Компьютерные технологии в науке и образовании

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”

Механико-математический факультет

Кафедра информатики и вычислительной математики

	УТВЕРЖДАЮ
	Проректор по учебной работе
	________________
	«____»_______________ 2010 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Компьютерные технологии в науке и образовании

Программа курса основной образовательной программы магистратуры 010900.68 Механика деформируемого твердого тела направления механика 010900 - Механика

Самара

2010

Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования направления 010900 – Механика (номер государственной регистрации 199ЕН/СП).

Составитель учебно-методического комплекса дисциплины:

Ведущий преподаватель дисциплины: доцент каф. информатики и вычислительной математики, к. ф.-м. н., доцент,

________________________________

Рецензент: доцент каф. ИиВМ, к. ф.-м. н.,

____________________доцент каф. ИиВМ, к. ф.-м. н.,

УМК утвержден на заседании кафедры безопасности информационных систем (протокол № от _____________ 2010 г.)

Заведующий кафедрой

²____² _____________ 2010 г. _______________

СОГЛАСОВАНО

Декан

факультета

²____² _____________ 2010 г. _______________

СОГЛАСОВАНО

Начальник

методического отдела

²____² _____________ 2010 г. _______________

ОДОБРЕНО

Председатель

методической

комиссии факультета

²____² _____________ 2010 г. _______________

1. Цели и задачи дисциплины, её место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины

1.1. Цели и задачи изучения дисциплины

Цель дисциплины – изучить современные информационные технологии с целью их практического (прикладного) применения в научной, производственной и преподавательской деятельности специалиста.

Задачи дисциплины: дать студентам такие знания, которые позволят им на практике использовать информационные технологии в научной, производственной и преподавательской деятельности.

1.2. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение данной дисциплины

Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны

Иметь представление:

¾ о предмете «Компьютерные технологии в науке и образовании», о его роли и месте в цикле компьютерных дисциплин и в современном мире;

¾ о назначении, основных функциях, общей схеме организации и общих принципах построения информационных систем;

¾ о современных алгоритмах компьютерной математики;

¾ о применении развитии и реализации математически сложных алгоритмов в современных специализированных программных комплексах.

Знать:

¾ структуру системного и прикладного программного обеспечения;

¾ назначение и возможности информационных технологий для проведения научно-исследовательской деятельности;

¾ назначение и возможности информационных технологий для разработки электронных образовательных ресурсов;

¾ назначение и возможности специализированных ИС из класса «Дистанционное обучение».

Уметь:

¾ вести научно-исследовательскую деятельность с использованием реализовать программно-информационное обеспечение научной, исследовательской и проектно-конструкторской деятельностью.

¾ Преподавать физико-математичекие дисциплины (в том числе, информатику) с активным и эффективным использованием современных информационных технологий.

1.3.Связь с предшествующими дисциплинами

Для успешного освоения курса студенты должны быть знакомы с основами информатики, архитектурой ЭВМ, должны знать средства и алгоритмы представления, хранения и обработки текстовой и числовой информации.

1.4.Связь с последующими дисциплинами

Знания и практические умения, полученные в результате изучения данной дисциплины, в дальнейшем применяются при изучении дисциплин общепрофессионального блока и дисциплин специализации: базы данных, теория искусственного интеллекта, глобальные компьютерные сети.

2. Содержание дисциплины

2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах)

Очная форма обучения, дневное отделение (10 семестр — зачет, 11 семестр — зачет)

Вид учебных занятий	Часы
10 семестр	11 семестр
Всего аудиторных занятий	36	36
Лекции	18	18
Семинары	0	0
Лабораторные занятия	18	18
Всего часов самостоятельной работы	79	79
Подготовка к отчетам по лабораторным работам	61	61
Решение задач	0	0
Подготовка к зачету	18	18
Подготовка к экзамену	0	0
Всего часов по дисциплине	115	115
Итого:	230

