Оптимизация самообразования средствами коммуникативных и информационных технологий. Монография
.pdfлирования информационных ресурсов, информационного обмена;
–использование специальных формализмов (логиколингвистических моделей) для представления декларативных
ипроцедурных знаний в электронной форме; при этом логи- ко-лингвистическое моделирование резко расширяет возможности решения задач для трудно или совсем неформализуемых областей знаний и сфер деятельности;
–обеспечение прямого (без посредников) доступа к диалоговому режиму при использовании профессиональных языков программирования и средств искусственного интеллекта;
–обеспечение простоты процесса взаимодействия пользователя с компьютером, исключение необходимости регулятивного сопровождения» [119, 120, 117, 138].
Средствами информационных и коммуникационных технологий (средства ИКТ) являются программные, про- граммно-аппаратные и технические устройства, функционирующие на базе микропроцессорной, вычислительной техники, а также современные средства и системы транслирования информации, информационного обмена, обеспечивающие операции по сбору, продуцированию, накоплению, хранению, обработке, передаче информации и дающие возмож-
ность доступа к информационным ресурсам локальных и глобальных компьютерных сетей. К средствам ИКТ относятся ЭВМ, ПЭВМ; комплекты терминального оборудования для ЭВМ всех классов; информационные сети; устройства ввода-вывода информации; средства и устройства манипулирования текстовой, графической, аудиовизуальной информацией; средства архивного хранения больших объемов информации; устройства для преобразования данных из графической или звуковой форм представления данных в цифровую и обратно; системы искусственного интеллекта; системы машинной графики; программные комплексы (языки программирования, трансляторы, компиляторы, операционные
51
системы, пакеты прикладных программ и пр.); современные средства связи, обеспечивающие информационное взаимодействие пользователей как на локальном уровне (например, в рамках одной организации или нескольких организаций), так и глобальном (в рамках всемирной информационной сети Интернет); электронные средства образовательного назначения, реализованные на базе технологий мультимедиа, гипертекста, гипермедиа, телекоммуникации [119, 120, 117, 138].
Внастоящее время в литературе представлены различные подходы к классификации средств ИКТ. Наиболее общей работой, в которой рассматривается классификация средств ИКТ по способу их использования в образовательных целях, является «Информационные технологии в науке
иобразовании» И.В. Роберт и И.П. Самойленко [116], в которой предлагается общая классификация использования ИКТ. ИКТ можно применять в качестве:
– средств обучения;
– средств, совершенствующих процесс преподавания;
– инструмента познания окружающей действительности и самопознания;
– средства развития личности обучаемого;
– объекта изучения в рамках освоения курса информа-
тики;
– информационно-методического обеспечения и управления учебно-воспитательным процессом;
– средства коммуникаций;
– средства автоматизации процесса обработки результатов эксперимента и управления;
– средства автоматизации процесса контроля и коррекции результатов учебной деятельности, тестирования и психодиагностики;
– средств организации интеллектуального досуга.
Вто же время необходимо учитывать технологическую составляющую, в которой представлены три основных направления развития информационных технологий:
52
–развитие универсальных средств информационных технологий (персональные компьютеры, серверы, коммуникационная составляющая информационных технологий);
–миниатюризация существующих средств вычислительной техники на основе универсальных средств информационных технологий;
–создание портативных специализированных вычислительных средств, ориентированных на решение конкретных прикладных задач, получивших в ряде публикаций название «малые средства информационных технологий» [22, 24, 25, 26].
Малые средства информационных технологий – это специализированные вычислительные средства, обладающие встроенным программным обеспечением, рассчитанным на выполнение строго определенного круга задач в конкретной предметной области. Принципиальным отличием малых средств информационных технологий от универсальных (компьютеров) является то, что они рассчитаны на решение только определенного класса вычислительных задач. Вся их электроника предназначена для решения только этих вычислительных задач и не содержит лишней элементной базы. Поэтому малые средства информационных технологий всегда в несколько раз (в некоторых случаях
ипорядков) дешевле универсальных средств (компьютеров),
ипо критерию цена − качество решаемой вычислительной задачи, для которой они созданы, всегда намного эффективнее компьютеров. Примерами таких вычислительных средств являются карманные переводчики, электронные записные книжки, смартфоны, карманные портативные компьютеры (КПК). Примером малых средств информационных технологий, которые можно успешно применять в обучении, являются научные и графические калькуляторы, периферийное и дополнительное оборудование.
