Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Логическая парадигма как основа обучения информатике инженерных специальностей в вузе
1.1. Тенденции развития курса информатики студентов инженерных специальностей вузов 14
1.2. Существующие парадигмы программирования и их роль в формировании курса информатики для студентов инженерных специальностей вузов 17
Глава 2. Методическая система обучения информатике на основе логической парадигмы
2.1. Цели и содержание обучения курса информатики студентов инженерных специальностей вузов 55
2.2. Методы, средства и формы обучения курса информатики студентов инженерных специальностей вузов 73
Глава 3. Использование логической парадигмы для обучения информатике
3.1. Комплекс лабораторных работ по курсу информатики 82
3.2. Результаты педагогического эксперимента 111
Заключение 113
Литература 115
Приложение 128
- Существующие парадигмы программирования и их роль в формировании курса информатики для студентов инженерных специальностей вузов
- Цели и содержание обучения курса информатики студентов инженерных специальностей вузов
- Методы, средства и формы обучения курса информатики студентов инженерных специальностей вузов
- Комплекс лабораторных работ по курсу информатики
Введение к работе
Актуальность исследования. Информатизация общества, связанная с ней автоматизация технологических процессов, широкое использование вычислительной техники, средств связи и телекоммуникаций во всех сферах деятельности человека ставит целый комплекс задач повышения эффективности труда, что приводит к необходимости развития существующей системы подготовки специалистов в области информатики и информационных технологий.
В 1985 году в нашей стране начались серьезные работы в области создания национальной системы подготовки специалистов в области информатики. До этого времени информационно-вычислительные процессы изучались в основном в специализированных высших учебных заведениях. В настоящее время студенты практически всех высших учебных заведений изучают информатику. Современный учебный курс информатики является результатом исследований, полученных в работах С.А. Бешенкова [13], С.Г. Григорьева [33], А.Г. Гейна [13], А.П. Ершова [49], В.Е. Жужжалова [51], А.А. Кузнецова [73], Э.И. Кузнецова [74], М.П. Лапчика [84] и других.
Одной из основных целей вузовского курса информатики является обучение студентов решению задач сбора, преобразования, передачи и хранения информации, значимых с точки зрения последующей профессиональной деятельности. Во многих случаях особый приоритет приобретает обучение программированию. Постоянное совершенствование информационных технологий привело не только к появлению большого количества языковых средств кодирования алгоритмов, но и к довольно четкому формированию четырех основных способов разработки самих алгоритмов. Такие способы в специализированной литературе получили название парадигм программирования. Выделено четыре парадигмы: процедурная, объектно-ориентированная, логическая, и функциональная. Под такое разделение всех методов обработки информации на парадигмы попадают все известные на сегодняшний день языки программирования.
5 Невозможно говорить о явных преимуществах какой-либо одной парадигмы перед остальными. Каждая из них, наряду с большим количеством положительных особенностей, имеет и свои отрицательные аспекты.
Несмотря на то, что вопросы обучения программированию достаточно подробно изучены в многочисленных работах. Постоянное развитие информационных и телекоммуникационных технологий требует совершенствования существующих методических систем обучения соответствующим разделам курса информатики. Действительно, мощные, современные компьютеры становятся все более дешевыми и массовыми средствами для обработки информации. Меняются приоритеты в программировании. Задача оптимизации используемых ресурсов компьютера (времени расчетов, затрат памяти и т.д.) становится менее актуальной, чем оптимизация трудозатрат высококвалифицированного специалиста, разрабатывающего новые программные средства. От создаваемых программ чаще всего требуется лишь корректное решение поставленных задач. В то же время программисты должны удовлетворять все более высоким профессиональным кондициям. В связи с этим необходимо изменение приоритетов, на которые должна ориентироваться методическая система обучения информатике. Если раньше в системе подготовки программистов приоритетное место занимали разделы курса информатики, посвященные созданию эффективных алгоритмов и оценки эффективности разрабатываемых программ, то сейчас на первое место выходят разделы, связанные с выбором технологий, приводящих к минимизации трудозатрат и обеспечивающих корректность решения поставленных задач по обработке информации.
