Информационные технологии в науке и образовании

Государственное казенное образовательное учреждение  
высшего образования
«Российская таможенная академия»
Н.Г. Липатова, И.И. Никитченко, Ю.И. Сомов
Информационные 
технологии  
в науке и образовании
Учебник
Под общей редакцией кандидата технических наук,  
старшего научного сотрудника Н.Г. Липатовой
Москва
2023

УДК 004
ББК 74.026.843
 
Л61
Д о п у щ е н о 
учебно-методическим советом Российской таможенной академии  
к использованию в образовательном процессе для аспирантов и магистрантов, обучающихся 
в Российской таможенной академии
Р е ц е н з е н т ы :
В.Ю. Скиба, начальник Главного управления информационных технологий ФТС России, генераллейтенант таможенной службы, д-р техн. наук, ст. науч. сотр.; 
М.Ф. Ткаченко, заведующий кафедрой мировой экономики Дипломатической академии МИД 
России, д-р экон. наук, профессор;
И.В. СиницЫн, доцент кафедры математического обеспечения и стандартизации информационных технологий института информационных технологий РТУ МИРЭА, канд. техн. наук, доцент
Э кс п е рт ы :
И.М. Тарасова, заведующий кафедрой информатики и информационных таможенных технологий Владивостокского филиала Российской таможенной академии, канд. пед. наук, доцент;
М.М. Цвиль, доцент кафедры информатики и информационных таможенных технологий Ростовского филиала Российской таможенной академии, канд. физ.-мат. наук, доцент
Липатова Н.Г.
Л61  
Информационные технологии в науке и образовании: учебник / Н.Г. Липатова, 
И.И. Никитченко, Ю.И. Сомов; под общ. ред. канд. техн. наук, ст. науч. сотр. Н.Г. Липатовой. М.: РИО Российской таможенной академии, 2023. 380 с.
ISBN 978-5-9590-1286-1
Учебник содержит системное описание понятий, принципов, целей и задач науки и образования 
как объектов информатизации вузов. Изложены вопросы предмета информатизации вуза – применения информационных технологий в научной и образовательной сферах деятельности вуза (на примере Российской таможенной академии). Рассмотрены особенности информационного обеспечения 
науки и образования, модель электронной информационно-образовательной среды вуза, а также основы применения инновационных информационных технологий в научной и образовательной сферах деятельности. Основное внимание уделено технологии математического моделирования в научных исследованиях, инновационным образовательным технологиям в образовании, цифровой 
трансформации науки и образования, а также обеспечению информационной безопасности в научной и образовательной деятельности вуза.
Предназначен для аспирантов и магистрантов Российской таможенной академии и других вузов, обучающихся по образовательным программам по специальностям (направлениям) технических, экономических и юридических наук. Издание может быть полезно преподавателям и научным 
работникам вузов, научным руководителям аспирантов, а также специалистам таможенных органов, осуществляющим научные исследования в области таможенного дела и смежных с ним областях.
УДК 004
ББК 74.026.843
ISBN 978-5-9590-1286-1
© Российская таможенная академия, 2023

П р е д и с л о в и е
В истории человечества выделяются три глобальные социотехнологические революции: аграрная, индустриальная и информационная. Последняя из них происходит в настоящее время и реализуется как процесс информатизации общественной жизни, внедрения новых информационных 
технологий во все сферы жизни. Конечным результатом информационной 
революции должно стать создание новой постиндустриальной информационной цивилизации.
В процессе информатизации общества радикально изменяются все 
сферы его жизни, и в первую очередь наука и образование. Под влиянием новых информационных технологий создаются современные технологии образования и приобретения знаний на основе погруженности человека в новую интеллектуальную среду. Под воздействием информационных 
технологий осуществляется формирование новых целей, принципов, методов обучения и получения новых знаний.
Учебник предназначен для изучения дисциплины «Информационные 
технологии в науке и образовании» в соответствии с образовательной программой высшего образования – программой подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре, основной задачей которой является овладение следующими общими профессиональными компетенциями:
–– методологией теоретических и экспериментальных исследований 
в области профессиональной научной и образовательной деятельности;
–– культурой научного исследования и ведения учебного процесса, 
в том числе с использованием современных информационно-коммуникационных технологий.
Материалы учебника ориентированы также на обучающихся, проходящих подготовку по магистерским программам.
Учебник включает предисловие, три раздела, девять глав, заключение, 
библиографический список из 61 наименования и приложение.
Р а зд е л 1 «Наука и образование в эпоху современных информационных технологий» посвящен изложению основных положений науки как 
объекта информатизации научных знаний (глава 1), методологии и методов 
научных исследований (глава 2), рассмотрению общих положений современного образования как объекта информатизации вуза (глава 3).
В р а зд е л е 2 «Основы информатизации в науке и образовании» 
представлены общие положения и основные понятия информатизации 

