Методика використання SageMathCloud для підтримування спільної роботи під час навчання студентів

The article describes the advisable ways of the cloud-based systems use to support students’ collaboration in the process of math disciplines learning. The SageMathCloud-based component that aggregates electronic resources for several math disciplines training is introduced. The learning technique of the SageMathCloud use in the process of educational staff training is proposed. The expediency of this technique implementation for more active take up of innovative approaches, forms and methods of math training with the use of the cloud-based tools is substantiated. The experimental results of the SageMathCloud learning component introduction research along with the methods of its use that were elaborated in the course of the study are presented. The use of the evidence-based technique as improving the educational environment of the university, empowering access to electronic learning resources in the course of math training and engaging with this the educational community and also rising their ICT competence is grounded.У статті описані способи доцільного використання хмарної системи для підтримки спільної роботи студентів під час вивчення математичних дисциплін. Представлено основні компоненти SageMathCloud, який поєднує електронні ресурси для навчання математичних дисциплін. Запропонована методика використання SageMathCloud в процесі підготовки наукових та науково-педагогічних кадрів. Обґрунтована доцільність реалізації запропонованої методики для більш активного застосування інноваційних підходів, форм і методів математичної підготовки з використанням хмарних технологій. Представлені експериментальні результати навчання SageMathCloud після впровадження компонента, разом з методами його використання, що розроблені в ході дослідження. Використання науково-обґрунтованої методики покращить освітнє середовище ВНЗ, розширить можливості доступу до електронних навчальних ресурсів в процесі навчання математики та покращить взаємодію з ним освітянської спільноти, а також підвищить їх компетентності в сфері ІКТ

CoCalc as a Learning Tool for Neural Network Simulation in the Special Course "Foundations of Mathematic Informatics"

The role of neural network modeling in the learning content of the special course "Foundations of Mathematical Informatics" was discussed. The course was developed for the students of technical universities - future IT-specialists and directed to breaking the gap between theoretic computer science and it's applied applications: software, system and computing engineering. CoCalc was justified as a learning tool of mathematical informatics in general and neural network modeling in particular. The elements of technique of using CoCalc at studying topic "Neural network and pattern recognition" of the special course "Foundations of Mathematic Informatics" are shown. The program code was presented in a CoffeeScript language, which implements the basic components of artificial neural network: neurons, synaptic connections, functions of activations (tangential, sigmoid, stepped) and their derivatives, methods of calculating the network's weights, etc. The features of the Kolmogorov-Arnold representation theorem application were discussed for determination the architecture of multilayer neural networks. The implementation of the disjunctive logical element and approximation of an arbitrary function using a three-layer neural network were given as an examples. According to the simulation results, a conclusion was made as for the limits of the use of constructed networks, in which they retain their adequacy. The framework topics of individual research of the artificial neural networks is proposed.Comment: 16 pages, 3 figures, Proceedings of the 13th International Conference on ICT in Education, Research and Industrial Applications. Integration, Harmonization and Knowledge Transfer (ICTERI, 2018

CoCalc як засіб навчання нейромережевого моделювання в спецкурсі «Основи математичної інформатики»

Обговорено роль нейромережевого моделювання у змісті навчання спецкурсу «Основи математичної інформатики» для студентів технічних університетів – майбутніх фахівців з інформаційних технологій, спрямованого на подолання розриву між теоретичною інформатикою та її прикладними застосуваннями: програмною, системною та комп’ютерною інженерією. Обґрунтовано вибір CoCalc як засобу навчання основи математичної інформатики у цілому та нейромережевого моделювання зокрема. Наведено елементи методики використання CoCalc у навчанні теми «Нейронні мережі та розпізнавання образів» спецкурсу «Основи математичної інформатики». Наведено програмний код мовою CoffeeScript, що реалізує основні компоненти штучної нейронної мережі: нейрони, синаптичні з’єднання, функції активації (тангенціальна, сигмоїдальна, ступінчаста) та їх похідні, методи обчислення вагових коефіцієнтів мережі та ін. Обговорено особливості застосування теореми Колмогорова для визначення архітектури багатошарових нейронних мереж. Подано приклади реалізації диз’юнктивного логічного елементу та апроксимації довільної функції з використанням тришарової нейронної мережі. За результатами моделювання зроблено висновок про межі застосування побудованих мереж, в яких вони зберігають адекватність. Запропоновано рамкову тематику індивідуальних навчально-дослідних проектів із побудови штучних нейронних мереж.The role of neural network modeling in the learning сontent of special course “Foundations of Mathematic Informatics” was discussed. The course was developed for the students of technical universities – future IT-specialists and directed to breaking the gap between theoretic computer science and it’s applied applications: software, system and computing engineering. CoCalc was justified as a learning tool of mathematical informatics in general and neural network modeling in particular. The elements of technique of using CoCalc at studying topic “Neural network and pattern recognition” of the special course “Foundations of Mathematic Informatics” are shown. The program code was presented in a CofeeScript language, which implements the basic components of artificial neural network: neurons, synaptic connections, functions of activations (tangential, sigmoid, stepped) and their derivatives, methods of calculating the network`s weights, etc. The features of the Kolmogorov–Arnold representation theorem application were discussed for determination the architecture of multilayer neural networks. The implementation of the disjunctive logical element and approximation of an arbitrary function using a three-layer neural network were given as an examples. According to the simulation results, a conclusion was made as for the limits of the use of constructed networks, in which they retain their adequacy. The framework topics of individual research of the artificial neural networks is proposed