Сейчас их сложно назвать калькуляторами в привычном смысле слова, по своим функциональным характеристи-
53
кам некоторые современные калькуляторы превосходят компьютеры 10- и даже 5-летней давности. Скорее их можно назвать математическим микрокомпьютерами или микрокомпьютерами математического назначения.
Малые средства информационных технологий, которые можно успешно применять в обучении:
–научные и графические калькуляторы;
–навигаторы;
–карманные портативные компьютеры и смартфоны. Современные малые средства информационных техно-
логий образовательного назначения ведущих мировых производителей отличаются большими функциональными возможностями.
Одним из основных свойств научных калькуляторов является возможность одновременно отображать на дисплее введенное выражение и результат, а также представлять введенное выражение практически в том же виде, что и в математической литературе, например, учебнике математики. Данные калькуляторы содержат до 240 встроенных математических функций и до 40 научных констант. Позволяют производить вычисления с обыкновенными и десятичными дробями, степенями и корнями любого порядка, тригонометрическими, логарифмическим, показательными, гиперболическими и обратными гиперболическими функциями. Находить численное решение квадратных и кубических уравнений, численное решение систем линейных уравнений до 3-х неизвестных. Вычислять дифференциалы и интегралы. Содержат режим анализа функций и графических решений. Позволяют производить операции с комплексными числами и их тригонометрическим представлением, а также операции с векторами и матрицами. Имеют встроенный режим таблиц, который позволяет производить расчет значений x, f(x) по заданной функции и представлять результат в табличной форме.
54
Графические модели калькуляторов имеют большой жидкокристаллический дисплей и все основные элементы интерфейса компьютера. Обладают встроенным программным обеспечением и несколькими режимами работы: вычислительный (режим «ручных» вычислений), статистический, графический, электронных таблиц, программирования, финансовый, интерактивных заданий и презентаций и т.п. в зависимости от модели калькулятора.
Режим вычислений обладает всеми вышеперечисленными вычислительными возможностями научных калькуляторов. В дополнение к этому позволяет находить первую
ивторую производные, интегрировать, проводить вычисления в шестнадцатеричной, восьмеричной и двоичной системах счисления. Возможность ввода реальных и комплексных чисел, расчетных до точности с 14 цифрами и отображенный с 10 цифрами плюс экспонента с 2 цифрами, позволяет хранить и анализировать до 10 матриц.
Встроенный режим решения уравнений позволяет находить корни квадратных и кубических уравнений, систем линейных уравнений до шести неизвестных, произвольных уравнений методом ограниченного подбора.
Кстатистическим возможностям графических калькуляторов относятся статистический анализ списков с одной
идвумя переменными, регрессионные вычисления, построение статистических графиков (точечный и линейный, гистограммы, блочные графики нормального распределения, ломаная линия), построение графиков статистической регрессии (линейный, в том числе при наличии экстремальных значений, квадратный, кубический, 4-й степени, экспоненциальный, степенной, синусоидальный, логический), позволяет проводить сложные статистические вычисления (включая испытание гипотезы и вычисление интервалов веры).
Графические возможности данных калькуляторов позволяют проводить построения графиков функций в прямо-
55
угольных и полярных координатах, графиков параметрических функций и заданных в виде неравенств. Строить динамические и конические графики, а также графики рекурсий. Исследовать функции для нахождения максимума и минимума, точек пересечения графика функции с осями координат, точек пересечения двух графиков. Одновременно отображать график функции и таблицы значений функции. Обладают возможностью нанесения линий, точек и других геометрических фигур на график. Позволяют находить графические решения (корни, максимум, минимум, пересечения, интеграл), производить циклический сдвиг в реальном масштабе времени трехмерных поверхностей и графиков.
