Реферат: Обучение информатике

Например, интегрированная система автоматизации математических, физических, химических, электро- и радиохимических и прочих научно-технических расчетов «Eureka» позволяет:

-     выполнить типовые математические и экономические расчеты;

-     вычислять производные и интегралы;

-     решать системы уравнений;

-     искать экстремумы;

-     выводить данные в табличной форме;

-     строить по выбору график одной из функций;

-     работать с комплексными числами.

«Eureka» также интегрирует в одной системе редактор для подготовки файлов, вычислитель, верификатор, проверяющий правильность вычислений, генератор отчетов, простой графопостроитель. Данный пакет работает в многооконной оболочке, позволяющей одновременно наблюдать описание решаемой задачи, результаты вычислений и их проверки, готовить отчет о работе и график выбранной функции.

          Математический пакет «Derive» является системой символьной математики, т.е. позволяет производить символьные вычисления. Пакет обладает богатыми графическими возможностями. Задания и результаты вычислений представлены на экране в привычной математической записи. Интерфейс системы прост, но исключительно удобен для пользователя. Пакет можно эффективно использовать при решении широкого круга математических задач от планиметрии до теории вероятностей и статистики, а также производить финансовые расчеты.

          «Derive» имеет несколько десятков встроенных функций:

-     элементарные и специальные функции;

-     действия с комплексными числами;

-     решение задач математического анализа: отыскание пределов функций, производных, определенных и неопределенных интегралов, конечных сумм и сумм числовых рядов, бесконечных произведений;

-     операции векторной алгебры;

-     действия с матрицами, вычисление обратной матрицы, собственных значений матрицы.

«Derive» имеет библиотеку функций-утилит, предназначенных для решения специальных задач, есть возможность пополнения библиотеки функциями пользователя.

          «Matlab» является одной из старейших и проработавших систем автоматизации автоматических расчетов. Она была разработана С.В.Молером и с конца 70-х годов широко использовалась на больших ЭВМ. Система Matlab оказала большое внимание на разработку ряда пакетов для выполнения матричных операций, расчета систем управления, в свою очередь, вобрав в себя лучшие из средств, накопленных за более чем 30-летнюю историю развития матричных методов вычислений на ЭВМ.

          «Matlab» - расширяемая система, и ее можно легко приспособить к решению нужных классов задач. Возможности ее весьма обширны, по скорости выполнения задач система не уступает многим другим подобным системам.

Своим названием (MATrixLABoratory – «матричная лаборатория») система «Matlab» обязана ориентации на матричные и векторные вычисления. Она выполняет операции над векторами и матрицами даже в режиме простых вычислений без какого-либо программирования.

Система содержит средства, особенно удобные для электро- и радиотехнических расчетов (операции с комплексными числами, полиномами, обработка данных, анализ сигналов и цифровая фильтрация). «Matlab» содержит также операторы построения графиков в декартовой и полярной системах координат, трехмерных поверхностей. На одном графике данная система может представить множество кривых, различающихся цветом и отличительными символами. Графики «Matlab» выводит в одном или несколько окон.

          Будучи ориентированной, на работу с реальными данными, эта система выполняет все вычисления в арифметике с плавающей точкой. Система также поддерживает выполнение операций с массивами данных, регулирует сингулярное и спектральное разложения, вычисление ранга и чисел обусловленности матриц, поддерживает работу с алгебраическими полиномами, решение нелинейных уравнений и задач оптимизации, интегрирование в квадратурах, решение дифференциальных и разностных уравнений. В системе реализована удобная операционная среда, которая позволяет формулировать проблемы и получать решения в привычной математической форме, не прибегая к рутинному программированию.

          Каждая из вышеописанных систем имеет свои достоинства и недостатки. Одни из них чрезвычайно сложны для освоения, требуют основательной математической подготовки и предназначены в первую очередь для профессионалов, имеют встроенные языки программирования математических действий и дополнительные библиотеки электронных справочников, другие, простые в освоении, обладают ограниченными возможностями и неудобным интерфейсом пользователя.

          Особое же место среди систем автоматизации математических расчетов занимает пакет «Mathcad» . Это наиболее мощная интегрированная система автоматизации математических расчетов, широко распространенная в России. Отличительная черта этой системы – входной язык, максимально приближенный к математическому языку или языку научных статей и книг. Объединение в этой системе текстового редактора с возможностью использования общепринятого языка позволяет пользователю получить готовый итоговый документ.