1.2.  Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п	Название раздела, дисциплины	Количество часов
Лекции	Семинары	Лаб. занятия
1	Понятие и классификация информационных систем.	2	0	0
2	Обзор современных информационных технологий.	4	0	0
3	Информатизация общества и проблема образования.	2	0	0
4	Метод математического моделирования и СИТ.	4		8
5	Интернет, как образовательный ресурс.	4	0	10
6	Академические базы данных и базы знаний.	2	0	2
7	Принципы построения баз знаний с использованием достижений теории искусственного интеллекта.	4	0	0
8	Использовании дистанционных образова-тельных технологий в процессе обучения.	4	0	8
9	Методические и методологические аспекты разработки электронных образовательных ресурсов (ЭОР).	4	0	4
10	Информационные технологии, как инструмент для проведения современных научных исследований.	6		4

2.3. Лекционный курс

Тема 1.  Понятие и классификация информационных систем. Понятие информационных систем. Примеры ИС. Классификация информационных систем (ИС) по архитектуре. Классификация ИС по типу обработке данных. Классификация ИС по сфере применения. АСУ, АИВС, СППР, обучающие ИС. (2 часа)

Тема 2.  Обзор современных информационных технологий. Понятие компьютера Фон-Неймановского типа. Основные принципы Фон-Неймана. Определение компьютера. Конфигурация компьютера. Обзор операционных систем и платформ. Сетевый информационные технологии. Базы данных. Офисные технологии. Специализированые пакеты прикладных программ для решения задач механики, обзор. COSMOS, CFX, FLUENT, STAR-CD, LS-DYNA, ANSYS, ABAQUS, FlowVision, MSC/NASTRAN, MSC/MARC, MAGMASOFT, SolidWorks, ERTFEM и др. (4 часа)

Тема 3.  Информатизация общества и проблема образования. Концепция опережающего образования – ответ на вызовы XXI – го века. Основные положения концепции опережающего образования и их роль в развитии процесса информатизации общества. Информатизация образования как фундаментальная проблема современности. Новое понимание целей и задач информатизации образования и основные пути их решения. Информационная ориентация содержания образования. Информатизация образования как средство повышения эффективности образовательного процесса. Система Matlab 6.0 в науке и образовании (http://www. *****). Педагогическая информатика, ее основные цели, задачи и направления развития. (2 часа)

Тема 4.  Метод математического моделирования и СИТ. Основные этапы МММ. Построение информационной модели на базе математической модели. Численные методы, как основа решения современных задач механики деформируемого твёрдого тела (механики жидкости и газа). Метод конечных элементов и метод граничных элементов, как примеры современных численных методов для решения задач механики. (4 часа)

Тема 5.  Интернет, как образовательный ресурс. Понятие Интернет. Основные подпространтва и сервисы Интернет. Web2.0 и Web3.0. Информационное обеспечение системы образования. Развитие информационных сетей в интересах системы образования. Федеральная университетская компьютерная сеть России RUNNet (http://**). (4 часа)

Тема 6.  Академические базы данных и базы знаний. Стандарты архитектуры для технологии образовательных систем (Learning Technology Systems Architecture – LTSA). Примеры ресурсов. (2 часа)

Тема 7.  Принципы построения баз знаний с использованием достижений теории искусственного интеллекта. Понятие базы знаний. Структура информационной системы типа База Знаний. Понятие знания. Основные функции ИС БЗ. Поэтапный переход к системам искусственного интеллекта. (4 часа)

Тема 8.  Использовании дистанционных образовательных технологий в процессе обучения. Понятие дистанционного образования. Дистанционное образование как метод расширения образовательного пространства (http://www. *****). Современное состояние и перспективы развития дистанционного образования в России. Система дистанционного образования «Прометей». Международная Академия Открытого Образования (http://www. *****). (4 часа)

Тема 9.  Методические и методологические аспекты разработки электронных образовательных ресурсов (ЭОР). Типы образовательных ресурсов. Понятие электронного образовательного ресурса. Мультимедийные технологии в образовании. Методологические проблемы использования ЭОР в процессе обучения. (4 часа)