Режим интерактивных заданий и презентаций позволяет создавать текстовые задания с интерактивными вставками основных режимов, а также обладает возможностью внешней загрузки заданий и их сохранением.
Режим таблиц синхронизирован с MS Excel. В графических калькуляторах имеется встроенный язык программирования высокого уровня, аналогичный Бейсик или Паскаль. Каталог встроенных функций обеспечивает распечатки синтаксиса для каждой команды и функции. Таким образом, современные графические калькуляторы называют «калькулятором» лишь в силу привычки. Фактически же он является математическим микрокомпьютером.
Графические калькуляторы посредством USB-интер- фейса могут соединяться с компьютером, к ним можно подключать различное проекционное оборудование – мультимедиапроекторы и жидкокристаллическую панель, разработанную CASIO для проецирования изображения с помощью кодоскопа. К ним можно через специальное устройство – измерительный блок стыковывать датчики и они превращаются в мини-физическую лабораторию. Измерительный блок подключается к калькулятору через стандартный USB-порт или «трехконтактный разъем». Измерительный блок представляет собой универсальный многоканальный аналогово-циф-
56
ровой и цифро-аналоговый преобразователь, предназначенный для работы с несколькими (одновременно до 4-х) датчиками физических величин, подключаемыми к его разъемам. Измерительный блок работает под управлением калькулятора, результаты измерений накапливаются во внутреннем запоминающем устройстве и передаются по прилагаемому кабелю в устройство отображения информации (графический калькулятор), где могут отображаться как на графике, так и в численном виде в режиме реального времени, причем возможно и отсроченное отображение.
Графический калькулятор имеет большой объем внутренней памяти – более 250 тысяч результатов, сохраняемых при отключении питания. Возможность одновременной работы с несколькими калькуляторами (до 7 штук, плюс один «главный») позволяет участвовать в сеансе измерений группе до восьми человек, обрабатывающих результаты измерений по индивидуальным программам. Наличие дополнительных входов: кроме 4-х разъемов предусмотрен вход для подключения источника переменного напряжения (микрофонный), возможно использование встроенного микрофона, подключение через стандартный разъем до 8 цифровых сигналов. Внутренний цифро-аналоговый преобразователь позволяет выводить сформированные сигналы на один из разъемов и на встроенный/внешний громкоговоритель. Возможно цифровое управление работой от параллельного порта стандартного компьютера.
Если не вдаваться в технические подробности, комплект из измерительного блока и графического калькулятора представляет собой универсальный измерительный комплекс, который может измерять и отображать на экране в режиме реального времени – непосредственно во время опыта – поведение трех одновременно изменяющихся физических величин. Причем время подготовки оборудования – от включения до, например, построения графиков функций
57
или выполнения лабораторных опытов составляет несколько секунд, что намного быстрее компьютера.
Большим достоинством современных графических калькуляторов является постоянное обновление программного обеспечения, которое можно получить с сайта производителя для установки. Существует также компьютерное приложение калькулятора – эмулятор калькулятора. Это программа, которая воспроизводит внешний вид калькулятора
ивсе его функции.
Внастоящее время разработаны калькуляторы нового поколения, например, такие, как ClassPad 300 фирмы Casio
или Voyage 200 фирмы Texas Instruments, специально предназначенные для изучения математических дисциплин. В комплекте с этим калькулятором поставляются несколько приложений для изучения основных разделов алгебры, геометрии, математического анализа, статистики и других разделов математики.