Проектирование и использование открытой облачно ориентированной научно-образовательной среды высшего учебного заведения

The results of the theoretical and experimental studies of the problems of designing, implementation and use of open cloud based learning and research environment in a higher education institution are covered in the article. The scientific and methodological foundations of the research, the conceptual and terminological apparatus, the methodological principles of environmental design are outlined, the general model and methodical system of its formation and development are substantiated. The model reflects the features of the process of formation and development of the environment, aimed at achieving the goals of the pedagogical system, among which there are the formation of an ICT-competent specialist; increasing access to ICT; use of modern tools and technologies in education and research. The methodological system encompasses a number of methods that are integrated on the system-forming factor of a cloud-based approach that relies on relevant baseline characteristics and service models. The system includes: the method of using a research-educational cloud of an institution, aimed at improving the organization and increasing the efficiency of scientific research, implementation of their results; the method of using the cloud learning components based on the AWS hybrid cloud as well as specialized domain-oriented services. The ways of methods selection within the proposed model in pedagogical systems of higher education are characterized, the ways of their use are determined. The experience of implementation and use of individual services and components of cloud-based learning and research environment in higher education institutions of Ukraine has been analyzed and evaluated. The results of experimental studies of the use of cloud-based services in the process of scientific, scientific-pedagogical and pedagogical personnel training are presented. The analysis and evaluation of the prospects for the development of the cloud-based learning and research university environment is presented basing on the proposed approaches.У статті висвітлено результати теоретичних і експериментальних досліджень проблем проєктування, впровадження і використання відкритого хмароорієнтованого освітньо-наукового середовища закладу вищої освіти, що проводилися в Інституті інформаційних технологій і засобів навчання НАПН України протягом 2011-2019 рр. Висвітлено науково-методичні засади дослідження, поняттєво-термінологічний апарат, окреслено методологічні принципи проєктування середовища, обґрунтовано загальну модель та методичну систему його формування і розвитку. У моделі відображено особливості процесу формування і розвитку середовища, що спрямований на досягнення цілей педагогічної системи, серед яких – формування ІКТ-компетентного фахівця; розширення доступу до ІКТ; використання в освіті і наукових дослідженнях найсучасніших засобів і технологій. Методична система охоплює ряд методик, що об’єднані системоутворюючим чинником, яким є хмароорієнтований підхід, що спирається на відповідні базові характеристики і сервісні моделі. До складу методичної системи входять: методика використання науково-навчальної хмари наукової/освітньої установи, що спрямована на поліпшення організації іпідвищення ефективності наукових досліджень, упровадження їх результатів; методики використання хмароорієнтованих компонентів навчального призначення на базі гібридної хмари AWS, а також спеціалізованих предметноорієнтованих сервісів. Охарактеризовано шляхи добору методик на базі запропонованої моделі в педагогічних системах закладу вищої освіти, визначено перспективи їх використання. Здійснено аналіз і оцінку досвіду впровадження і використання окремих сервісів і компонентів хмароорієнтованого освітньо-наукового середовища узакладах вищої освіти України. Наведено результати експериментальних досліджень використання сервісів хмароорієнтованого середовища в процесі навчання наукових, науково-педагогічних, педагогічних кадрів. Проведено аналіз і оцінку перспектив розвитку хмароорієнтованого освітньо-наукового середовища на підставі запропонованих підходів.В статье освещены результаты теоретических и экспериментальных исследований проблем проектирования, внедрения и использования открытой облачноориентированной среды высшего учебного заведения. Освещены научно-методические основы исследования, понятийно-терминологический аппарат, определены методологические принципы проектирования среды, обоснованно общую модель и методическую систему ее формирования и развития. В модели отражены особенности процесса формирования и развития среды, направленого на достижение целей педагогической системы, среди которых - формирование ИКТ-компетентного специалиста; расширение доступа к ИКТ; использование в образовании и научных исследованиях наиболее современных средств и технологий. Методическая система охватывает ряд методик, объединенных системообразующим фактором, в основе котрого лежит обачноориентированный подход, опирающийся на соответствующие базовые характеристики и сервисные модели. В состав системы входят: методика использования научно-учебной облачноориентированной среды, направленная на улучшение организации и повышение эффективности научных исследований, внедрения их результатов; методики использования облачноориентированных компонентов учебного назначения на базе гибридного облака AWS, а также специализированных предметно-ориентированных сервисов. Охарактеризованы пути отбора методик на базе предложенной модели в педагогических системах высшего образования, определены пути их использования. Осуществлены анализ и оценка опыта внедрения и использования отдельных сервисов и компонентов облачноориентированной образовательно-научной среды в учреждениях высшего образования Украины. Приведены результаты экспериментальных исследований и спользования сервисов облачноориентированной среды в процессе подготовки научных, научно-педагогических, педагогических кадров. Проведены анализ и оценка перспектив развития облачноориентированной образовательно-научной среды на основании предложенных подходов