Тема 10.  Информационные технологии, как инструмент для проведения современных научных исследований. Информационное обеспечение научных исследований. Три основные составляющие процесса моделирования: физическая модель, математическая модель, компьютерная модель. Иерархия моделей, их взаимодействие и наполнение. Информационное обеспечение процесса моделирования. Вычислительный эксперимент как составная часть компьютерной модели. Согласованность компьютерной модели и вычислительных систем. Методы искусственного интеллекта в научных исследованиях. Визуализация научных исследований. (6 часов)

1.3.  Лабораторный практикум

№ п/п	Название раздела, дисциплины	Лаб. занятия
1	Интернет, как образовательный ресурс.	4
2	Web 2.0 и образование.	6
3	Академические базы данных и базы знаний.	2
4	Использование дистанционных образовательных технологий в процессе обучения.	8
5	Интерфейс, назначение и возможности специализированных пакетов для решения задач механики методом конечных элементов.	4
6	Интерфейс, назначение и возможности специализированных пакетов для решения задач механики методом граничных элементов.	4
8	Методические и методологические аспекты разработки электронных образовательных ресурсов (ЭОР).	4
9	Информационные технологии, как инструмент для проведения современных научных исследований.	4

Лабораторная работа № 1. Интернет, как образовательный ресурс. Сервисы интернет. Технология поиска в Интернет. Образовательные ресурсы Интернет.

Лабораторная работа № 2. Web 2.0 и образование. Научные форумы. Виртуальные конференции и семинары. Текстовое, голосовое и визуальное общение через континенты. Блоги. Вики-среды. Сетевое анкетирование и тестирование.

Лабораторная работа № 3. Академические базы данных и базы знаний. Структура академических образовательных ресурсов. Примеры ресурсов.

Лабораторная работа № 4. Использовании дистанционных образова-тельных технологий в процессе обучения. Назначение, интерфейс и возможности модулярной объектно-ориентированной динамической обучающей среды - Moodle. Работа в среде специализированной системы дистанционного образования СамГУ на платформе Moodle. Разработка учебных курсов и тестов.

Лабораторная работа № 5. Интерфейс, назначение и возможности специализированных пакетов для решения задач механики методом конечных элементов. Назначение, интерфейс и возможности ППП Elmer, freeFEM3D. Решение задач механики методом конечных элементов с помощью специализированных пакетов.

Лабораторная работа № 6. Интерфейс, назначение и возможности специализированных пакетов для решения задач механики методом граничных элементов. Назначение, интерфейс и возможности ППП MATLAB. Решение задач механики методом граничных элементов с помощью специализированных пакетов.

Лабораторная работа № 7. Методические и методологические аспекты разработки ЭОР. Разработка познавательно эффективных электронных презентаций. Разработка ЭОР в формате гипертекста.

Лабораторная работа № 8. Информационные технологии, как инструмент для проведения современных научных исследований. Моделирование и визуализация решений задач механике в среде COSMOS.

1.4.  Примерные вопросы для промежуточного контроля – зачет.

1.  Понятие компьютера.

2.  Основные принципы Фон-Неймана.

3.  Архиваторы. Примеры.

4.  Офисные пакеты. Примеры.

5.  Текстовые процессоры. Примеры.

6.  Программы корректоры. Примеры.

7.  Электронные таблицы. Примеры.

8.  Программы презентационной графики. Примеры.

9.  Программы распознавания символов. Примеры.

10.  Электронные словари и программы - переводчики. Примеры.

11.  Настольные издательские системы. Примеры.

12.  Пакеты растровой графики. Примеры.

13.  Пакеты векторной графики. Примеры.

14.  3-D графика и анимация. Примеры.

15.  Программы для создания мультимедиа, цифрового видео. Примеры.

16.  Специализированные математические пакеты. Примеры.

17.  Сервисные программы Интернет. Примеры.

18.  Образовательные и обучающие программы. Примеры.

19.  Понятие, назначение и основные функции операционных систем.

20.  Локальные компьютерные сети. Основные понятия.

21.  Логические схемы компьютерных сетей.

22.  Одноранговые ОС.

23.  Серверные ОС.

24.  Понятие глобальной компьютерной сети.