Программы позволяют использовать естественное представление математических формул, в том числе дробей, дифференциалов, интегралов, пределов и других выражений. В калькуляторе предусмотрены средства для построения двухмерных и трёхмерных графиков, которые можно вращать и масштабировать. Калькулятор позволяет решать геометрические задачи, вести статистические расчёты, работать с табличными данными, проводить аналитическое и числовое решение дифференциальных уравнений, вычисление собственных значений и собственных векторов. Предусмотрена возможность создавать записи, одновременно содержащие графики, формулы и текст, а также проводить презентации. Существует возможность создания пользовательских программ. Аппаратно реализована поддержка кириллицы.
Навигатор – это прибор, который посредством обмена информацией с навигационным спутником показывает на экране местонахождение пользователя, а также позволяет проложить более удобный маршрут, запомнить уже прой-
58
денный путь или же зафиксировать в памяти определенную точку на карте.
Портативный навигатор – это практичный карманный GPS приемник, созданный для того, чтобы его можно было использовать в любых погодных условиях – будь то снег или дождь, мороз или жгучее солнце. В навигаторах имеются барометрический альтиметр и магнитный компас. С помощью барометрического альтиметра можно измерять атмосферное давление, создавать график изменения давления на протяжении 12 часов и определять высоту пользователя относительно уровня моря с точностью до трех метров. Магнитный компас – лучший спутник каждого путешественника и незаменимый помощник для определения магнитного азимута. Погрешность измерений, проведенных не в движении, а на месте составляет всего 2 градуса. Навигаторы поддерживают работу с маршрутизированными картами, морскую картографию, а также подробные карты населенных пунктов и автоматическую прокладку маршрута, причем, учитывая большую емкость памяти, таких карт можно загрузить довольно много. Навигатор способен автоматически прокладывать требуемые маршруты. Также в функциях навигатора есть информационные таблицы об условиях рыбалки и охоты, положениях Солнца и Луны. Звуковой сигнал может оповестить о приближении к заданной точке, об отклонении от курса и дрейфа от места стоянки. Еще фиксируются скорость (текущая, средняя и максимальная), время в пути и время остановок. Питание навигатора осуществляется двумя пальчиковыми элементами, а продолжительность работы с ними довольно велика – до 30 часов.
Карманный портативный компьютер (КПК, наладонник, палмтоп) – это название класса малых средств информационных технологий, которые объединяют в себе функции компьютера, телефона и органайзера. КПК, как и стационарные компьютеры, управляются микропроцессорами. Процессор – это мозг наладонника, он координирует все функции
59
устройства соответственно запрограммированным инструкциям. Но в отличие от компьютеров, КПК используют меньшие и более дешевые процессоры. Несмотря на то, что эти процессоры медленнее своих компьютерных двойников, они соответствуют задачам, которые выполняются на КПК. Маленький размер и небольшая цена компенсируют относительно низкую производительность.
КПК не имеют жесткого диска. Базовые программы (адресная книга, календарь, операционная система и т.д.) хранятся в области постоянной неперезаписываемой памяти, которая остается работоспособной, даже когда устройство выключено. Пользовательские данные и сторонние программы расположены в энергозависимой оперативной памяти либо на энергонезависимых флэш-картах. Оперативная память доступна только тогда, когда устройство включено. Она используется и для работы программ как ОЗУ стандартного компьютера, и для хранения пользовательских данных. КПК безопасно хранит данные в оперативной памяти, так как даже когда устройство выключено, чип памяти все равно получает необходимую энергию от батареи.
Операционная система содержит предопределенные инструкции, которые сообщают, что делать процессору. Операционные системы КПК обслуживают меньше операций, что требует меньшего объема памяти. КПК, коммуникаторы и смартфоны обычно оснащены одной из двух опера-
ционных систем: Palm OS или Windows Mobile.
КПК оснащены жидкокристаллическим экраном. В отличие от ЖК-экрана стационарного ПК или ноутбука, которые используются только для вывода, экран КПК также является и устройством ввода информации. КПК различаются способом ввода информации и команд. Некоторые устройства используют стилус и сенсорный экран в комбинации с программой распознавания рукописного текста. Используя гибкий пластик, можно рисовать символы на экране устрой-
60