The Design and Use of the Open Cloud Based Learning and Reserch Environment of a University

У статті висвітлено результати теоретичних і експериментальних досліджень проблем проєктування, впровадження і використання відкритого хмаро орієнтованого освітньо-наукового середовища закладу вищої освіти, що проводилися в Інституті інформаційних технологій і засобів навчання НАПН України протягом 2011-2019 рр. Висвітлено науково-методичні засади дослідження, поняттєво-термінологічний апарат, окреслено методологічні принципи проєктування середовища, обґрунтовано загальну модель та методичну систему його формування і розвитку. У моделі відображено особливості процесу формування і розвитку середовища, що спрямований на досягнення цілей педагогічної системи, серед яких – формування ІКТ-компетентного фахівця; розширення доступу до ІКТ; використання в освіті і наукових дослідженнях найсучасніших засобів і технологій. Методична система охоплює ряд методик, що об’єднані системо утворюючим чинником, яким є хмаро орієнтований підхід, що спирається на відповідні базові характеристики і сервісні моделі. До складу методичної системи входять: методика використання науково-навчальної хмари наукової/освітньої установи, що спрямована на поліпшення організації і підвищення ефективності наукових досліджень, упровадження їх результатів; методики використання хмаро орієнтованих компонентів навчального призначення на базі гібридної хмари AWS а також спеціалізованих предметно орієнтованих сервісів. Охарактеризовано шляхи добору методик на базі запропонованої моделі в педагогічних системах закладу вищої освіти, визначено перспективи їх використання. Здійснено аналіз і оцінку досвіду впровадження і використання окремих сервісів і компонентів хмаро орієнтованого освітньо-наукового середовища у закладах вищої освіти України. Наведено результати експериментальних досліджень використання сервісів хмаро орієнтованого середовища в процесі навчання наукових, науково-педагогічних, педагогічних кадрів. Проведено аналіз і оцінку перспектив розвитку хмаро орієнтованого освітньо-наукового середовища на підставі запропонованих підходів.The results of the theoretical and experimental studies of the problems of designing, implementation and use of open cloud based learning and research environment in a higher education institution are covered in the article. The scientific and methodological foundations of the research, the conceptual and terminological apparatus, the methodological principles of environmental design are outlined, the general model and methodical system of its formation and development are substantiated. The model reflects the features of the process of formation and development of the environment, aimed at achieving the goals of the pedagogical system, among which there are the formation of an ICT-competent specialist; increasing access to ICT; use of modern tools and technologies in education and research. The methodological system encompasses a number of methods that are integrated on the system-forming factor of a cloudbased approach that relies on relevant baseline characteristics and service models. The system includes: the method of using a research-educational cloud of an institution, aimed at improving the organization and increasing the efficiency of scientific research, implementation of their results; the method of using the cloud learning components based on the AWS hybrid cloud as well as specialized domain-oriented services. The ways of methods selection within the proposed model in pedagogical systems of higher education are characterized, the ways of their use are determined. The experience of implementation and use of individual services and components of cloud-based learning and research environment in higher education institutions of Ukraine has been analyzed and evaluated. The results of experimental studies of the use of cloud-based services in the process of scientific, scientific-pedagogical and pedagogical personnel training are presented. The analysis and evaluation of the prospects for the development of the cloud-based learning and research university environment is presented basing on the proposed approaches

Інструменти CoCalc як засіб відкритої науки та її дидактичний потенціал в навчальному процесі

The article covers the questions of expedient CoCalc environment use as an integrator of services that can be used during different kinds of learning activities. Research goal is to identify the structural elements of the CoCalc environment, which are suitable for informatics and mathematical disciplines learning within the context of open science. Research objectives: a) consider the structure of the CoCalc environment kernel; b) highlight the structural elements that may be used in informatics and mathematical disciplines learning, and c) explore the prospects of their use. The object of research is the computer-oriented study of informatics and mathematical disciplines. The subject of research is the use structural elements of the CoCalc environment in informatics and mathematical disciplines learning. Research methods used: CoCalc environment analysis, comparison of its structural elements and their generalization according to informatics and mathematical disciplines. In the work analyzed, generalization and systematization of the major structural elements of the cluster CoCalc, reviewed the characteristics of items that can be used in the informatics and mathematical disciplines study. Results of the research will be used to improve methods of computer-based informatics and mathematical disciplines learning.У статті розглядаються питання доцільності використання середовища CoCalc як інтегратора сервісів, які можна використовувати під час різних видів навчальної діяльності. Метою дослідження є визначення структурних елементів середовища CoCalc, які підходять для вивчення інформатики та математичних дисциплін у контексті відкритої науки. Завдання дослідження: а) розглянути структуру ядра середовища CoCalc; б) виділити структурні елементи, які можуть бути використані при навчанні інформатики та математичних дисциплін, і в) дослідити перспективи їх використання. Об’єктом дослідження є комп’ютерно-орієнтоване вивчення інформатики та математичних дисциплін. Предметом дослідження є використання структурних елементів середовища CoCalc у навчанні інформатики та математичних дисциплін. Використані методи дослідження: аналіз середовища CoCalc, порівняння його структурних елементів та їх узагальнення за інформатикою та математичними дисциплінами. У роботі проаналізовано, узагальнено та систематизовано основні структурні елементи кластеру CoCalc, розглянуто характеристики предметів, які можуть бути використані при вивченні інформатичних та математичних дисциплін. Результати дослідження будуть використані для вдосконалення методики навчання комп’ютерної інформатики та математичних дисциплін

СoCalc як інструмент підготовки для моделювання нейронних мереж у спеціальному курсі "Основи математичної інформатики"

The role of neural network modeling in the learning сontent of special course “Foundations of Mathematic Informatics” was discussed. The course was developed for the students of technical universities –future IT-specialists and directed to breaking thegap between theoretic computer science and it’s applied applications: software, system and computing engineering. CoCalc was justified as a learning tool of mathematical informatics in general and neural network modeling in particular. The elements of technique of using CoCalc at studying topic “Neural network and pattern recognition” of the special course “Foundations of Mathematic Informatics” are shown. The program code was presented in a CofeeScript language, which implements the basic components of artificial neural network: neurons, synaptic connections, functions of activations (tangential, sigmoid, stepped) and their derivatives, methods of calculating the network`s weights, etc. The features of the Kolmogorov’s theorem application were discussed for determination the architecture of multilayer neural networks. The implementation of the disjunctive logical element and approximation of an arbitrary function using a three-layer neural network were given as an examples. According to the simulation results, a conclusion was made as for the limits of the use of constructed networks, in which they retain their adequacy. The framework topics of individual research of the artificial neural networks is proposed.У статті розглянута роль моделювання нейронної мережі в навчальному процесі спеціального курсу "Основи математичної інформатики". Курс був розроблений для студентів технічних університетів -майбутніх спеціалістів з інформаційних технологій та спрямований на подолання розриву між теоретичною інформатикою та її прикладними програмами: програмною, системною та комп’ютерною інженерією. CoCalc розглядається як навчальний інструмент математичної інформатики в цілому та, зокрема, для моделювання нейронних мереж. Показані елементи методики використання CoCalc при вивченні теми "Нейронні мережі та розпізнавання образів" спеціального курсу "Основи математичної інформатики". Код програми був представлений на мові CofeeScript, в якій реалізуються основні компоненти штучної нейронної мережі: нейрони, синаптичні з'єднання, функції активації (тангенціальні, сигмоїдні, ступінчасті) та їх похідні, методи розрахунку ваги мережі та ін. Обговорювалися особливості застосування теореми Колмогорова для визначення архітектури багатошарових нейронних мереж. В якості прикладів було наведено реалізацію диз'юнктивного логічного елемента та наближення довільної функції за допомогою тришарової нейронної мережі. Згідно результатів моделювання, було зроблено висновок щодо меж використання побудованих мереж, в яких вони зберігають свою адекватність. Запропоновано основні теми окремих досліджень штучних нейронних мереж