ГИА СИУ

 

6. Базовый курс школьной информатики

 

Информатика и ИКТ (информационно-коммуникационные технологии)как самостоятельный учебный предмет представлена с 8-го класса по 1 часу в неделю и в 9-м классе — по 2 часа в неделю. Возможно увеличение количества часов за счет регионального компонента и компонента образовательного учреждения, а также за счет часов "Технологии", отведенных на организацию предпрофильного обучения в 9-м классе

Разделы данного курса и содержательно-методические линии представлены в рисунке.

 

 

ЛИНИЯ ИНФОРМАЦИИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

 

Система знаний содержательной линии «Информация и информационные процессы» представлена в виде графа на схеме 1.

Данная схема объединяет в себе структуру двух содержательных линий: «Информация и информационные процессы» и «Представление информации». Их можно рассматривать в качестве интегрированной линии с названием «Информация». Линия информации охватывает содержание всего базового курса, поскольку понятие информации является в нем центральным. В любой теме курса речь идет о различных вариантах представления информации и информационных процессов. Поэтому схема 1 представляет собой структуру наиболее общих понятий предмета.

Каждое из понятий данной системы рассматривается в базовом курсе в двух аспектах: «компьютерным» и «бескомпьютерным». Под бескомпьютерным аспектом понимается рассмотрение информации без привязки к компьютеру, с общих позиций, по отношению к человеку, обществу, природе. В этом аспекте изучаются такие вопросы, как: определение и измерение информации, информационные модели, информационные процессы и процессы управления в природе и обществе. Под компьютерным аспектом понимается изучение информационной стороны функционирования самого компьютера в рамках архитектуры ЭВМ, а также изучение компьютерных технологий работы с информацией, программирования.

Ключевыми вопросами данной содержательной линии являются:

• определение информации;

• измерение информации;

• хранение информации;

• передача информации;

• обработка информации.

 

1.1 Методические проблемы определения информации

 

1.1.1Подходы к раскрытию темы в учебной литературе

То, что понятие «информация» является центральным в курсе информатики, кажется очевидным уже хотя бы потому, что с этим термином связано название предмета. Однако если проанализировать существующие учебники и учебные пособия, то возникает вывод, что далеко не в каждом из них это обстоятельство находит отражение. Тому есть две причины.

Первая заключается в том, что в авторских концепциях ряда учебников на первое место ставится отнюдь не информация. В большей степени это относится к учебникам первого [Ершов] и второго [Гейн, Кушниренко, Каймин] поколения. В них главными понятиями и объектами изучения выступают «алгоритм» и «компьютер». Информация упоминается лишь вскользь и в основном определяется на интуитивном уровне.

Вторая причина — в объективной сложности самого понятия «информация». Это понятие относится к числу фундаментальных в науке, носит философский характер и является предметом постоянных научных дискуссий.

{Анализ учебников 1 и 2 поколения}

Для истории литературы по школьной информатике значительным событием стал выход в 1994 г. книги «Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих». В ней впервые было отражено все разнообразие предметной области информатики, ее научное содержание. В статье «Информация» дано следующее определение: «Информация — это содержание сообщения, сигнала, памяти, а также сведения, содержащиеся в сообщении, сигнале или памяти». В этом определении  делается попытка объединить «человеческую» и «техническую» позиции по отношению к информации.

В учебниках  третьего поколения следующая ситуация. В учебнике А. Г. Гейна и др. на протяжении четырех глав (из шести) вообще обходятся без какого-либо определения информации. В 5-й главе практически повторяется определение из книги второго поколения.

В учебнике И.Г. Семакина и др.  раскрываются два подхода к понятию информации. Первый можно назвать субъективным подходом, при котором информация рассматривается с точки зрения ее роли в жизни и деятельности человека. С этой позиции информация — это знания, сведения, которыми обладает человек, которые он получает из окружающего мира.

Второй подход можно назвать кибернетическим, поскольку развитие он получил в кибернетике. Именно этот подход позволяет создавать машины, работающие с информацией. С этой точки зрения информация — это содержание последовательностей символов (сигналов) из некоторого алфавита. В таком случае все виды информационных процессов (хранение, передача, обработка) сводятся к действиям над символами, что и происходит в технических информационных системах.

