Математические методы и информационные технологии в научных исследованиях

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ

ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ 

СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

ГПС МЧС РОССИИ

Бойко Г.М.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В НАУЧНЫХ 

ИССЛЕДОВАНИЯХ. ПРАКТИКУМ

Учебное пособие 

Допущено Министерством Российской Федерации по делам гражданской обороны, 
чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий в качестве 

учебного пособия для курсантов, студентов и слушателей образовательных организаций 

МЧС России.

Железногорск

2021

УДК 004
ББК 32.97

Б77

Автор: Бойко Галина Михайловна, канд. пед. наук, доцент

Рецензенты:

Матвеев Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент

(Санкт Петербургский университет ГПС МЧС России)

Хонгорова Ольга Викторовна, кандидат физико-математических наук, доцент
(ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России)

Чубарь Алексей Владимирович, кандидат технических наук, доцент

(ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»)

Бойко Г.М. Математические методы и информационные технологии в 

научных исследованиях. Практикум (для организации самостоятельной работы 
адъюнктов, направление подготовки 20.07.01 Техносферная безопасность) [Текст]: учебное 
пособие / Г. М. Бойко – Железногорск: ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная 
академия ГПС МЧС России, 2021. – 99 с.: ил.

Практикум включает в себя практические задания по основным темам учебной 

дисциплины «Математические методы и информационные технологии в научных 
исследованиях»: проверка остаточных знаний предыдущего уровня обучения, набор 
практических работ по применению современных компьютерных технологий по сбору, 
обработке и представлению данных для своей профессиональной деятельности.

Практикум предназначен для адъюнктов, обучающихся по направлению подготовки 

20.07.01 Техносферная безопасность (Адъюнктура). Может быть использован для 
самостоятельного изучения дисциплины обучающимися и в практической деятельности 
сотрудников в области обеспечения техносферной безопасности.

УДК 004
ББК 32.97

Б77

© ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2021
© Бойко Г.М., 2021

Оглавление 

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………
5

ВЫПИСКА 
из 
Рабочей 
Программы 
учебной 
дисциплины 

«Математические методы и информационные технологии в научных 
исследованиях» ………………………………………………………………..
6

1. ТЕМА 1. Базовые средства информационных технологий ……………..
9

1.1. Корректировка опорных знаний адъюнкта для изучения темы …
9

1.1.1. Требуемые знания и умения по теме «Базовые средства 

информационных технологий» …………………………………...
9

1.1.2. Тест по выявлению опорных знаний для изучения темы 

«Базовые средства информационных технологий» ……………..
10

1.1.3. Составление индивидуального плана получения знаний и 

освоения умений …………………………………………………..
13

1.2. Перечень теоретических вопросов по теме «Базовые средства 

информационных технологий», выносимых на самостоятельное 
изучение ………………………………………………………………..
13

1.3. Практические 
задания 
по 
теме 
«Базовые 
средства 

информационных технологий» ……………………………………….
13

1.3.1. Практическая работа «Аппаратные средства информационных 

технологий» ……………………………...……
17

1.3.2. Практическая работа «Аппаратная платформа компьютера» ..
19

1.3.3. Практическая 
работа 
«Периферийные 
устройства 

персонального компьютера» ……………………………………...
23

2. ТЕМА 2. Средства формирования и ведения научных документов …... 
28

2.1. Корректировка опорных знаний адъюнкта для изучения темы …
28

2.1.1. Требуемые знания и умения по теме «Средства формирования 

и ведения научных документов» .……………….
28

2.1.2. Тест по выявлению опорных знаний для изучения темы 

«Средства формирования и ведения научных документов»…..
29

2.1.3. Составление индивидуального плана получения знаний и 

освоения умений …………………………………………………..
33

2.2. Перечень 
теоретических 
вопросов 
по 
теме 
«Средства 

формирования и ведения научных документов», выносимых на 
самостоятельное изучение ……………………………………………
33