25.  Основные сервисы Интернет.

26.  Понятие информационных систем. Примеры ИС.

27.  Классификация информационных систем (ИС) по архитектуре.

28.  Классификация ИС по типу обработке данных.

29.  Классификация ИС по сфере применения.

30.  АСУ, АИВС, СППР, обучающие ИС.

31.  Специализированые пакеты прикладных программ для решения задач механики.

32.  Информатизация образования как фундаментальная проблема современности.

33.  Новое понимание целей и задач информатизации образования и основные пути их решения.

34.  Информатизация образования как средство повышения эффективности образовательного процесса.

35.  Web2.0 и Web3.0.

36.  Типы поисковых систем.

37.  Понятие запроса в поисковой стистеме. Примеры.

38.  Информационное обеспечение системы образования.

39.  Федеральная университетская компьютерная сеть России RUNNet

40.  Понятие базы знаний.

41.  Структура информационной системы типа База Знаний.

42.  Понятие знания.

43.  Основные функции ИС БЗ.

44.  Поэтапный переход к системам искусственного интеллекта.

45.  Понятие дистанционного образования.

46.  Современное состояние и перспективы развития дистанционного образования в России.

47.  Система дистанционного образования «Прометей». Международная Академия Открытого Образования

48.  Типы образовательных ресурсов. Понятие электронного образовательного ресурса.

49.  Мультимедийные технологии в образовании.

50.  Методологические проблемы использования ЭОР в процессе обучения.

51.  Основные этапы метода математического моделирования.

52.  Физическая модель.

53.  Математическая модель.

54.  Информационная мрдель.

3 Методические рекомендации

3.1 Методические рекомендации преподавателю

При чтении лекций по курсу «Компьютерные технологии в науке и образовании» представляется целесообразным структурировать материал таким образом, чтобы обеспечить поддержку лабораторных занятий по курсу. При чтении курса лекций необходимо обращать внимание студентов на практическое применение тех или иных технологий, на актуальность использования конкретных пакетов, средств разработки, технологий и т. п.

При проведении лабораторных занятий необходимо делать упор на то, что студенты должны осваивать информационные технологии, а не «кнопки» интерфейса. Например, при изучении конкретных программных продуктов необходимо подчеркивать, что эта программа является всего лишь представителем конкретного класса ПО.

Т. е. при освоении программного обеспечения студенты должны изучать назначение, основные функции и интерфейс не каждой конкретной программы, а КЛАССА ПО, на примере конкретной программы.

При проведении лабораторных занятий рекомендуется

·  В начале каждого занятия объявлять тему занятия, проводить краткий опрос по теории на тему занятия, объяснять за компьютером наиболее сложные вопросы темы;

·  Рекомендуется по возможности точно придерживаться программы проведения лабораторных занятий;

·  Рекомендовать студентам широкое использование ресурсов Интернет и электронных библиотек;

·  При приеме лабораторных заданий требовать от студентов знания теоретических основ;

·  Требовать от студентов самостоятельной работы дома и в дисплейных классах университета;

·  Требовать оформление лабораторных работ в соответствии требуемой формой.

При изучении курса рекомендуется выносить на лабораторные занятия не только основные моменты курса, но и материалы, не охваченные лекционными занятиями для более подробного изучения (в том числе и самостоятельного).

Для более объективной оценки успеваемости студентов в заключение каждого тематического блока лабораторных занятий выдавать индивидуальное задание. Если часов относительно мало, то можно выдавать одно индивидуальное задание за семестр.

3.2 Методические рекомендации студенту

В качестве основных рекомендаций студентам, изучающим указанный курс, можно предложить:

·  Преподаватели напоминают, что обязательным условием допуска студента к зачету и к экзамену является безусловное выполнение ВСЕХ лабораторных работ, предлагаемых по программе обучения и ОТЧЕТ по выполненным лабораторным работам.

·  Т. е. зачётная оценка во многом определяется активностью студента на практических занятиях в течение всего семестра.

