Информационные технологии в науке и образовании


ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

серия основана в 1 996 г.



Е.Л. Федотова, А.А. Федотов



ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ


            УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ


Рекомендовано Учебно-методическим советом ВО в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по УГСН 44.03.00 «Образование и педагогические науки» (квалификация (степень) «бакалавр»)




Электронно-


            znanium.com



Москва
ИД «ФОРУМ» — ИНФРА-М
2021

УДК 004(075.8)
ББК 32.973я73
      Ф34

      Рецензенты:
         Лисов О.И. — доктор технических наук, профессор кафедры «Прикладная информатика» Московского областного филиала Санкт-Петербургского Гуманитарного университета профсоюзов Института искусств и информационных технологий;
         Круглова Л.Ю. — доктор педагогических наук, директор центра образования № 2045;
         Барышев А.В. — кандидат технических наук, доцент кафедры «Прикладная информатика» Московского областного филиала Санкт-Петербургского Гуманитарного университета профсоюзов Института искусств и информационных технологий

      Федотова Е.Л.
Ф34 Информационные технологии в науке и образовании : учебное пособие / Е.Л. Федотова, А.А. Федотов. — Москва : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2021. — 335 с. — (Высшее образование).

         ISBN 978-5-8199-0884-6 (ИД «ФОРУМ»)
         ISBN 978-5-16-015158-8 (ИНФРА-М, print)
         ISBN 978-5-16-107660-6 (ИНФРА-М, online)

         Учебное пособие посвящено проблеме информатизации образования. Рассмотрены основные методологические научные принципы, информационно-педагогическая картина мира, информационные технологии научных исследований, информационные технологии в науке и образовании, основные направления развития современных информационных технологий. Читатели могут ознакомиться с теоретическими основами информатики, информационных технологий и систем.
         Для студентов высших учебных заведений, изучающих дисциплины «Информационные технологии», «Информационные технологии в профессиональной деятельности», «Информационные технологии в науке и образовании», обучающихся по программе подготовки бакалавров и магистров по направлениям «Информатика и вычислительная техника» и «Педагогика», а также для аспирантов, преподавателей и специалистов в данной области.

УДК 004(075.8)
ББК 32.973я73





ISBN 978-5-8199-0884-6 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-015158-8 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-107660-6 (ИНФРА-М, online)


© Федотова Е.Л., Федотов А.А.
   2013
© ИД «ФОРУМ», 2013

                Предисловие








   Основными ценностями информационного общества, ориентированного на широкое использование новейших информационных технологий, становятся знания, квалификация, самостоятельность мышления, умение оперативно работать с информацией и принимать аргументированные решения, осведомленность не только в узкой профессиональной области, но и в смежных областях. Умение мыслить самостоятельно, опираясь на знания, опыт, ценятся значительно выше, чем просто эрудиция, обладание широким спектром знаний без умения применять эти знания для решения конкретных задач.
   В рамках VI Международной научной конференции «Европа и современная Россия. Интегративная функция педагогической науки в едином образовательном пространстве»¹, проведенной 19—20 августа 2009 г. в г. Римини, обсуждались теоретико-методологические и технологические подходы к модернизации российского высшего профессионального образования, сопряженной с интеграцией России в европейское образовательное пространство, а также аксиологические ориентиры современной образовательной политики в области высшего профессионального образования.
   Кардинальные изменения в политической, социальной, культурной, экономической и информационной жизни страны обусловили появление принципиально новой социально-педагогической ситуации, требующей переключения всех звеньев системы образования на новые стратегию, теорию, методологию и технологию осуществления педагогического процесса. В данном контексте важнейшей задачей современного образования является рационализация интеллектуальной деятельности за счет исполь- * VI

   ¹ Европа и современная Россия. Интегративная функция педагогической науки в едином образовательном пространстве: Материалы

VI Международной научной конференции, 19—20 августа 2009 г., г. Римини. М.: МАНПО, 2009.