          «Mathcad» столь же гибок, как самые мощные электронные таблицы и языки программирования, но легок в освоении и приятен в использовании.

Система «Mathcad» содержит текстовый редактор, мощный графопостроитель и графический процессор.

          Текстовый редактор служит для ввода и редактирования текстов. Текст может состоять из слов, математических выражений и формул, спецзнаков.

          Вычислитель обладает уникальными возможностями:

-     обеспечивает вычисления по сложным математическим формулам;

-     имеет большой набор встроенных математических функций;

-     позволяет вычислять ряды, суммы и произведения, определенные интегралы и производные;

-     работать с комплексными числами;

-     решать линейные и нелинейные уравнения;

-     выполнять векторные и матричные операции.

В вычислитель входят и такие мощные средства как линейная и сплайн- интерполяция, регрессия, прямое и обратное быстрое преобразование Фурье. Легко можно менять разрядность чисел и погрешность итерационных методов.

          «Mathcad» позволяет записывать на экране компьютера формулы в их привычном виде. Но формулы в «Mathcad» могут значительно больше, чем просто хорошо выглядеть. С их помощью можно решить почти любую мыслимую математическую задачу символьно либо численно. Можно реализовать текст в любых местах вокруг уравнений, чтобы документировать процесс решения.

          Графический процессор служит для создания графиков. Графический процессор сочетает чрезвычайную простоту общения с пользователем с самыми изысканными возможностями графических средств. Простые графики нескольких функций пользователь может начать строить буквально в первые секунды знакомства с системой. По мере приобретения навыков работы с графическим процессором легко осваиваются и другие графические средства – графики в логарифмическом масштабе, масштабные сетки с любым числом делений, линии, отмеченные точками, прямоугольниками и ромбиками. Графика ориентирована на решение типичных  математических задач. Возможно быстрое изменение размеров графиков, наложение их на текстовые надписи и перемещение в любое место документа. Можно создавать двумерные и трехмерные графики. Можно пользоваться иллюстрациями из других приложений Windows.

          Для изучения именно этой интегрированной системы программирования мы разработали фрагмент содержания прикладного профильного курса для специализированных классов (с углубленным изучением математики) – «Математический пакет для научных расчетов Mathcad».

          Исключительно велика роль математических пакетов в образовании. Умение применять математические пакеты является одним из важнейших компонентов содержания компьютерной грамотности школьников. Облегчая решение сложных математических задач, они снимают психологический барьер в изучении математики, и делают этот процесс интересным и более простым. При грамотном применении их в учебном процессе, пакеты обеспечивают повышение фундаментальности математического и технического образования, содействуют интеграции нашей образовательной системы с образовательной системой наиболее развитых западных стран, где подобные методы обучения применяются уже давно.

          Предлагаемый профильный курс «Использование математических пакетов» предназначен для специализированных классов (с углубленным изучением математики). Почему?

          Во-первых, учащиеся таких классов, как правило, уже профориентированы. Причем, круг выбранных ими профессий предполагает использование компьютера при решении конкретных профессиональных задач. Успех в будущей профессиональной деятельности зависит от того, насколько владеют они новыми информационными технологиями (НИТ). Систематическое использование инструментальных программных средств (ИПС) уже в школе (в данном случае в процессе обучения профилирующему предмету – математике) позволит учащемуся увидеть и сформировать отношение к компьютеру, как средству решения профессиональных задач.

          Во-вторых, у учащихся отмечается повышенный интерес с ИПС. Такие ученики имеют более глубокие знания не только по математике, но и по информатике. Как правило, у них нет психологического барьера перед использованием сложных программных средств. Наоборот, их привлекают созданные на высоком профессиональном уровне программы, и они видят уникальные возможности ИПС.

          Данный курс, предназначенный для изучения математических пакетов, будет способствовать:

  -    расширению и углублению знаний учащихся, как по информатике, так и по математике;                                        

-     овладению учащимися умениями решать задачи различного характера при помощи математических пакетов;

-     экономии учебного времени за счет исключения рутинных операций вычислительного характера и числового анализа;

-     формированию навыков применения современных математических пакетов в процессе обучения математике и в будущей профессиональной деятельности.

Цель курса – изучение технологии применения математических пакетов для решения практических задач.

Задачи курса:

1)    Знакомство с наиболее известными математическими пакетами;

2)    Приобретение навыков работы с математическими пакетами;

3)    Использование математических пакетов для решения практических задач.