 

1.1.2. Методические рекомендации по изучению темы

Изучаемые вопросы:

• Чем является информация для человека.

• Декларативные и процедурные знания (информация).

• Кибернетический подход к информации.

• Роль органов чувств человека в процессе восприятия им информации.

 

Субъективный подход. При раскрытии понятия «информация», с точки зрения субъективного (бытового, человеческого) подхода следует отталкиваться от интуитивных представлений об информации, имеющихся у детей. Целесообразно вести беседу в форме Диалога, задавая ученикам вопросы, на которые они в состоянии ответить.

Таким образом, учитель вместе с учениками приходит к определению: информация для человека — это знания, которые он получает из различных источников. Далее на многочисленных известных детям примерах следует закрепить это определение.

Вопрос о классификации знаний (а стало быть, информации) очень сложный. В науке существуют различные подходы к нему. Особенно много занимаются этим вопросом специалисты в области искусственного интеллекта. В рамках базового курса достаточно ограничиться делением знаний на декларативные и процедурные. Описание декларативных знаний можно начинать со слов: «Я знаю, что...». Описание процедурных знаний — со слов: «Я знаю, как...». Нетрудно дать примеры на оба типа знаний и предложить детям придумать свои примеры.

Учитель должен хорошо понимать пропедевтическое значение обсуждения данных вопросов для будущего знакомства учеников с устройством и работой компьютера.

 

Кибернетический подход. Между информатикой и кибернетикой существует тесная связь. Основал кибернетику в конце 1940-х гг. американский ученый Норберт Винер. Можно сказать, что кибернетика породила современную информатику, выполнила роль одного из ее источников. Сейчас кибернетика входит в информатику как составная часть.

Кибернетику определяют как науку об общих свойствах процессов управления в живых и неживых системах.

Для описания сложных систем в кибернетике используется модель «черного ящика». Термины «черный ящик» и «кибернетическая система» можно использовать как синонимы. Главные характеристики «черного ящика» — это входная и выходная информация. И если два таких черных ящика взаимодействуют между собой, то делают они это только путем обмена информацией.

Информация между кибернетическими системами передается в виде некоторых последовательностей сигналов. Выходные сигналы одних участников обмена являются входными для других.

С точки зрения кибернетики, информацией является содержание передаваемых сигнальных последовательностей.

{привести примеры}

1.2. Подходы к измерению информации

 

1.2..1 Подходы к раскрытию темы в учебной литературе

Проблема измерения информации напрямую связана с проблемой определения информации, поскольку сначала надо уяснить, ЧТО собираемся измерять, а потом уже — КАК это делать какие единицы использовать.

{ОБзор учебников, акцент на “ количество информации равно количеству двоичных цифр (битов) в таком коде ”}

??????? студентам рассмотреть разные подходы. Результаты – в таблицу

 

1.2.2 Методические рекомендации по изучению темы

 

Содержательный подход к измерению информации

Изучаемые вопросы:

• От чего зависит информативность сообщения, принимаемого человеком.

• Единица измерения информации.

• Количество информации в сообщении об одном из N равновероятных событий.

С позиции содержательного подхода просматривается следующая цепочка понятий: информация — сообщение — информативность сообщения — единица измерения информации — информационный объем сообщения.

Исходная посылка: информация — это знания людей. Следующий вопрос: что такое сообщение? Сообщение — это информационный поток, который в процессе передачи информации поступает к принимающему его субъекту. Сообщение — это и речь, которую мы слушаем (радиосообщение, объяснение учителя), и воспринимаемые нами зрительные образы (фильм по телевизору, сигнал светофора), и текст книги, которую мы читаем и т.д.

Вопрос об информативности сообщения  обсуждается на примерах, предлагаемых учителем и учениками. Правило: информативным назовем сообщение, которое пополняет знания человека, т.е. несет для него информацию...

Нельзя отождествлять понятия «информация» и «информативность сообщения».

При объяснении этой темы можно предложить ученикам поиграть в своеобразную викторину. Например, учитель предлагает детям перечень вопросов, на которые они молча записывают ответы щ бумагу. Если ученик не знает ответа, он ставит знак вопроса. После этого учитель дает правильные ответы на свои вопросы, а ученики записав ответы учителя, отмечают, какие из них оказались для них информативными (+), какие — нет (—). При этом для сообщений отмеченных минусом, нужно указать причину отсутствия информации: не новое (это я знаю), непонятное.

