Сучасні інформаційні технології/2. Обчислювальна техніка та програмування
Грязнова Г.П.
Національний технічний
університет України “КПІ”
формування
аналітичних навичок у студентів ФІЗИКО-МАТЕМАТИЧНої спеціалізації в процесі
засвоєння засобів вирішення практичних математичних задач за допомогою сучасних
програмних пакетів
Аналіз практичного досвіду та
тенденцій розвитку країни показує постійно зростаючі темпи переміщення
інформаційних потоків, що потребує застосування сучасних засобів обробки та
аналізу даних за допомогою математичних програмних пакетів, таких як Mathcad, Matlab,
Maple, Mathematica та інших.
Вимоги суспільства визначають
спрямованість та детальне наповнення навчальних курсів з інформатики та
програмування, вказують на необхідність постійного оновлення та переробки
робочих програм згідно з розвитком програмної бази.
Даний курс розвиває базові
навички як для майбутніх викладачів з фізики і математики, так і для науковців,
фахівців банківської сфери діяльності, програмістів, аналітиків, тощо. Володіння
сучасними засобами обробки та аналізу даних надає випускнику значні переваги в працевлаштуванні
та вибору власного напрямку подальшого персонального та професійного розвитку.
Враховуючи далекоглядний погляд
на майбутнє молодого спеціаліста, актуальні задачі викладача простягається
ширше, ніж формування обмеженого курсу навчання, а саме до розробки
стратегічного плану підготовки сучасного затребуваного фахівця.
Курс навчання студентів
фізико-математичного факультету включає декілька програм з основ інформатики та
програмування, в яких студентам запропоновано вирішення низки найбільш
актуальних задач з використанням як продуктів компанії Microsoft (Word,
Excel та інші), так і інших математичних пакетів,
наприклад, Mathcad компанії PTC, здійснюючи тенденцію поетапного
ускладнення завдань.
Аналіз досвіду багатьох
викладачів даного напрямку [1] та
потреби суспільства вказують на нагальну необхідність викладання даної
дисципліни студентам, в першу чергу, технічних університетів. Отже метою даної
роботи є узагальнення висновків про засвоєння студентами фізико-математичної
спеціальності навичок роботи з сучасними засобами інформаційних технологій та
необхідність їх застосування та розвитку.
На
початку курсу студентам запропоновано поглиблене знайомство з можливостями MS Word, Excel та
декількох інших продуктів Microsoft Office. На практиці
виявляється, що, незважаючи на поширення комп’ютерної
грамотності серед юнацтва, навіть досвідчені в цій галузі студенти на володіють
більше ніж 30% можливостями наданих продуктів.
Особлива увага приділяється
завданням з курсу обчислювальної математики та деяким задачам з фізики. Подібні
завдання мають бути виконані в MS
Excel та Mathcad, щоб надати можливості студентам порівняти різні
засоби та зробити перевірки результатів.
Mathcad виявляється популярним продуктом завдяки
своїм широким можливостям та нескладному зрозумілому інтерфейсу.
Серед обов’язкових завдань курсу є задачі з вирішення
систем лінійних рівнянь декількома можливими засобами, порівняння їх між собою
та з подібними задачами в MS Excel, знаходження коренів поліномів (рис.1).
Також вирішуються фізичні задачі, проводиться робота з
таблицями даних та побудова графічних зображень функцій з їх подальшим дослідженням
з погляду оптимізації, наприклад,
знаходження максимумів і мінімумів функцій [3-5] , розглядається пошук
локальних екстремумів (рис. 2).
Після
отримання результатів загальної роботи кількох груп студентів наприкінці курсу
можна підкреслити наступні висновки.
Рис. 1. Загальний
вигляд користувальницького інтерфейсу Mathcad.
Рис. 2. Приклади завдань з обчислювальної лінійної алгебри та диференційної геометрії.
По-перше,
робота с подібними пакетами виявляє існуючий рівень знань студентів з різних
розділів математики. Практика показує, що навіть кращі студенти групи, маючи
значну математичну базу, важко здатні
до аналізу отриманих результатів та вибору кращого метода для вирішення
поставленої задачі.
По-друге,
робота по даній навчальній програмі виявляє здібності кожного студента до тієї
чи іншої майбутньої спеціалізації. Студенти, найбільш здатні до програмування,
виявляють найбільшу зацікавленість в засвоєнні нових програмних продуктів та
роблять це швидше за інших.
Але
ті студенти, які найкраще виконують аналітичні задачі, потенційно можуть
займатися науковими розробками в галузі своєї майбутньої спеціалізації.
Взагалі
всі учні, незважаючи на рівень оволодіння матеріалом, наприкінці курсу мають
якнайменш основні практичні навички роботи з програмними продуктами та засвоїли
інформацію про потенційні можливості наданих засобів для своєї подальшої
діяльності.
Затребуваність
освічених фахівців в сучасному суспільстві та темпи розвитку інформаційних
технологій вимагають від викладачів вищих навчальних закладів особливої уваги в
формуванні навчальних програм, дотримуючись загальної мети підготовки
освіченого фахівця.
Література
1. Дьяконов В. П. Mathcad 8-12 для
студентов. М.: СОЛОН-Пресс.- 2005.-
632 c.
2. Дьяконов В. П. Энциклопедия Mathcad
2001i, 11. Библиотека профессионала. М.: Солон-Пресс.- 2004.- 832 с.
3. Поршнев С.В., Беленкова И.В.Численные методы на базе Mathcad– СПб.: HV-Санкт-Петербург, 2005. – 351 с.
4. Амосова О.А., Вестфальский А.Е.Применение
пакета MATHCAD к решению вычислительных задач.– М.: Издательский дом МЭИ, 2007.
– 30 с.
5. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики - М.: Наука, 1966 г. - 664 с.