Как правило, выбор способа обработки информации определяется спецификой предметной области решаемой задачи. Важно отметить, что использование различных подходов (парадигм) к программированию существенно влияет на эффективность процесса создания компьютерных программ. Так, например, процесс разработки высокоинтеллектуальной экспертной программной системы существенно упрощается при использовании логической парадигмы. В то же время большинство компьютерных программ до сих пор разрабатывается без учета этого столь важного фактора. Необходимо отметить, что в определенной степени каждая из парадигм использовалась в качестве основы для обучения программированию.
Логическая парадигма, как основа для построения учебного курса программирования, нашла отражение в ряде работ М.Н. Алексеева [1], С.Г. Григорьева [32], [34], В.Е. Жужжалова [53], А.А. Кузнецова [73], В.А. Каймина [76], Е. Shapiro [134] и других.
При использовании декларативного подхода к изучению информатики, появляются следующие особенности: - логическая парадигма программирования рассматривается как один из новых способов обработки информации; в основе логических языков программирования лежит формализованная логика в отличие от императивных языков программирования, ориентированных на компьютер, т.е. основной принцип состоит в том, что нужно подробно, на логически точном языке, описать условие задачи. Решение ее получается в результате определенного процесса, который исполняется компьютером. В этом заключается разница между логическими языками программирования и традиционными, которые требуют описания того, как должен быть получен результат, т.е. требуется описание процедуры решения задачи; - изучение логической парадигмы обработки информации дает новое понимание при изучении профессиональных дисциплин подготовки инженера, способствуя тем самым развитию у студентов иного стиля мышления, предполагающего отказ от императивных стереотипов; практически полное отсутствие сложных синтаксических конструкций увеличивает скорость освоения языка программирования. Лаконичность синтаксиса логических языков программирования позволяет
7 описать работу объекта с помощью нескольких строк текста, сконцентрировать внимание на физической сущности процесса или явления, а не на описании процедуры функционирования, этим развивая творческие способности студентов.
Проблема исследования основана на противоречии между потребностью развития у будущих специалистов широкого кругозора в области новых способов обработки информации, формирования у обучаемого умения сконцентрировать внимание на логически точной постановке задачи, сосредоточении внимания студента на физической и технической природе изучаемого объекта или явления и существующем подходе, продиктованном необходимостью детального изучения и описания формальных инструкций алгоритмического языка при решении конкретных задач.
Необходимость устранения указанного противоречия и решения вытекающей из него проблемы свидетельствует об актуальности исследования.
Объект исследования - система обучения информатике студентов инженерных вузов.
Предмет исследования - обучение информатике студентов инженерных вузов, основанное на использовании логической парадигмы программирования.
Цель исследования - развитие методической системы обучения информатике студентов инженерных вузов на основе использования логической парадигмы программирования.
Гипотеза исследования заключается в том, что если в процессе обучения информатике студентов инженерных вузов использовать логическую парадигму как один из способов обработки информации, предполагая описание технических и технологических объектов средствами математической логики в рамках специально разрабатываемого комплекса лабораторных работ, то при этом происходит повышение
8 уровня понимания принципов обработки информации и улучшается качество освоения студентами инженерных дисциплин.
Проблема, предмет и гипотеза исследования определяют его задачи:
1. Выявить тенденции формирования методических систем обучения информатике студентов инженерных вузов, выявить специфику влияния на этот процесс существующих парадигм программирования;
Разработать курс информатики для студентов инженерных вузов, основанный на использовании логической парадигмы программирования и наиболее эффективного применения её для создания компьютерных программ или систем, предназначенных для моделирования технических и технологических процессов. Сформулировать принципы отбора содержания и методики преподавания курса;
Разработать систему лабораторных работ по курсу информатики, предполагающую изучение существующих технологических процессов на основе использования языков логического программирования;
4. Провести экспериментальную проверку доступности и эффективности предложенного курса информатики в рамках учебного процесса вуза.
Теоретической основой и источниками послужили работы: - труды педагогов, психологов, в которых рассматриваются проблемы образования, его роль в развитии личности обучаемого (В.П. Беспалько [12], П.Я. Гальперин [38], Б.С. Гершунский [36], В.В. Краевский [71], И.Я. Лернер [85], А.Г. Мордкович [92] и другие); работы в области развития концепций и структуры высшего профессионального образования (И.И. Данилина [46], Р.П. Фоминых [129] и другие); работы в области информатизации образования (И.Н. Антипов[5], Е.Н. Гуськова [39], А.П. Ершов [50], В.Г. Житомирский [59], А.А. Кузнецов
9 [73], В.Ф. Козадой [77], А.А. Кузьминский [79], Д.Е. Прокудин [105], В.В.