и современных информационных технологий в науке и образовании (глава 4). Основное внимание уделено информационному обеспечению науки 
и образования (глава 5), электронной информационно-образовательной 
среде вуза (глава 6).
Р а зд е л 3 «Инновационные информационные технологии в науке и образовании» содержит учебный материал научно-прикладного характера. 
Представлены организационные, методологические и технологические 
особенности моделирования в научных исследованиях (глава 7), основы 
применения информационных технологий в науке и образовании, особенности цифровой трансформации науки и высшего образования (глава 8). 
Концептуальные положения обеспечения информационной безопасности 
в вузе рассмотрены в главе 9.
В п р и л оже н и е включены наиболее часто встречающиеся в тексте термины и их определения, в том числе сокращенные иностранные термины.
Для закрепления изученного материала к каждой главе приведены вопросы для самостоятельной проверки знаний (самоконтроля).
Материалы учебника прошли апробацию при чтении лекций и проведении практических занятий по дисциплине «Информационные технологии 
в науке и образовании», которая изучается аспирантами Российской таможенной академии с 2016 г.
Авторами учебника являются Надежда Григорьевна Липатова – и.о. директора научно-исследовательского института – ведущий научный сотрудник, доцент кафедры информатики и информационных таможенных технологий Российской таможенной академии, кандидат технических наук, 
старший научный сотрудник; Инна Игоревна Никитченко – заведующий 
кафедрой информатики и информационных таможенных технологий Российской таможенной академии, кандидат технических наук, доцент; Юрий 
Иванович Сомов – заместитель директора научно-исследовательского института, доцент кафедры информатики и информационных таможенных 
технологий Российской таможенной академии, кандидат военных наук.
Авторы выражают искреннюю благодарность рецензентам: Владимиру 
Юрьевичу Скибе, начальнику Главного управления информационных технологий ФТС России, генерал-лейтенанту таможенной службы, доктору технических наук; Марине Федоровне Ткаченко, заведующему кафедрой мировой 
экономики Дипломатической академии МИД России, доктору экономических 
наук, профессору; Ивану Васильевичу Синицыну, доценту кафедры математического обеспечения и стандартизации информационных технологий института информационных технологий РТУ МИРЭА, кандидату технических наук, 
доценту за ценные предложения по изложению учебного материала.

Раздел 1   
Наука и образование в эпоху современных 
информационных технологий
Глава 1
Наука как объект информатизации 
научных знаний
1.1.	 Основные положения науки как системы 
научных знаний
Наука как сфера деятельности общества играет существенную роль 
во всех преобразованиях в обществе, ее значение из года в год неизмеримо возрастает. Применение достижений науки позволило человечеству ускоренными темпами развивать материальное и духовное производство, создавать материальные и духовные ценности. При этом сама 
наука превратилась в огромный и сложный социально-экономический 
механизм.
Дать полное, всестороннее и однозначное определение термина «наука» затруднительно. Основополагающими при определении науки практически всегда являются понятия «знания», «научные знания» (например, 
«наука как система научных знаний», «наука как целостная динамическая 
система научных знаний» и др.). Здесь знания выступают как проверенный общественно-исторической практикой и удостоверенный логикой результат процесса познания действительности, который, с одной стороны, 
являет собой адекватное их отражение в сознании человека в виде представлений, понятий, суждений, теоретических схем, теорий, а с другой – 
выступает как владение ими и умение действовать на их основе.
Наиболее общее определение может быть представлено следующим образом: наука – это система, объединяющая научные знания, обоснованные 
практикой, творческую деятельность людей, направленную на получение 