2.3. Практические задания по теме «Средства формирования и ведения 

научных документов» ………………………………………
34

2.3.1. Практическая 
работа 
«Программное 
обеспечение 

информационных технологий» …………………………………...
40

2.3.2. Практическая 
работа 
«Программное 
обеспечение 
для 

создания и обработки текстовых документов» ………………….
43

2.3.3. Практическая 
работа 
«Обработка 
числовых 
данных 

средствами табличного процессора MS Excel» …………………
53

2.3.4. Практическая работа «Составление документа средствами 

табличного процессора MS Excel» ……………………………….
60

2.3.5. Практическая работа «Моделирование и прогнозирование 

средствами табличного процессора MS Excel» …………………
65

2.3.6. Практическая работа «Методика выбора математической 

функции используемой в качестве модели» …………………….
68

2.3.7. Практическая работа «Создание базы данных средствами 

программы MS Access» …………………………………………...
70

2.3.8. Практическая работа «Представление предметной области 

различными моделями данных при создании базы данных» …..
75

3. ТЕМА 3. Сетевые технологии и их прикладные аспекты ………………
80

3.1. Корректировка опорных знаний адъюнкта для изучения темы …...
80

3.1.1. Требуемые знания и умения по теме «Сетевые технологии и 

их прикладные аспекты» .…………………………………………
80

3.1.2. Тест по выявлению опорных знаний для изучения темы 

«Сетевые технологии и их прикладные аспекты» ………………
81

3.1.3. Составление индивидуального плана получения знаний и 

освоения умений …………………………………………………..
84

3.2. Перечень теоретических вопросов по теме «Сетевые технологии и 

их прикладные аспекты», выносимых на самостоятельное изучение 
………………………………………………………………..
85

3.3. Практические задания по теме «Сетевые технологии и их 

прикладные аспекты» …………………………………………………
85

3.3.1. Практическая 
работа 
«Общая 
характеристика 

информационно-вычислительных сетей» ……………………….
85

3.3.2. Практическая работа «Технологии глобальной сети» ………...
86

3.3.3. Практическая работа «Почтовые программы в глобальной 

сети» ………………………………………………………………..
88

3.3.4. Практическая работа «Процедура поиска информации в 

глобальной сети» …………………………………………………..
90

3.3.5. Практическая работа «Защита информации при применении 

современных информационных технологий» …………………...
92

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………….
94

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ …………………………...
95

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ .…………..
98

Введение

Практикум составлен в соответствии с Рабочей программой учебной 

дисциплины «Математические методы и информационные технологии в 
научных исследованиях», разработанной в соответствии с Федеральным 
Государственным 
образовательным 
стандартом 
высшего 
образования 

согласно требованиям к результатам освоения основных образовательных 
программ по направлению подготовки 20.07.01 Техносферная безопасность 
(Адъюнктура).

Цель
составления данного практикума: многократное вхождение

адъюнктов в учебный материал при выполнении практических заданий с 
образцами и рекомендациями по их выполнению для прочного усвоения 
теоретического 
материала, 
освоения 
программного 
обеспечения, 

актуализации и получения устойчивого навыка применения прикладных 
компьютерных программ в самостоятельной работе при изучении учебной 
дисциплины «Математические методы и информационные технологии в 
научных исследован», для оформления результатов своих исследований и в 
своей профессиональной деятельности. 

Содержание и форма практических работ нацелена на подготовку 

адъюнктов к: 


использованию основных программных средств;


умению пользоваться глобальными информационными ресурсами;


владению современными средствами телекоммуникаций;


подготовкой и оформлению результатов своих исследований; 


использованию навыка работы с информацией из различных 
источников для решения профессиональных и социальных задач.

Структура практикума. В практикуме представлены материалы по 

следующим темам:

1. Базовые средства информационных технологий.
2. Средства формирования и ведения научных документов.
3. Сетевые технологии и их прикладные аспекты.

При изучении каждой темы предложено:


Корректировка опорных знаний адъюнкта для изучения темы:

o требуемые знания и умения по изучаемой теме;
o
тест по выявлению опорных знаний для изучения темы;

o
составление индивидуального плана получения знаний и 
освоения умений 

 перечень 
теоретических 
вопросов
по 
теме, 
выносимых 
на 

самостоятельное изучение, с указанием источников информации;

 набор практических заданий с образцами и рекомендациями по их 

выполнению с переходом к заданиям различного уровня самостоятельности 
адъюнктов при их выполнении.