Соболева [113] и другие); - работы в области формирования методологии обучения информатике (С.А. Бешенков [13], С.Г. Григорьев [34], А.П. Ершов [49], В.Е. Жужжалов [56], А.А. Кузнецов [73], Э.И. Кузнецов [74], М.П. Лапчик [84], Н.Я. Салошгина [111] и другие).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: изучение отечественных и зарубежных научных трудов по педагогике, психологии, философии, касающихся вопросов информатизации образования, а также специализированной литературы по методам и технологиям обработки информации, обобщение опыта преподавания программирования на базе различных алгоритмических языков программирования, анализ учебных программ, пособий, диссертаций, материалов конференций, разработка педагогических программных средств, беседа, наблюдение, проведение лекционных и практических занятий со студентами, педагогический эксперимент и анализ результатов экспериментальной деятельности.
Научная новизна исследования заключается в том, что:
Обоснована необходимость развития методической системы обучения информатике студентов инженерных вузов на основе использования логической парадигмы программирования. Важная особенность предполагаемой методической системы состоит в нацеленности на обучение и адаптирование логической парадигмы программирования и в умении совмещать её использование с другими парадигмами программирования. Это позволяет будущим специалистам анализировать решаемую инженерную задачу и выбирать наиболее эффективный подход для ее решения;
Сформированы содержание и методика обучения информатике студентов инженерных вузов, основанные на использовании логической парадигмы программирования;
10 Теоретическая значимость исследования заключается в обосновании концептуальных подходов к развитию содержания обучения информатике на основе использования логической парадигмы, позволяющих сформировать у студентов способности к освоению новых видов деятельности, адекватных будущей технической специальности.
Практическая значимость исследования заключается в определении содержания и методики обучения информатике на основе логической парадигмы программирования; разработке комплекса лабораторных работ по курсу информатики, базирующемуся на использовании логической парадигмы и предназначенном для подготовки будущих инженеров.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Построение содержания обучения информатике на основе использования логической парадигмы обработки информации обеспечивает освоение студентами новых видов деятельности, адекватных их будущей профессии, позволяет на основе анализа решаемой задачи выбирать наиболее эффективный подход к ее решению; обеспечивает адаптацию обучаемых к новым методам обработки информации, формирует способность совмещать различные подходы к обработке информации при решении практических задач;
Для развития в рамках курса информатики, основанного на использовании логической парадигмы программирования, навыков новых видов деятельности, адекватных будущей профессии студентов, необходима реализация специального лабораторного практикума по курсу информатики.
Достоверность результатов исследования обеспечивалась практическим внедрением методической системы обучения в учебный процесс представительства ГОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления» в г. Павловский Посад и их программно-методической поддержкой, соответствующей предмету исследования и поставленным задачам на занятиях в учреждениях системы высшего образования, всей опытно-экспериментальной работой.
Организация и этапы исследования. Работы в рамках исследования проводились с 2004 по 2007 года и могут быть условно разделены на три основных этапа.
На первом этапе (2004 г.) проводился анализ психолого-педагогической и методической литературы для определения степени разработанности проблемы, разработан концептуальный замысел исследования, сформулирована его гипотеза.
На втором этапе (2005 г.) проводился всесторонний анализ научной и методической литературы. Разрабатывались дидактические материалы, обеспечивающие реализацию создаваемых в ходе исследования подходов и принципов. Сформулированы основные подходы к формированию содержания курса информатики, основанного на выделении логической парадигмы программирования. Выявлены подходы к формированию готовности обучаемых к анализу решаемой задачи и выбору наиболее эффективных подходов к ее решению.
На третьем этапе (2006-2007 гг.) проводилась систематизация и обобщение результатов исследования. Вырабатывались рекомендации по практическому внедрению результатов в сферу образования. Сформулированы выводы, завершено оформление результатов исследования в виде диссертационной работы.
Базой опытно-экспериментальной работы явилась кафедра «Системы управления» Московского государственного университета технологий и управления, а также кафедра информатики и прикладной математики Московского городского педагогического университета.
Апробация исследования. Материалы диссертации докладывались на Международных научно-методических конференциях МГУТУ (Москва, 2005; Москва, 2006; Москва, 2007); Международной конференции «Информационные технологии в образовании ИТО - 2006» (Москва, 2006 год); Научном семинаре факультета информатики Курского
12 государственного университета (Курск, 2006 год), семинаре кафедры информатики и прикладной математики Московского городского педагогического университета.
