Методика навчання інформаційних технологій розв'язування диференціальних рівнянь у технічних університетах

Abstract

У дисертації запропоновано науково обґрунтовану методику навчання інформаційних технологій розв’язування диференціальних рівнянь для студентів інженерних спеціальностей технічних університетів. У роботі уточнено цілі навчання і зміст навчання з інформаційних технологій розв’язування диференціальних рівнянь з урахуванням сучасних вимог до підготовки фахівців у галузі інформаційно-комунікаційних технологій і комп’ютерних наук. Розглянуто особистісно-орієнтовані технології навчання (метод проектів, проблемне навчання). Ефективність розробленої методики навчання інформаційних технологій розв’язування диференціальних рівнянь підтверджено результатами педагогічного експерименту та впроваджено у навчальний процес ВНЗ України.

В диссертации теоретически обоснована и экспериментально апробирована методика обучения информационным технологиям решения дифференциальных уравнений для студентов инженерных специальностей технических университетов. В диссертационной работе раскрыта роль современных информационных технологий в инженерном образовании, охарактеризован рынок труда и спрос на представителей профессий, связанный с инженерной деятельностью и компьютерными технологиями. Проанализированы вопросы внедрения информационных технологий в учебный процесс. Предложена схема включения информационных технологий решения дифференциальных уравнений в педагогические технологии. В процессе анализа рабочих программ по дисциплинам компьютерного направления: "Программирование и алгоритмические языки", "Операционная среда и пакеты прикладных программ", "Основы информационных технологий и программирования" и др. определены составляющие информационных технологий решения дифференциальных уравнений: компоненты основных приемов алгоритмизации и программирования в среде систем компьютерной математики; язык разметки гипертекста; компоненты работы с формулами в электронных таблицах. На основе анализа функций СКМ (MathCAD, Maple, Matlab) сделан вывод, что занятия по ИТ решения дифференциальных уравнений можно разделить на два таких типа: занятия, на которых СКМ используются в качестве вспомогательного средства и на которых студент работает с готовым программным обеспечением; занятия, на которых углубляется изучение языка высокого уровня и создаются собственные программы. Реализованы способы активизации учебно-познавательной деятельности студентов, ориентированные на углубление и расширение знаний информационных технологий на основе использования СКМ для решения дифференциальных уравнений, которые проявляются в: автоматизации процесса решения целых классов задач; индивидуализации обучения (возможность интерактивного режима разрешает активное экспериментирование); разнообразии задач (студент самостоятельно выполняет часть аналитических преобразований, а числовые и аналитические решения получает с помощью СКМ). По результатам анализа процесса обучения информационным технологиям решения дифференциальных уравнений в исследовании выявлены дидактические возможности учебных задач по информатике, математике, методика которых основывается на использовании СКМ, а также приведена классификация такого решения по трем признаками: способу решения, качеству решения, типу решения. В работе предлагается использовать личностно-ориентированные методы обучения (метод проектов, проблемное обучение). С применением метода проектов реализовано обучение численным методам решения дифференциальных уравнений, разработано электронное пособие "Системы дифференциальных уравнений". Показано, что одним из реальных путей повышения качества профессиональной подготовки инженеров (специалистов в области компьютерных наук и компьютерной инженерии) является раскрытие возможностей информационных технологий решения дифференциальных уравнений в процессе формирования умений и навыков разработки алгоритмов, выполнение учебных проектов и решения задач по различным учебным предметам, создание математических моделей объектов и процессов автоматизации в компьютерных информационных системах при решении профессиональных задач. Содержание информационных технологий решения дифференциальных уравнений интеграционного характера позволило в исследовании определить выбор форм организации учебного процесса, благодаря которому происходит обобщение, синтез знаний, комплексное раскрытие учебных проблем. В работе предложены формы обучения (семинары, конференции, домашние задания, обобщающие занятия). Одновременно происходит активизация методов и приемов обучения, которые обеспечивают перенос знаний и умений студентов из разных дисциплин, их обобщение. С целью определения эффективности предложенной методики обучения информационным технологиям решения дифференциальных уравнений был проведен педагогический эксперимент. Результаты проведенного педагогического эксперимента свидетельствуют, что реализация разработанной методики обучения информационным технологиям решения дифференциальных уравнений в технических университетах позволяет на основе информационных технологий решения дифференциальных уравнений повысить уровень учебных достижений студентов по информационным технологиям.

Thesis suggests scientifically backgrounded methods for information technologies (IT) of solution the differential equation for students of engineering specialities. The work specifies training objectives as well as content of information technologies (IT) training for solution of differential equation with the consideration of the latest requirements towards training specialists in the sphere of information and computer technologies (ICT) and computer science. There had been considered the personality-oriented information technologies (method of projects, problem training). The efficiency of the developed methodic of training information technologies (IT) for solution of differential equation is confirmed by the results of pedagogical experiment and introduced into training process with the institutions for higher education in Ukraine.