Предисловие

зования новых информационно-компьютерных технологий и средств, позволяющих радикально повысить эффективность и качество подготовки специалиста.
   В настоящее время изменения, происходящие как в общественной жизни, так и в сознании людей, способствуют появлению в сфере образования идей, концепций, документов, в которых отражается понимание радикального характера происходящих перемен, понимание жизненной необходимости инновационных решений в области компьютеризации образования.
   Проблема организации учебного процесса с использованием современных педагогических и информационных технологий является одной из самых острых в системе современного образования. Это объясняется несколькими причинами:
   • смена парадигмы образования (со знаниецентристской на гуманистическую, природосообразную) требует, естественно, пересмотра всей системы обучения: его целей, содержания, методов, организационных форм и средств. В настоящее время речь идет о функциональной грамотности. В связи с этим наиболее остро ставится вопрос об овладении современными педагогическими технологиями и программами, отражающими принципы новой концепции обучения;
   • педагогические высшие учебные заведения и институты повышения квалификации не всегда располагают достаточно квалифицированными кадрами для организации специальных курсов и соответствующей технической базой для разработки программ обучения;
   • проблема овладения современными педагогическими технологиями не нашла должного отражения в материалах исследований в сфере образования.
   В Национальном докладе Российской Федерации «Система образования России», представленном на 4—7-й сессиях Международной конференции по образованию, были определены основные направления развития образования в России на фоне мировых тенденций:
   • «ускорение темпов развития общества и, как следствие, необходимость подготовки людей к жизни в быстро меняющихся условиях;
   • переход к постиндустриальному, информационному обществу, значительное расширение масштабов межкультурного взаимодействия, в связи с чем особую важность приобретают факторы коммуникабельности и толерантности;

Предисловие

5

   • демократизация общества, расширение возможностей политического и социального выбора, что вызывает необходимость повышения уровня готовности граждан к такому выбору; динамичное развитие экономики, рост конкуренции, сокращение сферы неквалифицированного и малоквалифицированного труда; глубокие структурные изменения в сфере занятости, определяющие постоянную потребность в повышении профессиональной квалификации и переподготовке работников, росте их профессиональной мобильности;
   • рост значения человеческого капитала, что обусловливает необходимость интенсивного опережающего развития образования как молодежи, так и взрослого населения»¹.
   Цель данного учебного пособия — помочь студенту научиться объединять теорию и практику, представлять научную картину мира в информационной парадигме, уметь использовать аудиовизуальные, компьютерные и видеокомпьютерные технологии.
   Пособие состоит из 7 глав. В нем рассмотрены основные методологические принципы науки, информационно-педагогическая картина мира, информационные технологии в образовании и науке, синергетический подход в информатике и кибернетике, информационная и кибернетическая эпистемология, информационные системы, основные функции информационных систем, системы искусственного интеллекта, системы виртуальной реальности, интернет-технологии, технология мультимедиа, формирование профессионального информационного пространства и пр.
   Пособие предназначено не только для студентов и аспирантов, но и для слушателей курсов системы повышения квалификации педагогических кадров.
   Основное отличие этого пособия от аналогичных изданий заключается в широте охвата предметной области. Материал прошел апробацию в Московском институте электронной техники (Техническом университете), Московском институте управления, Московском городском педагогическом университете.

   ¹ Система образования России. Национальный доклад Российской Федерации ООН по вопросам образования, науки и культуры. Международное бюро просвещения. 4—7-я сессии Международной конференции по образованию «Качественное образование для всей молодежи: вызовы, традиции и приоритеты». Женева, 8—11 сентября 2004 г. С. 7.