Результаты работы внедрены в учебный процесс представительства ГОУ ВПО МГУТУ в г. Павловский Посад, что подтверждено документально.
Структура диссертации: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка pi приложения.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность избранной темы, формулируются цель исследования, его объект, предмет, гипотеза и задачи, характеризуются методы, научная новизна и практическая значимость исследования, приводятся основные положения, выносимые на защиту и данные об апробации результатов исследования.
Первая глава «Логическая парадигма как основа обучения информатике инженерных специальностей в вузе» состоит из трех параграфов и посвящена анализу сущности и специфики применения четырех известных парадигм программирования в курсе информатики для системы высшего профессионального образования, выделена логическая парадигма программирования, особое внимание уделено методам обучения, приемам обработки информации и тенденциям развития информатизации образования.
Во второй главе «Методическая система обучения информатике на основе логической парадигмы» раскрываются особенности разработки курса информатики на основе логической парадигмы, обсуждаются вопросы повышения эффективности обучения при помощи методической системы, ее место в системе подготовки специалистов, описывается методическая и дидактическая поддержка, необходимая для преподавания информатики на основе логической парадигмы. Глава состоит из трех параграфов.
Третья глава «Использование логической парадигмы для обучения информатике» состоит из двух параграфов и посвящена рассмотрению
13 логической парадигмы в качестве основы создания лабораторных комплексов курса информатики для обучения студентов инженерных специальностей вузов. В данной главе демонстрируется интенсификация программирования на основе логического подхода, выявляется комплекс проблем, связанных с внедрением логической парадигмы в учебный процесс.
Подготовка в высшей школе должна предусматривать овладение специалистом фундаментальными знаниями теории и практики информационных технологий. Широкое применение персональных компьютеров, средств коммуникаций, облегченный доступ к базам данных и базам знаний, использование интеллектуальных технологий и систем обеспечивают реальные возможности для выполнения аналитических, прогнозных функций, подготовки управленческих решений в современном технологическом режиме обработки информации.
Существующие парадигмы программирования и их роль в формировании курса информатики для студентов инженерных специальностей вузов
В настоящее время существуют четыре парадигмы, которые рассматриваются и как подходы к разработке программ на современных языках программирования, и как методы изучения информатики: это процедурная, объектно-ориентированная, функциональная и логическая парадигмы. Как показывает практика, построение учебного процесса на базе только одной парадигмы малоэффективно, поскольку для каждого методического направления есть своя область решаемых задач. Например, понятие алгоритма становится единственным понятием, лежащим в основе обучения программированию. Наряду с ним появляются такие понятия как, как «унификация», «управление», характерные для логической парадигмы, «объект», «действие над объектом» - для объектно-ориентированной парадигмы и «функция», «декомпозиция функции» для функциональной парадигмы. Использование лишь некоторых парадигм (например, алгоритмической) в качестве базы для обучения накладывает отпечаток на ход мыслительной деятельности обучаемого. Исходя из требований к знаниям и практическим навыкам учащихся (учеников), а также с учетом вышесказанного должны быть определены цели и содержание учебного процесса и построена методическая система обучения программированию. Из стилей, представленных в таблице 1.2.1, только процедурно-ориентированный и объектно-ориентированный оказались пригодными для разработки программных систем, послужив площадкой для соответствующих методологий. Есть еще одна классификация языков программирования (см. рис. 1.2.1.). Но в таблице 1.2.1. стилей программирования есть лишние деления, поэтому в этой работе идет опора на другое деление парадигм. Существует четыре подхода к обработке информации: - процедурный (структурное программирование); - объектно-ориентированный; - логический; - функциональный. Рассмотрим эти подходы. Процедурное (структурное, директивное) программирование. В 60-70-х гг. XX столетия развивалась методика, которая получила название «структурное программирование». При структурном (процедурном) программировании описывается процесс получения результата определенной последовательностью операторов (команд). Данные называются операндами (бывают простыми и сложными), разнородные данные образуют структуру. Элементами структур данных является информация о характеристиках (атрибутах) объектов (имя, цена, количество, возраст и т.п.). В структурах данных элементы связаны между собой отношениями, которые могут иметь разный смысл (входить в состав, подчиняться и прочее). Связь между элементами всегда имеет один смысл: «перейти к выполнению команды». Принципы структурной методики программирования. При построении алгоритма используется пять базовых алгоритмических структур: - следование - это однозначная линейка последовательных действий; - ветвление — разделение алгоритма на два пути (две ветви) по некоторому условию с дальнейшим выходом на общее продолжение; - цикл - повторение некоторой группы действий по условию; - рекурсия — некоторая группа действий, при описании которой происходит ссылка на себя как на составную часть; - подпрограмма - повторяющаяся часть совокупности действий, выделенная в отдельно описанный алгоритм. Сложный алгоритм состоит из множества соединенных между собой базовых структур, для которых существует два способа соединения элементов алгоритма: последовательный и вложенный. Метод последовательной детализации — это построение алгоритма «сверху вниз». Сначала строится основной алгоритм и в нем записываются обращения к вспомогательным алгоритмам I уровня, в котором могут быть поставлены обращения к вспомогательным алгоритмам II уровня. Этот метод применяется при любом конструировании сложных объектов и представляет собой естественную логическую последовательность мышления, как при сборке частей конструктора, т.е. постепенное углубление в детали.