·  Необходимо регулярное изучение лекций с разбором приведенных примеров в течение семестра, а не за неделю до зачета или экзамена

·  Необходимо выполнение упражнений и решение задач, которые лектор предлагает на лекциях;

·  Огромное значение придается самостоятельной работе студента. При изучении теоретических основ наряду с конспектом лекций необходимо использовать рекомендованную литературу. Т. е. материалов лекции для сдачи экзамена на отличную оценку явно недостаточно. Студент университета, не читающий книги по специальности, – это нонсенс;

·  Рекомендуется выполнять и отчитываться по лабораторным работам в соответствии с графиком, а не в последнюю неделю семестра. Практика показывает, что «количественный» штурм студентами преподавателя имеет прямо противоположный эффект;

·  Рекомендуется выполнять лабораторные работы по курсу не только во время лабораторных занятий, но и дома или в дисплейных классах университета, благо университет обладает для этого уникальной возможностью;

·  При изучении нового материала и выполнении лабораторных работ рекомендуется широко использовать учебные и методические ресурсы Internet.

·  При освоении программного обеспечения студенты должны изучать назначение, основные функции и интерфейс не каждой конкретной программы, а КЛАССА ПО - на примере конкретной программы. Поэтому на экзамене и зачете разрешается отвечать на вопросы, связанные с конкретным ПО на примере какой-то одной программы из заданного класса ПО.

4. Организация текущего и промежуточного контроля.

4.1 Контрольные работы.

Не планируются.

4.2 Комплект тестовых заданий.

Проведение тестирования не планируются.

4.3 Самостоятельная работа.

4.3.1 Поддержка самостоятельной работы:

·  Комплекс методических материалов и лабораторных работ в формате HTML в локальной сети СамГУ.

·  Научно-популярные журналы «Мир ПК», «Компьютер-Пресс» и т. д.

·  Бесплатное и условно - бесплатное ПО.

·  Вопросы к зачету.

4.3.2 Рефераты не планируются.

4.4 Курсовые работы не планируются.

Итоговый контроль проводится в виде зачета в 10 и 11 семестрах. Допуск к теоретическому зачету осуществляется на основании отчетов по лабораторным курса.

5.Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ

Дисплейные классы с выходом в локальную сеть архитектуры клиент/сервер. Класс ПЭВМ не менее чем Pentium IV с операционной системой Windows XP (2000) Professional, Debian GNU/Linux.

6.Активные методы обучения: не планируются

7. Материальное обеспечение дисциплины – не требуются.

8. Литература

Одновременно изучают дисциплину 12 студентов.

7.1. Основная

1.  Степанов . .Учебник для вузов. 6-е изд. – СПб.: Питер, 2010, 720 с. (5-е изд. 100 экз., гриф МО РФ).

2.  , , Сиников в Internet..- Самара, СамГУ, 2000 г.

3.  Алекс Экслер. Современная библия пользователя Интернета 2009.- М.: АСТ Москва 2009 г. 704 стр.

4.  , , ANSYS в руках инженера. Практическое руководство. М.: Издательство ЛКИ, 20с.

5.  , Никишков конечных элементов в механике разрушения. М.: Издательство ЛКИ, 20c.

7.2. Дополнительная

6.  , , Молчанова в эпоху новых информационных технологий. - М.: Издательство «Информатик», 1995.

7.  О концепции системы опережающего образования // «Alma mater» (Вестник высшей школы) №4.- М.: 1999.

8.  Проектирование и реализация экспертных систем на ПЭВМ.- М.: Финансы и статистика,1991.

9.  Метод конечных элементов в технике. Пер. с англ., М.: "Мир", 1975.

10.  Методы граничных элементов: Пер. с англ.— М.: Мир, 1987.— 524 с., ил.

7.3. Учебно-методические материалы по дисциплине

1.  Степанов . .Учебник для вузов. 6-е изд. – СПб.: Питер, 2009., 720 с.

2.  Комплекс методических материалов и лабораторных работ в формате HTML в локальной сети СамГУ.

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

за _______/________ учебный год

В рабочую программу «Компьютерные технологии в науке и образовании» для специальности вносятся следующие дополнения и изменения: