Автоматизация математических расчетов на занятиях по информатике

На протяжении многих веков становления человеческой цивилизации предметом труда являлись материальные богатства. Человек всегда был занят, в какой либо сфере получения материальных благ, поэтому работоспособное население планеты было задействовано в совершенствовании технологий и машин, облегчающих процесс получения этих благ.

В настоящее время происходит перераспределения акцентов именно с машин на технологии. Возрастание потоков информации требует необходимых технологий, облегчающих процесс ее переработки. Это можно особо выделить в больших промышленных странах. Особое требование возникает по скорости реализации этих процессов обработки информации. Таким образом, процесс автоматизации математических расчетов продиктован социальными и технологическими потребностями современного общества. Обществу необходимы профессионально компетентные специалисты.

В настоящее время существует множество программных продуктов, которые могут быть использованы на занятиях по информатике в вузе (табл. 1).

Наиболее используемые информационные технологии

Таблица 1

Табличная форма представления различных документов является наиболее распространенной. Такие документы включают 3 части: общую, оформительскую, предметную. Для заполнения данных предметной части можно использовать табличный процессор.

Рассмотрим на примере табличного процессора Microsoft Excel. В настоящее время эта программа является наиболее универсальной программой для работы с таблицами и данными. MS EXCEL включает в себя: формулы и функции, средства построения диаграмм и графиков функций, средства работы со списками, средствами решения задач оптимизации, статистики, анализа и прогнозирования, т.е. всеми инструментами необходимыми для автоматизации математических и экономических расчетов. Нам представляется, что данная программа является отличным средством моделирования реальных ситуаций.

Еще одна современная программа, используемая в нашем Забайкальском институте железнодорожного транспорта, Mathcad. Данная программа дает возможность на высоком профессиональном уровне решать математические задачи. В этой программе можно вычислять, как сложные математические вычисления и расчеты, так и решать вспомогательные задачи. Кроме этого, Mathcad используется для построения графических моделей и его интерфейс наиболее приближен к обычной математической форме.

Овладение возможностями готовых программных продуктов, а также самостоятельное программирование должно быть организовано на таком наборе заданий, который показал бы преимущества и недостатки каждого способа решения. Так, интересно сравнить решение ряда задач в табличном процессоре Excel, математическом редакторе Mathcad и средствами высокоуровневого языка программирования, в частности Pascal. К примерам такого сравнения можно отнести уравнения и их системы, аппроксимацию и интерполирование, интегрирование и дифференцирование. Формирование подобных «сквозных» заданий возможно для других задач и программ. Многовариативность позволяет индивидуализировать выполнение заданий.

С помощью Mathcad мы проводили лабораторные работы по различным темам курса информатики. Отметим, что работа в Mathcad требует знания определенного набора операций, поэтому в зависимости от возможностей параллельного изучения интерфейса Mathcad на дополнительных занятиях по информатике.

Одной из имеющихся к настоящему времени компьютерных математических систем является система Maple. Это достаточно сильная вычислительная система, помогающая производить различные расчеты любых математических задач и обладающая собственным языком программирования. Данная программа содержит основные функции, охватывающие почти все разделы математики. Интерфейс системы достаточно удобен. Система обладает широкими графическими возможностями, позволяющими получать изображения плоских и пространственных кривых, а также поверхностей. Среди особенностей системы следует отметить опцию «интеллектуальный график» (smartplot и smartplot3), позволяющую получать двух- и трехмерные графики без применения команд и задания диапазонов для переменных, а только по выделенному выражению.

В нашем, Забайкальском институте железнодорожного транспорта мы также используем возможности информационных технологий. Возможности математических пакетов позволяют достичь в обучении того, чего нельзя достичь обычными средствами. Необходимо иметь в виду, что применение графических пакетов и пакетов анимационной графики не должно ограничиваться демонстрациями и иллюстрациями в учебном процессе, нужно использовать возможности, которые они представляют для выполнения различного рода учебных заданий и проектов, для формирования профессиональной компетентности. В нашей статье, мы рассмотрели основные возможности применения математических расчетов на занятиях по информатике. Но представленные программы, не ограничивают рамки использования всех возможностей информационных технологий при обработке различных видов информации.