Цели и содержание обучения курса информатики студентов инженерных специальностей вузов
Проблеме совершенствования обучения информатике слушателей высших учебных заведений посвящены работы В. Е. Жужжалова [51], С.Г. Григорьева [34], А.А. Кузнецова [73], Э.И. Кузнецова [74], Е. Г. Андросовой [4], В. П. Линьковой [83] и др. В монографии В. Е. Жужжалова [51] рассмотрен многоаспектный целостный подход при развивающем обучении информатике в системе высшего образования. Концепция многоаспектного целостного подхода при развивающем обучении информатике в системе высшего обучения представляет собой систему взаимосвязанных принципов: - целостность системы «довузовское - вузовское - военно профессиональное образование - перепрофилированное»; - многоаспектный целостный подход, осуществляемый путем синтеза физического материала с профессионально направленными и гуманитарными дополнениями с учетом психологических аспектов активизации познавательной деятельности обучаемых. В работе Е. Г. Андросовой [4] рассмотрены педагогические основы совершенствования преподавания информатики в высших учебных заведениях. Предлагается обучение информатике на принципе контекстного обучения. Реализация этого принципа осуществляется путем двухуровневого обучения информатике. В целом ряде пособий по информатике, предназначенных для студентов вузов, никак не отражена специфика процесса обучения. Так, в пособии [2], рекомендации по чтению лекционного курса даются без учета специальности и носят общий характер, в литературе [3] приведены задачи, описывающие ситуации, ни как не связанные с функционированием профессиональных объектов и по существу ничем не отличающиеся от задач, содержащихся в других задачниках. Следует отметить, что рекомендации, содержащиеся в этих исследованиях, направлены на совершенствование подготовки по информатике и могут быть использованы при обучении информатике студентов в инженерных вузах, их внедрение дает положительный результат, и решает проблему комплексно. В разработанном курсе информатики для студентов инженерных вузов цель обучения является компонентом, определяющим содержание других компонентов системы и характер их взаимосвязей. Выделение цели обучения в качестве компонента системы и взаимодействие этого компонента с содержанием, методами, формами и средствами при обучении с применением логической парадигмы программирования представлено на рис. 2.1.1. Поскольку достигаемая при помощи логического подхода цель обучения предусматривает формирование не только системы знаний, но и определенных видов деятельности, в том числе и профессиональной направленности, то в содержание обучения должен входить и деятвлъностный (процессуальный) компонент. Учение как деятельность рассматривается во многих педагогических исследованиях. Можно считать, что уже выработаны ориентиры и прочная основа для последовательного осуществления деятельностного подхода применительно к построению методических систем обучения. При разработке методической системы обучения информационным технологиям на основе логического подхода с учетом основных положений деятельностного подхода целесообразно проводить согласование целей, задач, пересмотр содержания обучения, развитие дидактических принципов, переосмысление форм учебной деятельности, встраивание новых средств обучения и контроля. В деятельности выделяют субъект, процесс, предмет, условия, способы, результаты деятельности. Процесс деятельности начинается с постановки цели. Далее следует конкретизация целей в задачах, выработка плана, ориентировочной основы, установок, схем предстоящих действий, после чего субъект приступает к «предметным» действиям, использует определенные средства и приемы, выполняет необходимые операции, сравнивает ход и промежуточные результаты с поставленной целью, вносит коррективы в цель своей последующей деятельности. Для нашего исследования целью является повышение эффективности обучения информационным технологиям посредством логического подхода. В качестве характеристик деятельности определим: - целенаправленный характер. Деятельность приводится в движение целью; - предварительная продуманность - идеальная схема деятельности, которая определяется, с одной стороны, целью, с другой - ситуацией, в которой находится деятель, и условиями, в которых ему приходится действовать; - осознанность: опора - мышление, способность к рассуждению, разум, логика, способность