             После изучения данного курса, учащиеся должны знать назначение и возможности основных математических пакетов, должны уметь применять их для решения типовых учебных задач.

§2.  Содержание фрагмента прикладного профильного курса –  

«Математический пакет для научных расчетов «Mathcad»

          Как уже отмечалось выше, Mathcad является одной из самых мощных и эффективных математических систем, которая занимает особое место среди множества таких систем и по праву может называться самой современной, универсальной и массовой математической системой для всех пользователей. Она позволяет выполнять как численные, так и аналитические (символьные) вычисления, имеет чрезвычайно удобный математико-ориентированный интерфейс и прекрасные средства графики.

          Система настолько гибка и универсальна, что может оказать неоценимую помощь в решении математических задач как школьнику, постигающему азы математики, так и умудренному в решении сложнейших научных проблем академику.

          2.1.  Аппаратное и программное обеспечение

          Для правильного функционирования  "Mathcad" необходимо следующее аппаратное и программное обеспечение:

          Минимальная конфигурация ПК:

-     Персональный компьютер (ПК) фирмы IBM или совместимый на основе процессоров 80386, 80486 или Pentium. Арифметический сопроцессор не обязателен, но его присутствие существенно увеличивает производительность.

-     Не менее 8 мегабайт оперативной памяти.

-     Жесткий диск с не менее, чем 20 мегабайтами свободного пространства для файлов Mathcad.

-     Дополнительные 3 мегабайта свободного пространства на том диске, на котором установлена операционная система Windows.

-     Не менее 8 мегабайтов виртуальной памяти. Для Mathcad PLUS необходимо 12 мегабайтов виртуальной памяти.

-     Видеомонитор и видеокарта, совместимые с Windows.

-     Мышь, работающая под Windows.

-     Любой принтер, поддерживаемый Windows.

Программное обеспечение:

-     MS-DOS или PC-DOS версии 3.3 или более поздней.

-     Microsoft Windows версии 3.1 или более поздней, Windows NT 3.5 или более поздняя или Windows 95.

2.2. Тематическое планирование

I. Mathcad – мощная и эффективная математическая система.

1.1.     Характерные черты Mathcad.

1.2.     Основные возможности пакета.

1.3.     Начало работы с программой.

Учащиеся должны знать:

-     назначение пакета;

-     основные возможности пакета;

Учащиеся должны уметь:

-     производить запуск пакета.

        II. Язык математических вычислений пакета Mathcad.

             2.1.   Простые вычисления.

2.2.     Вычисление выражений.

2.3.     Решение уравнений и их систем.

2.4.     Нахождение производных в конкретной точке.

2.5.     Интегральное исчисление.

           Учащиеся должны знать:

-     вычислительные возможности пакета;

-     простые операторы вычислений.

 Учащиеся должны уметь:

-     выполнять простые вычисления и вычисления выражений;

-     решать уравнения и их системы;

-     находить производные функций в конкретной точке;

-     находить интегралы.

III. Графические возможности пакета.

      3.1. Создание графика, вывод функции на график.

3.2.     Размещение нескольких графиков на чертеже.

3.3.     Графики поверхностей.

3.4.     Полярные графики.

Учащиеся должны знать:

-     графические возможности пакета;

-     основные действия для создания графика.

Учащиеся должны уметь:

-     создавать график;

-     выводить функцию на график;

-     размещать несколько графиков на чертеже;

-     строить декартов график;

-     строить графики поверхностей;

-     строить полярные графики.

IV. Программирование в Mathcad.

      4.1. Создание программ.

      4.2. Условные операторы.

      4.3. Циклы.

Учащиеся должны знать:

-     возможности программирования в Mathcad;

-     операторы программирования: оператор присваивания, условные операторы, операторы циклов.

Учащиеся должны уметь:

-     создавать программы;

-     решать задачи при помощи программ.

2.3.  Лабораторно- практические занятия по курсу

Конспект вводного урока.

Тема урока. Первоначальное знакомство с Mathcad.

Цель урока. Познакомить учащихся с назначением, с основными                возможностями и понятиями пакета.

Тип урока. Изучение нового материала.

Ход урока.

         I. Организационный момент. (5 минут)

       II.Объяснение нового материала. (30 минут)

1)   Назначение пакета и основные его возможности.

2)   Запуск Mathcad.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6