Выписка из Рабочей Программы учебной дисциплины «Математические 

методы и информационные технологии в научных исследованиях»

Перечень планируемых результатов обучения по учебной дисциплине 
«Математические методы и информационные технологии в научных 

исследованиях», соотнесенных с планируемыми результатами освоения 

образовательной программы

В процессе изучения учебной дисциплины «Математические методы и 

информационные технологии в научных исследованиях» обучающийся 
формирует следующие компетенции.

Общепрофессиональные компетенции:
−
владение 
методикой 
разработки 
прогностических 
и 

естественнонаучных моделей исследуемых процессов, явлений и объектов, 
относящихся к области исследования (ОПК-2);

−
способность 
планировать 
и 
проводить 
эксперименты, 

обрабатывать и анализировать их результаты, оценивать научную значимость, 
перспективы прикладного исследования (ОПК-3);

−
владение 
современными 
информационными 
технологиями, 

основами культуры и этики научной деятельности (ОПК-5).

Универсальные компетенции:
−
способность к критическому анализу и оценке современных 

научных 
достижений, 
генерированию 
новых 
идей 
при 
решении 

исследовательских и практических задач, в том числе в междисциплинарных 
областях (УК-1).

В результате освоения дисциплины «Математические методы и 

информационные технологии в научных исследованиях» обучающийся 
должен демонстрировать способность и готовность:

в учебно-практической деятельности:
– ставить задачу научного исследования и уметь представить её 

формальным образом;

– проводить классификацию задач управления организационными 

системами; 

– владеть основными теоретическими методами исследования операций;
– применять 
аналитические 
и 
численные 
методы 
решения 

оптимизационных и управленческих задач;

– оценивать эффективность принимаемых управленческих решений;
– научно анализировать проблемы, процессы и явления, умение 

использовать на практике базовые знания и методы теории принятия решений 
и исследования операций;

– приобретать новые знания в области методов оптимизации, в том числе с 

использованием современных образовательных и информационных технологий;

в социально-личностных отношениях:
– обладать математической и естественнонаучной культурой, как частью 

профессиональной и общечеловеческой культуры;

– следовать этическим и правовым нормам, принципам толерантности к 

социальной адаптации, работать в коллективе, руководить людьми и 
подчиняться руководящим указаниям;

в научно-исследовательской деятельности:
– уметь грамотно формулировать постановку задачи на концептуальном 

уровне и выбирать адекватный математический метод (аппарат) для 
формализации задачи управления с целью её последующего решения 
средствами вычислительной техники;

в научно-инновационной деятельности (в соответствии с профилем 

подготовки):

– проявлять активность, умение и способность находить аналогичные 

задачи (прототипы) с точки зрения их математического описания.

В результате изучения раздела «Информационные технологии в науке 

и образовании» обучающиеся должны:
знать:

методики разработки прогностических и естественнонаучных моделей 
исследуемых процессов, явлений и объектов, относящихся к области 
исследования;


методики планирования и проведения экспериментов, обработки и 
анализа их результатов, оценки научной значимости, перспективы 
прикладного исследования;


методы критического анализа и оценки современных научных 
достижений, а также методы генерирования новых идей при решении 
исследовательских 
и 
практических 
задач, 
в 
том 
числе 
в 

междисциплинарных областях

уметь:

разрабатывать 
прогностические 
и 
естественнонаучные 
модели 

исследуемых процессов, явлений и объектов, относящихся к области 
исследования;


планировать и проводить эксперименты, обрабатывать и анализировать 
их 
результаты, 
оценивать 
научную 
значимость, 
перспективы 

прикладного исследования;


анализировать альтернативные варианты решения исследовательских и 
практических задач и оценивать потенциальные выигрыши/проигрыши 
реализации этих вариантов

владеть:

методиками разработки прогностических и естественнонаучных моделей 
исследуемых процессов, явлений и объектов, относящихся к области 
исследования;


навыками планирования и проведения экспериментов, обработки и 
анализа их результатов, оценки научной значимости, перспективы 
прикладного исследования;


навыками анализа методологических проблем, возникающих при 
решении исследовательских и практических задач, в том числе в 
междисциплинарных областях.

