Использование прикладных программ для решения задач профессиональной направленности

Использование прикладных программ для решения задач профессиональной направленности

 Профессиональная деятельность специалиста любого инженерного профиля требует от него на определенном этапе его трудовой деятельности умения ре­шать достаточно сложные по содержанию и трудоемкие по расчетам профес­сиональные задачи. Такие задачи требуют от специалиста высокой точности, исключения ошибок, а также возможности получить результат в приемлемое время. В наше время трудно себе представить решение профессиональных за­дач без программного обеспечения. Программные продукты решения задач профессиональной направленности можно подразделить на два вида:

К специальным видам программных продуктов для решения задач профес­сиональной направленности отнесем специализированные пакеты прикладных программ, которые используются непосредственно в строго определенных от­раслях деятельности: CADGEO (пакет программ для обработки результатов инженерно-геологических изысканий), CADMECH (многофункциональное ма­шиностроительное приложение для Autodesk Inventor), НТЕ (приложение под AutoCAD, предназначенное для проектирования систем электроснабжения), GEO.Series (профессиональная система для проектирования, оценки качества строительства и безопасной эксплуатации магистральных и промысловых нефте­газопроводов, нефтепродуктопроводов, трубопроводов сетей газоснабжения) и др.

Однако очень часто даже на крупных предприятиях наряду со специальны­ми программами используются универсальные программные продукты для решения задач профессиональной направленности. Преимущественно это таб­личные процессоры MS Excel и OpenOffiсe.org Calc. Это происходит в основ­ном из-за того, что специализированные программные продукты ориентирова­ны лишь на решение достаточно узкого (ограниченного) круга профессиональ­ных задач. Задачи же, решение которых выходит за пределы специального про­граммного обеспечения, иногда удается решить с помощью, например, универ­сальных табличных процессоров. Для этого специалистами создаются алгорит­мы решения задач, пишутся макросы, что специализирует универсальный па­кет. Но также используются и прикладные математические пакеты, такие как Maple, Matlab, Mathematica, Mathcad, Statistic, их можно отнести к специальным программным продуктам.

При освоении основных общенаучных и специальных дисциплин студент должен уметь применять как специальные, так и универсальные программные продукты для решения профессионально ориентированных задач. Кроме того, решение таких задач тесно связано с построением математических моделей, математическими вычислениями и применением различных математических методов, поэтому целесообразно включать данный тип задач в лекционные и практические занятия при преподавании курса высшей математики в вузе, тем самым повышая заинтересованность студентов в изучении математических ме­тодов для дальнейшего их применения при овладении знаниями по специаль­ным дисциплинам.

В зависимости от математической сложности задач и от целесообразности использования программных продуктов для их решения задачи профессиональ­ной направленности, рассматриваемые при изучении курса высшей математи­ки, можно разделить на три уровня.

К первому (иллюстративному) уровню отнесем те задачи, которые сфор­мулированы в терминах и понятиях специальности студента, но при их реше­нии отрабатываются лишь первоначальные навыки, полученные студентом на лекции или на практическом занятии.

Второй (специализированный) уровень составляют задачи, в которых по­мимо их формулировки в терминах и понятиях специальности при решении не­обходимо использование законов и формул из дисциплин по специальности, составление простых математических моделей.

Третий (исследовательский) уровень представлен задачами, при составле­нии которых учитываются требования, предъявляемые к задачам первого и второго уровней. Но кроме этого, при решении данных задач студент должен суметь провести анализ условия и тех исходных данных, которые представлены в задаче, построить модель решения, записать формулы и законы, необходимые для решения, и на основе этого выстроить стройную логическую цепочку, при­водящую к решению. А иногда из нескольких полученных решений суметь вы­брать наиболее оптимальное, своевременное, подходящее для данной ситуации, т.е. это задачи исследовательского уровня.

Все три уровня задач могут быть использованы на первом и втором курсах при изучении отдельных разделов высшей математики. Однако для того, чтобы задачи профессиональной направленности являлись эффективным средством 288 изучения высшей математики и формирования профессиональной компетент­ности студентов, они должны быть согласованы с учебными планами и рабо­чими программами по курсу высшей математики (по специальностям), а также рационально и дидактически оправдано распределены в учебном курсе высшей математики в зависимости от их уровня сложности и применяемых для их ре­шения математических методов.

Задачи второго и третьего уровня требуют проведения большого объема вычислений и как следствие больших затрат времени, в связи с этим их целесо­образно включать в типовые расчеты, которые студент выполняет самостоя­тельно дома, или отводить для их решения отдельные занятия. При этом чтобы студент не потерял интерес в процессе решения задачи, и задача была доведена до своего логического завершения, рационально использовать для расчетов прикладные пакеты математических программ, которые упрощают процесс преобразования выражений и процесс вычислений. Что в свою очередь позво­ляет больше внимания уделить анализу условия задачи, используемым поняти­ям и их смыслу, методам решения задачи, а также анализу полученных резуль­татов. Задачи первого уровня можно рассмотреть в качестве примеров на на­чальном уровне изучения прикладных математических пакетов.

Математические пакеты, получившие наибольшее распространение: MathCad, MatLab и Mathematica. Для определения степени применимости того или иного пакета и эффективности его использования при изучении курса выс­шей математики было проведено исследование и сделан сравнительный анализ используемых математических пакетов. Исследование проводилось в форме контрольной работы. Субъектами исследования были студенты 1 курса инже­нерно-технологического факультета.

Студентам предлагалось выполнить общее одинаковое задание в различных математических пакетах, которое включало в себя задачи из различных разде­лов курса высшей математики, изучаемого студентами на первом курсе. Зада­ния подбирались с учетом того, что они должны решаться в различных матема­тических пакетах.

Критерием применимости были выбраны дружественность интерфейса и простота использования пакета для обучения математике, возможность исполь­зования естественного привычного математического языка.

В качестве критерия оценки скорости освоения интерфейса и работы в про­грамме было выбрано время, затраченное на выполнение каждого задания. В отчете по проделанной работе студенты указывали достоинства и недостатки программы, время, затраченное на выполнение каждого задания, и описывали затруднения, возникшие при выполнении заданий.

Все студенты отметили быстроту решения математических задач в компью­терных пакетах и возможность использования таких пакетов для решения объ­емных задач, требующих большого количества вспомогательных расчетов.

В результате проведенного исследования был сделан вывод: MathCad вос­принимается проще студентами первого курса для начального освоения мате­матических пакетов и является программой, которой может пользоваться не только программист, но и человек, обладающий знаниями на уровне пользова­теля, т.к. основные принципы программирования в рамках Mathcad представ­ляют собой достаточно простую структуру. Текстовый, формульный и графи­ческий редакторы Mathcad имеют удобный пользовательский интерфейс, что позволяет легко освоить работу с данным прикладным пакетом даже студентам первого курса, опираясь на базовые знания, полученные в школьном курсе.

MatLab и Mathematica более удобны для студентов, знакомых с программи­рованием.

Применение прикладных пакетов программ для выполнения математиче­ских расчетов при изучении высшей математики, а так же ряда специальных дисциплин является актуальным, особенно при решении задач профессиональ­ной направленности, вычислительная часть решения которых обычно доста­точно громоздка. В этом случае использование прикладных программ освобож-290 дает от рутинных вычислений и позволяет преподавателю больше времени уде­лить анализу условия задачи, рассмотреть различные методы и способы ее ре­шения и провести анализ результатов.

Авторы: Филиппенко О.В., Мазуренко Е.В.
Материал принадлежит указанному автору, если Вы автор эта информация для Вас.