Введение понятия «информативность сообщения» является первым подходом к изучению вопроса об измерении информации в рамках содержательной концепции. Если сообщение неинформативно для человека, то количество информации в нем, с точки зрения этого человека, равно нулю. Количество информации в информативном сообщении больше нуля.

Для определения количества информации нужно ввести единицу измерения информации. В рамках содержательного подхода такая единица должна быть мерой пополнения знаний субъекта; иначе можно еще сказать так: мерой уменьшения степени его незнания.

Определение бита — единицы измерения информации может оказаться сложным для понимания учениками. В этом определении содержится незнакомое детям понятие «неопределенность знаний». Прежде всего нужно раскрыть его. Учитель должен хорошо понимать, что речь идет об очень частном случае: о сообщении которое содержит сведения о том, что произошло одно из конечного множества (N) возможных событий.

Еще одной сложностью является понятие равновероятности. Здесь следует воспользоваться интуитивным представлением детей, подкрепив его примерами. События равновероятны, если ни одно из них не имеет преимущества перед другими. С этой точки зрения выпадения орла и решки — равновероятны; выпадения каждой из шести граней кубика — равновероятны. Полезно привести примеры и неравновероятных событий. Например, в сообщении о погоде в зависимости от сезона сведения о том, что будет дождь или снег могут иметь разную вероятность. Летом наиболее вероятно сообщение о дожде, зимой — о снеге, а в переходный период (в марте или ноябре) они могут оказаться равновероятными. Понятие «более вероятное событие» можно пояснить через родственные понятия: более ожидаемое, происходящее чаще в данных условиях. В рамках базового курса не ставится задача понимания учениками строгого определения вероятности, умения вычислять вероятность. Но представление о равновероятных и неравновероятных событиях должно быть ими получено. Ученики должны научиться приводить примеры равновероятных и неравновероятных событий.

 

{Интуитивный вывод формулы подсчета количества информации «+» и « » моменты этого подхода}

 

Кибернетический (алфавитный) подход к измерению информации

Изучаемые вопросы:

• Что такое алфавит, мощность алфавита.

• Что такое информационный вес символа в алфавите.

• Как измерить информационный объем текста с алфавитной точки зрения.

• Что такое байт, килобайт, мегабайт, гигабайт.

• Скорость информационного потока и пропускная способность канала.

Рассматриваемый в этой теме подход к измерению информации является альтернативным к содержательному подходу, обсуждавшемуся ранее. Здесь речь идет об измерении количества информации в тексте (символьном сообщении), составленном из символов некоторого алфавита. К содержанию текста такая мера информации отношения не имеет. Поэтому такой подход можно назвать объективным, т. е. не зависящим от воспринимающего его субъекта.

Алфавитный подход — это единственный способ измерения информации, который может применяться по отношению к информации, циркулирующей в информационной технике, в компьютерах.

Опорным в этой теме является понятие алфавита. Алфавит — это конечное множество символов, используемых для представления информации. Число символов в алфавите называется мощностью алфавита (термин взят из математической теории множеств). В основном содержании базового курса алфавитный подход рассматривается лишь с позиции равновероятного приближения. Это значит, что допускается предположение о том, что вероятности появления всех символов алфавита в любой позиции в тексте одинаковы. Разумеется, это не соответствует реальности и является упрощающим предположением.

{Формула Хартли Объемный подход}

Минимальная мощность алфавита, пригодного для передачи информации, равна 2. Такой алфавит называется двоичным алфавитом. Информационный вес символа в двоичном алфавите легко определить. Поскольку 2i = 2, то i = 1 бит. Итак, один символ двоичного алфавита несет 1 бит информации. С этим обстоятельством ученики снова встретятся, когда будут знакомиться с алфавитом внутреннего языка компьютера — языка двоичного кодирования.

Бит — основная единица измерения информации. Кроме нее используются и другие единицы. Следует обратить внимание учеников на то, что в любой метрической системе существуют единицы основные (эталонные) и производные от них. Например, основная физическая единица длины — метр. Но существуют миллиметр, сантиметр, километр. Расстояния разного размера удобно выражать через разные единицы. Так же обстоит дело и с измерением информации. 1 бит — это исходная единица. Следующая по величине единица — байт. Байт вводится как информационный вес символа из алфавита мощностью 256. Поскольку 256 = 28, т0 1 байт = 8 бит.