ТЕМА 1. БАЗОВЫЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ 

ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Корректировка опорных знаний адъюнкта для изучения темы

1.1.1. Требуемые знания и умения по теме «Базовые средства 

информационных технологий»

Иметь общее представление об основных понятиях информационных 

технологий. 

Иметь представление об аппаратном обеспечении компьютера. 
Знать и уметь объяснить отличительные особенности универсальных 

компьютеров, 
миникомпьютеров, 
рабочих 
станций, 
персональных, 

портативных, карманных компьютеров, а также перечислить значения их 
основных параметров - объём памяти, скорость обработки информации, сферу 
применения.

Знать назначение основных компонентов компьютера - процессора, 

жёсткого диска, устройств ввода/вывода, типы памяти. 

Понимать такие понятия, как хранение данных и память. 
Знать единицы измерения памяти компьютера: бит, байт, килобайт, 

мегабайт, гигабайт, терабайт. Уметь соотнести единицы измерения памяти 
компьютера с символами, файлами, папками и каталогами.

Знать и различать виды памяти компьютера, такие как оперативная 

память (RAM), постоянная память (ROM).

Уметь сравнить основные параметры типов устройств хранения данных 
дискета, zip-диск, кассета стримера, СD-ROM, внутренний и внешний жесткий 
диск.

Понимать необходимость форматирования диска.
Знать факторы, влияющие на работу компьютера, такие как: мощность 

процессора, объем оперативной памяти, количество задействованных 
приложений.

Понимать назначение внешних периферийных устройств.
Знать назначение основных устройств ввода - клавиатура, мышь, трекбол, 

сканнер, сенсорная панель, световое перо, джойстик, цифровая камера, 
микрофон.

Знать назначение основных устройств вывода - монитор, экран, принтер, 

плоттер, звуковые колонки.

Иметь представление об устройствах, являющихся одновременно 

устройствами ввода и вывода – сенсорный экран.

Знать требования техники безопасности, исправное состояние кабелей и 

выключателей, недопущение перегрузки кабелей.

Знать, что утилизация использованных картриджей для принтера, 

использование компьютеров, потребляющих меньше энергии, наносит 
меньше вреда окружающей среде.

Знать некоторые юридические аспекты, связанные с компьютерами и 

информационными технологиями.

1.1.2. Тест по выявлению опорных знаний для изучения темы «Базовые 

средства информационных технологий»

1) Информационная технология это 

a. совокупность технических средств;
b. совокупность программных средств;
c. совокупность организационных средств;
d. множество информационных ресурсов;
e. совокупность операций по сбору, обработке, передачи и хранению 

данных с использованием методов и средств автоматизации.

2) Укажите информационные технологии, которые можно отнести к базовым:

a. Текстовые процессоры.
b. Табличные процессоры.
c. Транзакционные системы.
d. Системы управления базами данных.
e. Управляющие программные комплексы.
f. Мультимедиа и Web-технологии.
g. Системы формирования решений.
h. Экспертные системы.
i. Графические процессоры.

3) Информация это

a. сообщения, находящиеся в памяти компьютера;
b. сообщения, находящиеся в хранилищах данных;
c. предварительно обработанные данные, годные для принятия 

управленческих решений;

d. сообщения, зафиксированные на машинных носителях.

4) С какой целью осуществляется кодирование информации?

a. Сокращение трудовых затрат при вводе информации.
b. Упрощение вычислительных операций.
c. Упрощение процедур сортировки данных.
d. Удобства процедур оформления управленческих документов.
e. Упрощение процедур передачи данных.

5) В состав персонального компьютера входит 

a. сканер, принтер, монитор;
b. видеокарта, системная шина, устройство бесперебойного питания;
c. монитор, системный блок, клавиатура, мышь;
d. винчестер, мышь, монитор, клавиатура.

6) Устройство ввода в ПК информации в виде текстов, рисунков слайдов, 

фотографий на плоских носителях, а также изображения объёмных 
объектов небольших размеров – это 

a. принтер;
b. монитор;