нового знания, и результат этой деятельности в виде суммы полученных 
к данному моменту научных знаний.
Целями науки являются получение и применение новых знаний. Область применения таких знаний определяют общие задачи науки, среди которых:
–– решение практических проблем (технологических, инженерных, экономических, социальных, гуманитарных и др.);
–– обеспечение функционирования науки и практики как единой системы.
Модель науки представим в виде элементов науки и их взаимосвязей 
с практикой (рис. 1.1).
НАУКА
1. Система накопленных научных 
знаний (информации)
Результаты исследования
2. Научные исследования 
(процесс получения, 
систематизации 
и переработки знаний)
ПРАКТИКА
Функционирование (деятельность) 
объекта (экономика, техника, 
технология, производство)
Практические проблемы 
в функционировании 
(деятельности) объекта
Применение полученных 
научных знаний (результатов 
исследования) для решения 
проблем в практике
Рис. 1.1. Модель науки и связь ее элементов с практикой
На рис. 1.1 элемент науки (1) представляет собой статическое состояние науки как совокупность накопленных к настоящему времени научных 
знаний, элемент (2) – форму движения науки, научные исследования – как 
процесс получения, систематизации и переработки знаний. Следовательно, научное исследование представляется как научный труд (работа), вид 
научной деятельности, процесс познания (изучения) исследуемого объекта 
(экономического, технического, производственного и др.) и получения на 
этой основе новых знаний об объекте.
Практика является видом деятельности, при котором осуществляется 
материально-производственная и социально-преобразующая деятельность 
людей, обеспечивающая существование и развитие личности, общества 
и государства. При этом практика представляет собой основу формирования и развития научного исследования (научного познания), источник научного знания, критерий истинности результатов исследования.
Наука и практика составляют системное единство, в котором практике принадлежит решающая роль в развитии науки как системы знаний. 

Именно на практике формируются потребности и особенности самого 
процесса познания (исследования) как на эмпирическом, так и на теоретическом уровне. Однако наука не ограничивает свою роль простым обобщением практики, а творчески перерабатывает эмпирический материал, тем 
самым открывая новые перспективы для развития практики. Научная деятельность также рассматривается как особый вид практики.
Наука как система научных знаний характеризуется следующими специфическими признаками.
1. Систематизированность совокупности накопленных научных знаний (анализируемый объект рассматривается как определенное множество 
элементов, взаимосвязь которых обусловливает целостные свойства этого 
множества).
2. Проверенность фактов (сумма научной информации только тогда 
выступает как накопленное знание, когда ее можно проверить для уточнения истины; то, что проверке не поддается, является еще не накопленным 
научным знанием, а гипотезой; проверка может осуществляться разными 
методами: организация эксперимента, описание опыта и др.).
3. Воспроизводимость явлений (возможность воспроизвести определенное явление свидетельствует о существовании некоторого объективного закона; поэтому если факт не был в свое время воспроизведен, значит, 
либо полученная информация неверна, либо необходимо еще раз учесть 
все условия и проверить высказанные утверждения новыми опытами).
4. Долговечность той или иной системы знаний (чем долговечнее та 
или иная система знаний, тем, как правило, экономичнее и эффективнее 
принимаемые на ее основе решения, тем больше возможностей для ее применения в других областях знания; более качественными являются сами 
научные решения).
Указанные признаки характерны для общественных и гуманитарных, 
естественных и технических наук. Классификация современных наук приведена в табл. 1.1.
Та бл и ц а  1.1
Классификация современных наук
Общественные и гуманитарные науки
Естественные науки
Технические науки
Антропология
Астрономия
Агрономия
Археология
Биология
Аэронавтика
География (экономическая)
География (физическая) Баллистика
Лингвистика (языкознание)
Геология
Бионика

Общественные и гуманитарные науки
Естественные науки
Технические науки
Искусствоведение
Медицина
Биотехнологии
История
Почвоведение
Геомеханика
Клиометрия
Физика
Геофизика
Краеведение
Химия
Информатика
Культурология
Математика
Кибернетика
Литературоведение
Кораблестроение
Педагогика
Пищевые технологии и кулинария
Психология
Материаловедение
Социология
Криптография
Филология
Машиностроение
Философия и история философии
Механика
Экономика
Нанотехнология
Этнография
Робототехника
Юриспруденция
Системотехника
Библиотековедение
Строительство и архитектура
Книговедение
Трибология
Документоведение
Электротехника
Религиоведение
Энергетика
Важными понятиями в науке являются законы, закономерности и тенденции. Под законами понимаются существенные, объективные и устойчиво повторяющиеся связи и отношения, получаемые в процессе научных 
исследований. Закономерности применительно к науке – это существенные, объективные и устойчиво повторяющиеся связи и явления, получаемые в процессе научных исследований и вытекающие из соответствующих 
законов науки. Тенденции в науке определяются как выявленные в результате исследования, наблюдаемые устойчивые соотношения, свойства, признаки, присущие изучаемому объекту.
Высшей формой организации науки как системы научных знаний является теория. Понятие «теория», как и понятие «наука», сложное и имеет 
множество определений. Теория – это высшая, самая развитая организация 
научных знаний, которая дает целостное отображение закономерностей некоторой сферы действительности и представляет собой знаковую модель 
этой сферы. Структуру теории образуют понятия, суждения, принципы, аксиомы, законы, закономерности, научные положения, учения, идеи, концепции и другие элементы (рис. 1.2).
О ко н ч а н и е  т а бл и ц ы  1.1