Компьютер для внешнего представления текстов и другой символьной информации использует алфавит мощностью 256 (во внутреннем предъявлении любая информация в компьютере кодируется в двоичном алфавите).

Представляя ученикам более крупные единицы: килобайт, мегабайт, гигабайт — нужно обратить их внимание на то, что мы привыкли приставку «кило» воспринимать, как увеличение в 1000 раз. В информатике это не так. Килобайт больше байта в 1024 раза, а число 1024 = 210. Так же относится и «мега» по отношению к «кило» и т.д. Тем не менее часто при приближенных вычислениях используют коэффициент 1000.

?????????? Задачи

 

1.3. Процесс хранения информации

 

Изучаемые вопросы:

• Носители информации.

• Виды памяти.

• Хранилища информации.

• Основные свойства хранилищ информации.

Понятие «информационные процессы», так же как и понятие «информация», является базовым в курсе информатики. Под информационными процессами понимаются любые действия, выполняемые с информацией. Примеры информационных процессов, с которыми нам приходится постоянно иметь дело: получение информации из средств СМИ, обучение, принятие управляющих решений, разработка технического проекта, документооборот на предприятии, сдача экзаменов и многие другие. Согласно схеме 1 существуют три основных типа информационных процессов, которые как составляющие присутствуют в любых других более сложных процессах. Это хранение информации, передача информации и обработка информации. Первоначально следует рассмотреть эти процессы без привязки к компьютеру, т. е. применительно к человеку. Затем, при изучении архитектуры ЭВМ, компьютерных информационных технологий речь пойдет о реализации тех же самых информационных процессов с помощью ЭВМ.

С хранением информации связаны следующие понятия: носитель информации (память), внутренняя память, внешняя память, хранилище информации.

Носитель информации — это физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Основным носителем информации для человека является его собственная биологическая память (мозг человека). Собственную память человека можно назвать оперативной памятью. Здесь слово «оперативный» является синонимом слова «быстрый». Заученные знания воспроизводятся человеком мгновенно. Собственную память мы еще можем назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель — мозг — находится внутри нас.

Все прочие виды носителей информации можно назвать внешними (по отношению к человеку). Виды этих носителей менялись со временем: в древности были камень, дерево, папирус, кожа и пр. Во II в. нашей эры в Китае была изобретена бумага. Однако до Европы она дошла лишь в XI в. С тех пор бумага является основным внешним носителем информации. Развитие информационной техники привело к созданию магнитных, оптических и других современных видов носителей информации

Хранилище информации — это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования. Примерами хранилищ являются архивы документов, библиотеки, справочники, картотеки. Основной информационной единицей хранилища является определенный физический документ: анкета, книга, дело, досье, отчет и пр. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т.е. упорядоченность, классификация хранимых документов. Такая организация необходима для удобства ведения хранилища: пополнения новыми документами, удаления ненужных, поиска информации и пр.

Знания, сохраненные в памяти человека, можно рассматривать как внутреннее хранилище информации, однако его организацию нам понять трудно. Основное свойство человеческой памяти — быстрота, оперативность воспроизведения хранящейся в ней информации. Но, по сравнению с внешними хранилищами, человеческая память менее надежна. Человеку свойственно забывать информацию. Хотя психологи утверждают, что из памяти человека ничего не исчезает, тем не менее способность к воспроизведению некоторых знаний довольно часто теряется человеком. Именно для более надежного хранения человек использует внешние носители, организует хранилища. Впрочем, известен исторический феномен в этом отношении: у народа древних инков не было письменности. Все свои знания они хранили в собственной памяти. С нашей точки зрения в этом случае трудно объяснить возможность достижения высокого уровня цивилизации инков.

Основные свойства хранилища информации: объем хранимой информации, надежность хранения, время доступа (т.е. время поиска нужных сведений), наличие защиты информации.

Информацию, хранимую на устройствах компьютерной памяти, принято называть данными. Для описания хранения данных в компьютере используются те же понятия: носитель, хранилище данных, организация данных, время доступа, защита данных. Организованные хранилища данных на устройствах внешней памяти компьютера принято называть базами и банками данных.

