригинальных идеях, об открытых эффектах, научных разработках, технических решениях и т.д.
Целью данного этапа является получение ответов на следующие вопросы:
2. Каковы известные решения по исследуемой теме?
3. Какими известными методами и средствами решаются исследуемые проблемы?
4. Каковы недостатки известных решений и какими путями их пытаются преодолеть?
Углубленное изучение информации по предмету исследования позволяет исключить риск ненужных затрат времени на уже решенную проблему, детально изучить весь круг вопросов по исследуемой теме и найти научно - техническое решение, отвечающее высокому уровню.
Основным источником информации являются научные документы, которые по способу представления могут быть текстовыми, графическими, аудиовизуальными и машиночитаемыми.
Научные документы подразделяются на первичные и вторичные, опубликованные и неопубликованные.
Первичные документы - это книги, брошюры, периодические издания (журналы, труды), научно-технические документы (стандарты, методические указания). Важное значение здесь имеет также патентная документация, под которой подразумеваются издания, содержащие сведения об открытиях, изобретениях и т.п.
Вторичные документы содержат краткую обобщенную информацию из одного или нескольких первичных документов: справочники, реферативные издания, библиографические указатели и т.п.
Сбор и обработка НТИ может быть выполнена следующими способами:
Анкетирование, собеседование, экспертный опрос и т.д., но основой является
Работа с научно-техническими документами, которая включает поиск, ознакомление, проработку документов и систематизацию информации.
Поиск выполняется по каталогам, реферативным и библиографическим изданиям. Автоматизация этой процедуры обеспечивается использованием специализированных информационно-поисковых систем (ИПС) библиотек и научно-исследовательских институтов (НИИ), электронных каталогов, поиском в машиночитаемых базах данных (БД), а также с помощью программ поиска в сетях Internet .
Необходимо иметь в виду, что ИПС делятся на:
Документальные, позволяющие работать с полными текстами или адресами документов;
Фактографические, которые выдают необходимые сведения из имеющихся документов;
Информационно-логические (интеллектуальные) представляют информацию, полученную в результате логического поиска и целенаправленного выбора в автоматизированном режиме.
При наличии в БД полных текстов документов названные средства и позволяют реализовывать процедуру ознакомления. Часто для этого вполне достаточны рефераты или аннотации документов.
В проработке и автоматизации НТИ преобладают такие операции, как:
Формирование выписок - создание картотеки;
Извлечение фрагментов документов с помощью средств текстовых редакторов;
Создание гипертекстовых документов (структурированных).
Создание локальных (по проблеме) БД и баз знаний (БЗ).
Таким образом, применение информационных технологий способствуют повышению эффективности научного исследования на всех его этапах (снижают некоторые ресурсные затраты, позволяют реализовать удаленный доступ к документам, автоматизировать часть операций). Кроме того, информационные технологии обеспечивают точность регистрации данных, а в некоторых случаях расширяют список самих данных, возможных к регистрации. Некоторые направления научных исследований вообще не могут существовать без соответствующих технологий (например, компьютерного моделирования).
Похожая информация.