Глава 1




                НАУКА КАК СИСТЕМА НАУЧНЫХ
                ЗНАНИЙ







   Наука — это высокоспециализированная деятельность человека по выработке и систематизации знаний с целью их высокоэффективного использования. Наука наряду с искусством, моралью и предметным действием человека — важнейшая сфера жизнедеятельности общества. Дать всестороннее определение понятию «наука» крайне трудно. В настоящее время существует несколько сотен определений этого понятия.
   Наука определяется как система, объединяющая установленные научные знания, обоснованные практикой, творческую деятельность людей, направленную на получение нового знания, и результат этой деятельности (информацию) как сумму полученных к данному моменту научных знаний, формирующих в совокупности картину мира. В этом определении выделяются две составные части вербальной модели науки:
   • разработанная система накопленных научных знаний (информацию) об объективных законах и закономерностях развития науки;
   • научная деятельность людей (научные исследования, направленные на получение, систематизацию и переработку знаний; на более углубленное познание законов и закономерностей развития науки, а также на последующее применение полученных научных знаний (информации) в техническом, технологическом или организационном аспекте.
   Обе составные части науки тесно связаны и немыслимы в наши дни друг без друга, представляя статическое ее состояние (сумму научных знаний, накопленных к настоящему времени) и форму движения (научные исследования). Итак, наука — особый вид человеческой познавательной деятельности, направленной на выработку объективных, системно-организованных и обоснованных знаний об окружающем мире. Основой этой деятельно

1.1. Основные понятия науки

7

сти является сбор фактов, их систематизация, критический анализ и на этой базе синтез новых знаний или обобщений, которые не только описывают наблюдаемые природные или общественные явления, но и позволяют строить причинно-следственные связи и — как следствие — прогнозировать.
   Научная деятельность — интеллектуальная деятельность, направленная на получение и применение новых знаний для:
   • решения технологических, инженерных, экономических, социальных, гуманитарных и иных проблем;
   • обеспечения функционирования науки, техники и производства как единой системы.


            1.1. Основные понятия науки


   Наука как система научных знаний имеет следующие специфические признаки:
   1.  Систематизированность совокупности накопленных научных знаний (анализируемый объект рассматривается как определенное множество элементов, взаимосвязь которых обусловливает целостные свойства этого множества).
   2.  Проверенность фактов (сумма научной информации только тогда выступает как накопленное знание, когда ее самое или ее следствие можно проверить для уточнения истины; то, что проверке не поддается, является еще не накопленным научным знанием, а гипотезой; проверка может осуществляться разными методами: организацией эксперимента, описанием опыта и другими путями).
   3.  Воспроизводимость явлений (возможность воспроизвести определенное явление свидетельствует о существовании некоторого объективного закона; поэтому если факт не был в свое время воспроизведен, значит, либо полученная информация неверна, либо необходимо еще и еще раз учесть все условия и проверить высказанные утверждения новыми опытами).
   4.  Долговечность той или иной системы знаний (чем долговечнее та или иная система знаний, тем, как правило, экономичнее и эффективнее принимаемые на ее основе решения, тем больше возможностей для ее применения в других областях знания; более качественными являются сами научные решения) [4].

Глава 1. Наука как система научных знаний

   Исследование предполагает анализ, обобщение, объяснение фактов, раскрытие освещающих их идей, принципов, законов и наконец построение теории. Научные исследования (труд) характеризуются следующими основными признаками:
   1.  Новизной и оригинальностью (если результатом труда является уже полностью известное, неоднократно проверенное знание, то этот результат является научным).
   2.  Уникальностью и неповторяемостью (если научный поиск удачен, в повторении нет необходимости, разве только для подтверждения правильности идеи и ее уточнения; при неудачном исследовании работа должна идти с учетом ошибки по иному пути; уникальность и неповто-ряемость научной деятельности требуют поиска индивидуальностей, обеспечения свободы творчества, а также значительной подготовительно-информационной работы перед научным поиском).
   3.  Вероятностным характером и риском (трудно сказать с полной уверенностью, успешно ли и когда закончится данное исследование и можно ли гарантировать безошибочность результатов, отраженных в научных работах; вероятности получения результатов научного труда почти неизбежно сопутствует риск материальных затрат, уточнения цели исследования; это является следствием сущности процесса познания, возможности получения отрицательного результата, того, что творчество — это напряженный, целеустремленный поиск).
   4.  Доказательностью полученной научной информации (общие утверждения, научные законы, принципы и т. п. не могут быть обоснованы чисто эмпирически, путем ссылки только на опыт, они требуют также теоретического обоснования, опирающиеся на рассуждения и отсылающие к другим принятым утверждениям).
   Анализ оснований, по которым проведено обоснование даты и места рождения науки, позволяет сделать вывод о том, что наука зарождается с того момента, когда появляется возможность дать предварительные ответы на следующие вопросы: что, почему, как, для чего существует, функционирует то или иное явление, та или иная закономерность? Таким образом, в этих основаниях присутствует общее — концептуальное построение.
   Концепция — это общий замысел, система взаимосвязанных взглядов, то или иное понимание явлений, объектов или про