 

1.4. Процесс обработки информации

 

Изучаемые вопросы:

• Общая схема процесса обработки информации.

• Постановка задачи обработки.

• Исполнитель обработки.

• Алгоритм обработки.

• Типовые задачи обработки информации.

 

Любой вариант процесса обработки информации происходит по следующей схеме

 

 

 

 

 

????????? Сделать обзор.

 

1.5. Процесс передачи информации

 

• Изучаемые вопросы:

• Источник и приемник информации.

• Информационные каналы.

• Роль органов чувств в процессе восприятия информации человеком.

• Структура технических систем связи.

• Что такое кодирование и декодирование.

• Понятие шума; приемы защиты от шума.

• Скорость передачи информации и пропускная способность канала.

Ключевыми понятиями в описании процесса передачи информации являются источник информации, приемник информации, информационный канал. Схематично этот процесс можно изобразить так

 

 

 

 

 

Понятия  сообщение, канал передачи информации (информационный канал. Примеры

При углубленном изучении базового курса информатики следует познакомить учеников с основными понятиями технической теории связи. Американским ученым Клодом Шенноном, одним из основателей теории информации, была предложена схема процесса передачи информации по техническим каналам связи.

 

??????? сам-но: кодирование, декодирование, шумы, К.Шеннон и т.д

 

1.6. Требования к знаниям и умениям учащихся по линии информации и информационных процессов

 

Пункты, отмеченные звездочкой относятся к углубленному уровню изучения курса.

Учащиеся должны знать:

• определение информации в соответствии с содержательным подходом и кибернетическим (алфавитным) подходом;

• что такое информационные процессы;

• какие существуют носители информации;

• как определяется единица измерения информации — бит;

• что такое байт, килобайт, мегабайт, гигабайт;

• в каких единицах измеряется скорость передачи информации;

• *связь между количеством информации в сообщении о некотором событии и вероятностью этого события (в приближении равной вероятности и в общем случае);

• *схему К. Шеннона процесса передачи информации по техническим каналам связи; смысл и назначение ее отдельных элементов.

Учащиеся должны уметь:

• приводить примеры информации и информационных процессов из области человеческой деятельности, живой природы и техники;

• определять в конкретном процессе передачи информации источник, приемник, канал;

• приводить примеры информативных и неинформативных сообщений;

• приводить примеры сообщений, несущих 1 бит информации-

• измерять информационный объем текста в байтах (при использовании компьютерного алфавита);

• пересчитывать количество информации в различных единицах (битах, байтах, Кбайтах, Мбайтах, Гбайтах);

• рассчитывать скорость передачи информации по объему и времени передачи, а также решать обратные задачи;

• *вычислять количество информации в сообщении о событии с известной вероятностью (в приближении равной вероятности и в общем случае).

 

Варианты учебно-методических проектов для студентов'

1. Предложить варианты опорных листов по усвоению базовых понятий учебного раздела базового курса информатики.

2. Описать требования к программному средству учебного назначения — демонстрации закономерностей информационных процессов в системах различной природы.

3. Разработать на основе теоретического материала учебного раздела базового курса информатики варианты тестовых заданий для организации текущего и итогового контроля, а также самоконтроля.

4. Предложить формы организации внеучебных занятий по ключевым вопросам учебного раздела базового курса информатики.

5. Разработать виды и содержание учебной деятельности учащихся на уроках информатики при организации обучения в группах (на учебном материале конкретного раздела).

6. Разработать занимательные задачи по теме учебного раздела базового курса информатики.

7. Разработать развивающие задачи по теме учебного раздела базового курса информатики.

8. Разработать задачи творческой направленности по теме учебного раздела базового курса информатики.

9. Разработать на основе разнотипных задач, используемых в процессе изучения конкретного раздела базового курса информатики, тестовые задания практико-ориентированного характера.

10. Разработать компьютерные варианты учебных заданий для организации программированного обучения конкретному разделу базового курса информатики.

11. Анализ роли стиля мышления в процессе изучения базового курса информатики (на примере конкретного учебного раздела).

 

 

Сайт создан по технологии «Конструктор e-Publish»
Hosted by uCoz