планировать и прогнозировать; деятельность представляет собой единство двух сторон: внутренней, или идеальной, (цель, анализ ситуации, схема действий, вы бор средств) и внешней (физическая активность субъекта, взаимодействие средств с объектом деятельности, входящие в деятельность объективные процессы, результат); - деятельность характеризуется структурой, то есть специфическим набором действий и последовательностью их осуществления; - результат (продуктивность деятельности). В нашем случае результат эффективности методов обучения. Все вышеперечисленные характеристики гармонично объединяются в методической системе с применением логической парадигмы программирован ия. В психолого-педагогической теории деятельность рассматривают с точки зрения ее функциональных частей, или сторон (содержательная, операционная, мотивационная), связи между ее элементами (цели, средства, задачи, продукты), ее организации (вводно-мотивационный, операционно-познавательный, контрольно-оценочный этапы). Этому посвящена работа Е.И. Машбица [89] и др. В литературе [38], [86], [89], по результатам психологических исследований, можно выделить следующие структурные элементы функциональной системы образовательной деятельности: потребности и мотивы, внешние и внутренние цели, программы деятельности, информационная основа и образовательная среда деятельности, принятие решений как результат самоопределения учащегося, продукты деятельности, деятельностные личностные качества. Для технического образования вышеперечисленные структурные элементы учебной деятельности эффективно могут функционировать в информационно-логической среде при обучении информатике и инженерным дисциплинам. Деятельность, утратившая свой мотив (предмет), превращается в действие другой деятельности, а действие, не имеющее собственной цели, становится просто операцией другого действия. Например, в курсе информатики программирование начинается с изучения пользовательского интерфейса перемещением курсора по меню. На этом этапе это деятельность, включающая такие действия, как «подвести указатель», «отметить», «запустить на выполнение», «вызвать контекстное меню», и такие операции, как «переместить манипулятор влево», «осуществить единичный щелчок правой клавишей мыши» и т. п. Но затем в процессе создания программы эта деятельность превращается в действие, а когда осваиваются способы программирования - в операцию.
Методы, средства и формы обучения курса информатики студентов инженерных специальностей вузов
Построение и развитие методической системы обучения курса информатики требует выделения ее компонентов. При этом в зависимости от того, какой уровень функционирования системы желательно рассмотреть, могут быть выделены разные компоненты и построены разные системы. В дидактические основы включаются цели и основные категории обучения, в числе которых - принципы, методы, средства и организационные формы учебного процесса
Так, в качестве компонентов системы могут быть выбраны цель, содержание, методы, формы и средства обучения [51]. Взаимодействие основных компонентов системы обучения показано на рис. 2.2.1.
Эти компоненты вводятся для завершения методической системы на основе логической парадигмы программирования. Опишем их:
Методы обучения (рис. 2.2.2.), относящиеся ко всем учебным предметам, составляют предмет исследования дидактики. В задачу методик преподавания входит разработка применения уже исследованных дидактикой общих методов исследования той или иной науки.
Метод обучения в вузе - это упорядоченные способы взаимосвязанной деятельности преподавателя и студента, направленные на достижение поставленных целей обучения конкретной научной дисциплины.
Формы организации обучения представляют собой внешнее выражение согласованной деятельности преподавателя и студентов, осуществляемой в установленном порядке и определенном режиме. В рамках формы реализуются содержание и методы обучения. В дидактике формы организации обучения трактуются как способы управления познавательной деятельностью студентов для решения определенных дидактических задач.
Основными формами организации учебного процесса в вузе являются лекции, практические занятия (семинар, лабораторная работа, лабораторный практикум), самостоятельная и научно-исследовательская работа студентов. По мнению специалистов, эти классические формы обучения являются наиболее эффективными для использования.