ПОНЯТИЕ – это мысль, 
отражающая существенные 
и необходимые признаки 
определенного множества 
предметов или явлений
СУЖДЕНИЕ – это мысль, 
в которой утверждается 
или отрицается что-либо
ПРИНЦИП – это 
руководящая идея, 
основное исходное 
положение теории
АКСИОМА – это положение, 
которое является исходным, 
недоказываемым и из которого 
по установленным правилам 
выводятся другие положения
УЧЕНИЕ – совокупность 
теоретических положений 
о какой-либо области явлений 
действительности
ИДЕЯ – это новое интуитивное 
объяснение события или 
явления, определяющее 
стержневое положение 
в теории
ПОЛОЖЕНИЕ – научное 
утверждение, 
сформулированная мысль
ЗАКОН – это объективная 
существенная внутренняя, 
необходимая и устойчивая 
связь между явлениями 
и процессами
КОНЦЕПЦИЯ – это система 
теоретических взглядов, 
объединенных научной 
идеей (научными идеями)
ЗАКОНОМЕРНОСТЬ – это 
относительно устойчивая 
и регулярная взаимосвязь 
между явлениями 
и объектами реальности, 
проявляющаяся в процессах 
изменения и развития
ТЕОРИЯ
Рис. 1.2. Структурные элементы теории
Основными функциями теории являются:
–– синтетическая (объединяет знания в единую целостную систему научных знаний);
–– объяснительная (на основании познанных объективных законов объясняет явления своей предметной области);
–– мировоззренческая и методологическая (на базе теории формулируются различные методы, способы и приемы исследовательской деятельности);
–– предсказательная (функция предвидения);
–– практическая (нет ничего практичнее, чем хорошая теория).
Следовательно, и наука, и теория являются тем фундаментом, который:
–– объединяет знания в единую целостную систему научных знаний;
–– объясняет явления и противоречия в объективной реальности на основании познанных объективных законов ее функционирования и (или) 
развития;
–– формирует направления, гипотезы, принципы, методы исследования 
и способы применения результатов исследования в практической сфере;
–– прогнозирует развитие объективной реальности.

Примером прикладной теории в таможенной науке является теория таможенного контроля. Теорию таможенного контроля определим как логически организованную систему знаний, которая адекватно и целостно 
отражает область деятельности таможенных органов по совершению таможенных операций и проведению контрольно-проверочных мероприятий 
в отношении товаров и транспортных средств международной перевозки, 
перемещаемых через таможенную границу в процессе внешнеэкономической деятельности (ВЭД) и внешнеторговых поставок товаров. Следовательно, теория таможенного контроля проявляется как высшая форма организации системы знаний в области таможенного дела.
Теория таможенного контроля включает три основных компонента: 
1) область исследования; 2) совокупность знаний в этой области исследования; 3) методологию исследования. Основным рабочим механизмом исследования как в науке, так и в теории является методология (рис. 1.3).
Теория таможенного контроля
Область исследования
Знания в области 
исследования
Методология 
исследования
Объекты исследования: 
внешнеэкономическая 
деятельность (ВЭД); государственное регулирование ВЭД; 
таможенное (таможеннотарифное и нетарифное) 
и техническое регулирование; деятельность таможенных органов по реализации 
контрольно-надзорных 
функций; система таможенного контроля и др.
Система накопленных научных 
знаний (теорий, положений, 
принципов, законов, 
закономерностей) об объекте 
исследования:
законы и закономерности 
развития ВЭД; принципы 
государственного регулирования ВЭД; методы и средства 
таможенного и технического 
регулирования ВЭД; структура, 
технологии и средства 
таможенного контроля и др.
Методология исследования: 
совокупность задач 
и инструментов 
исследования (научных 
фактов, гипотез, принципов, 
методов), а также их 
логическая организация 
(последовательность) при 
проведении исследований 
в интересах  достижения 
цели (решения прикладных 
проблем (задач) в области 
таможенного контроля)
Рис. 1.3. Структура теории таможенного контроля
1.2.	 История развития науки
История развития науки берет свое начало с древних времен. Ученые 
придерживаются различных точек зрения: одни считают, что наука зародилась в Древней Греции в V в. до н.э., другие – что она возникла в Западной