1.1. Основные понятия науки

9

цессов; единый определяющий замысел, ведущая мысль научного исследования (труда, произведения). Наличие концепции позволяет ответить на следующие вопросы: что значит исследовать, что исследовать, как исследовать и т. п.
   Существует несколько точек зрения относительно места и даты рождения науки:
   • наука была всегда, она органично присуща практической и познавательной деятельности человека;
   • наука зародилась в Древней Греции в V в. до н. э., именно здесь впервые знание соединили с обоснованием;
   • наука возникла в Западной Европе в эпоху позднего Средневековья (XII—XIV вв.) вместе с особым интересом к знанию, полученному опытным путем, и математике;
   • наука начинается с XV—XVII вв. работами Н. Кеплера, X. Гюйгенса и особенно Г. Галилея и И. Ньютона, разработавших первую теоретическую модель физики на языке математики;
   • наука начала свое развитие в первой трети XIX в., когда исследовательская деятельность была тесно связана с системой высшего образования.
   В развитии науки чередуются экстенсивные и революционные периоды — научные революции, приводящие к изменению ее структуры, принципов познания, категорий и методов, а также форм ее организации; для науки характерно диалектическое сочетание процессов ее дифференциации и интеграции, развития фундаментальных и прикладных исследований.
   Колоссальная мощь современного аппарата науки направлена сейчас на изучение всех сторон реальной жизни. Ответственную роль в этом деле призваны сыграть ученые высшей школы, в том числе вузов, осуществляющие подготовку кадров для современного общества.
   Академическая дисциплина, или область изучения, — это отрасль знаний, которая преподается или исследуется в высших учебных заведениях. Эти дисциплины определяются и признаются научными журналами, в которых публикуются результаты исследований, а также научными сообществами, кафедрами или факультетами, к которым принадлежат специалисты в этой области.
   Отдельные области изучения обычно имеют несколько поддисциплин и отраслей, и зачастую границы, проведенные между ними, достаточно условны и неоднозначны.

Глава 1. Наука как система научных знаний

   В средневековой Европе в университетах быёо только четыре факультета: богословский, медицинский, канонического права и свободных искусств (гуманитарных наук). Современные университетские дисциплины уходят корнями в секуляризацию университетов середины-конца XIX в., когда традиционные учебные планы были дополнены неклассическими языками и литературой, такими социальными науками, как политология, экономика и государственное управление, а также такими естественными и прикладными науками, как физика, химия, биология и инженерное дело.
   В начале XX в. были добавлены новые дисциплины — воспитание, социология и психология. В 1970-х и 1980-х годах наблюдался бурный рост новых узкоспециализированных дисциплин — наука о массовых коммуникациях, гендерные исследования, африкология. Многие дисциплины проектировались как подготавливающие к определенной профессии: так, в университетах появились медсестринское дело, исправительная система и менеджмент в сфере гостиничного и туристского бизнеса. Наконец, стал очевиден вклад в общую систему научного знания таких междисциплинарных наук, как биохимия и геофизика.
   Следует отметить, что идут дискуссии относительно того, каким образом классифицировать те или иные дисциплины: например, к каким наукам относятся антропология и лингвистика — к социальным или гуманитарным. Также следует отметить, что некоторые специалисты, особенно сторонники критической теории, подвергают сомнению разделение дисциплин. В сущности, любая классификация дисциплин, так же как и структура концепций дисциплин в целом, всегда порождает дискуссии.


            1.2. Сущность понятия «метод», классификация и содержание основных методов исследования


   Научное исследование представляет собой наиболее развитую форму рациональной деятельности, которая не может осуществляться по каким-то фиксированным правилам. Поиск предполагает творчество, связанное с абстрагированием и идеализацией, опирающееся на воображение и интуицию. Именно поэтому такие логические формы, как индукция, аналогия, статистические и другие способы рассуждений, заключения кото