Исходя из вышесказанного, были выбраны основные формы организации обучения информатике в инженерном вузе на основе использования логической парадигмы программирования. 1. Лекции — наиболее устоявшаяся форма проведения занятий в вузе, предназначенная для изучения теоретического материала. Одной из основных методических целей чтения лекции в вузе является развитие познавательной активности студентов, интереса к изучаемой науке и преподаваемому учебному предмету.
Особенностью построения системы лекционных занятий является изложение материала с максимальным приближением общих положений фундаментальных естественно-научных дисциплин и научно-технических теорий к решению проблем специальности, что необходимо студентам инженерных специальностей в будущей практической деятельности. В качестве примера ниже приведено содержание главы первой лекций дисциплины «Информатика» для студентов инженерных специальностей по темам.
Комплекс лабораторных работ по курсу информатики
Основными компьютерными системами, связанными с логической парадигмой программирования в данном исследовании, является разработка лабораторных комплексов. В Приложении приведены различные варианты лабораторных . работ.
Все эти примеры являются частью лабораторных работ по освоению курса информатики в рамках дисциплин инженерных специальностей в вузе.
Выделение спирта из культуральной жидкости является заключительной стадией получения спирта и осуществляется в браго-ректификационных установках (БРУ). В качестве примера рассмотрим управление трехколонной установкой косвенного действия (рис. 1.1).
Бражка из бродильного отделения подается в теплообменник I, где нагревается парами воды и спирта, затем поступает в верхнюю часть бражной колонны VI и по тарелкам стекает вниз. Навстречу потоку жидкости поднимаются пары воды и спирта, которые образуются за счет теплоты греющего пара; подаваемого в кипятильник колонны. В результате тепло — массообмена концентрация спирта в потоке пара возрастает, а в жидкости уменьшается. Бражка, из которой отогнан спирт, называется бардой. Она отводится из нижней части колонны и, являясь основным отходом спиртового производства, используется либо непосредственно в качестве корма для скота, либо как сырье для производства кормовых дрожжей. Пары спирта и сопутствующих ему примесей выходят из верхней части колонны, охлаждаются в теплообменнике I потоком бражки и окончательно конденсируются в дефлегматоре II, куда подается охлаждающая вода. Очистка спирта-сырца осуществляется в эпюрационной колонне VII, куда на перегонку поступает конденсат спирта-сырца из дефлегматора II. Обогрев колонны происходит за счет охлаждения пара, который подается в кипятильник. Температурный режим в эпюрационной колонне рассчитан на разделение спирта, который здесь является высококипящим компонентом смеси, и легколетучих примесей (эфиров, альдегидов, метанола и др.), которые концентрируются в верхней части колонны III и выходят из нее в виде эфироальдегидной фракции (ЭАФ).
Очищенный спирт концентрацией 20-30% (эпюрат) выводится из нижней части эпюрационной колонны и подается в ректификационную колонну VIII для окончательной очистки и концентрирования. В этой колонне легколетучим компонентом является спирт, а основным высококипящим — вода, поэтому концентрация спирта возрастает по высоте колонны. Обогрев этой колонны, как и двух других, осуществляется «глухим» паром, который подается в кипятильник.
Спирт-ректификат концентрацией 96% отбирается с 10-15 тарелок в верхней части колонны и проходит через теплообменник V, где охлаждается водой. Пары спирта выходят через верхнее отверстие, и после конденсации в дефлегматоре IV возвращаются в колонну в качестве флегмы. Из нижней части колонны отбираются сивушные масла, еще ниже отводится вода с остатками спирта.
О качестве управления технологическими процессами принято судить по виду динамических характеристик замкнутых систем управления, к которым относятся как частотные, так и временные характеристики этих систем. Чтобы определить указанные характеристики необходимо вначале построить математическую модель управляемого объекта, для чего на его вход подается единичное ступенчатое воздействие , а на выходе снимается кривая разгона (переходная характеристика объекта), представленная на рис. 1.2. На основании кривой разгона можно определить передаточную функцию объекта по каналу управления температурой. Для этого в точке перегиба кривой разгона проводят касательную и определяют длины отрезков и _, отсекаемые этой касательной от временной оси и от пунктирной линии соответственно.
Кроме того, по кривой разгона определяют также значение коэффициента передачи объекта по формуле
