Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Методика обучения информатике

15.2. УГЛУБЛЕНИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ОБ ИНФОРМАЦИИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССАХ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ИНФОРМАТИКИ НА УГЛУБЛЕННОМ УРОВНЕ

Ниже — требования к предметным результатам обучения на углубленном уровне по обсуждаемому разделу.

ГОС-2004:

  • 1) знать/понимать:
    • • виды и свойства источников и приемников информации, способы кодирования и декодирования, причины искажения информации при передаче; связь полосы пропускания канала со скоростью передачи информации;
  • 2) уметь:
    • • выделять информационный аспект в деятельности человека; информационное взаимодействие в простейших социальных, биологических и технических системах;
    • • оценивать числовые параметры информационных объектов и процессов: объем памяти, необходимый для хранения информации; скорость передачи и обработки информации.

ФГОС-2012 (дополнительно к требованиям на базовом уровне):

• владение системой базовых знаний, отражающих вклад информатики в формирование современной научной картины мира.

Тема «Структура информатики» посвящена ознакомлению учащихся с проблематикой информатики как науки и сферы деятельности. С нее целесообразно начать изучение предмета (заметим, что при изучении информатики на базовом уровне соответствующие вопросы обычно не обсуждаются). Прежде всего с позиций ранее полученных знаний обсуждаются различные точки зрения на то, что представляет собой современная информатика. В старшей школе вполне естественно разобраться в этом вопросе и преодолеть ограниченность взгляда на информатику как на совокупность прикладных технологий. Обсуждаем предельно широкое толкование информатики как совокупности «компьютерных наук» (Computer Science) и теоретических компонент, включая кибернетику, а также более узкие подходы. Подчеркнем, что, несмотря на наличие разных точек зрения, представление об информатике в основном сформировано. Важно также донести до учащихся то, что информатику не следует относить лишь к одной из категорий наук типа естественные, математические, гуманитарные; она является фундаментальной наукой, которой присущи черты каждой из перечисленных категорий. Еще одно важное обстоятельство, которое следует всячески подчеркивать, — переплетение в информатике науки и технологий.

При описании содержания и структуры информатики за основу можно взять известную классификацию, выделяющую в информатике четыре основных составляющих: теоретическая информатика, средства информатизации, информационные технологии и социальная информатика. В углубленном курсе информатики естественно сформировать обобщенные представления о каждой из этих составляющих.

По форме организации учебного процесса данная тема скорее всего является чисто лекционной и может сопровождаться в качестве отчетного мероприятия, подготовкой и защитой реферата. В ходе лекции учитель, опираясь на раздаточный материал или проецируемую на экран схему, коротко комментирует основные ее разделы, добиваясь формирования целостного представления об информатике как науке и источнике новых (информационных) технологий.

Большая глубина изучения для учащихся, проявляющих интерес к общим вопросам информатики, может быть реализована при подготовке рефератов. Материал для соответствующей лекцию можно найти, например, в вузовских учебниках и энциклопедиях. Приходится с сожалением констатировать, что в некоторых школьных учебниках соответствующей темы нет, что делает представление учащихся об изучаемом предмете неполным.

Тема «Введение в теорию систем» также присутствует в явном виде не во всех реализациях углубленного курса информатики. Тем не менее основные понятия в этой сфере желательно сформировать. После введения понятия системы, в других темах курса оно может использоваться в контексте изучения информационного моделирования, информационных систем, информационно-коммуникационных технологий.

Начиная обсуждение понятия «система», следует обратить внимание учащихся на то, что с этим понятием они многократно встречались как в учебных дисциплинах, так и в повседневной жизни. Примеров можно привести достаточно много: Солнечная система, периодическая система химических элементов, системы растений и животных, система образования, система транспорта, система здравоохранения и многое другое. При этом вполне можно опираться на имеющееся у учащихся интуитивное понимание того, что такое система. Наряду с теми, что были перечислены выше, полезно напомнить примеры систем, с которыми ученики встречались в курсе информатики. Например, совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере, называется системой данных. Совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения образует программные системы: операционные системы, системы программирования. Файловая система — организованная совокупность файлов и папок на дисках компьютера.

В рамках этой темы развиваются представления учащихся и об информационных процессах — понятие «информационный процесс» связывается с представлением о системах, поскольку информационные процессы всегда протекают в некоторых системах. Иначе говоря, в системах, в которых имеют место информационные связи, эти связи осуществляются через информационные процессы. К таким системам относятся системы живой природы, социальные системы, технические (искусственные) системы информационного назначения.

В рамках этой темы естественно ознакомить учащихся с проблематикой кибернетики. Обсуждая вопрос о кибернетике и системах управления, следует выделить главную идею: кибернетика рассматривает любое управления как комплексный информационный процесс, включающий в себя передачу, обработку и хранение информации. Модель управления с обратной связью есть основное открытие кибернетики, объединяющее понятия системы управления и информационных процессов.

Тема «Информация. Представление информации» при изучении на углубленном уровне может быть дополнена, по отношению к изучению на базовом уровне, системой примеров информации в естественных науках (физике, химии, биологии) и в общественных науках. Следует также обсудить общие черты и различия между понятиями «информация» и «знания».

Тема «Измерение информации» при изучении на углубленном уровне дополняется ознакомлением учащихся с подходом к количеству информации как мере уменьшения неопределенности знания. При разборе этой темы раскрывается следующая последовательность понятий:

  • • неопределенность знаний о некоторых фактах (событиях);
  • • равновероятность событий (или исходов события);
  • • мера неопределенности знаний: количество различных вариантов исходов события;
  • • 1 бит — количество информации в сообщении об одном из двух равновероятных событий;
  • • количество информации (t) в сообщении об одном из N равновероятных событий, вычисляемое из решения показательного уравнения: 2' = N.

Изучение содержательного подхода к измерению информации может происходить на трех уровнях:

  • 1- й уровень: события равновероятные и неопределенность знаний равна целой степени двойки: N = 2 где k — целое положительное число;
  • 2- й уровень: события равновероятные и N > 0 — любое целое число;
  • 3- й уровень: события не равновероятные.

Первый уровень является минимальным и обязательным. В соответствующем приближении количество информации (г) может быть только целым числом: i = k бит. При обсуждении на втором уровне оказывается, что количество информации при вероятностном подходе может быть и числом не целым.

Третий уровень требует знакомства учащихся с понятием вероятности. Согласно образовательному стандарту и примерной программе по математике для полной средней школы (базовый уровень) в старших классах ученики получают представление о вероятности как статистической частоте наступления события. Мера вероятности принимает значения в диапазоне от нуля до единицы: 0 < 1. Если р — вероятность некоторого события, то количество информации в сообщении о нем выражается формулой: i = log2(l/р). В частном случае для N равновероятных событий вероятность каждого отдельного события: р = 1/N. Отсюда для количества информации в сообщении об одном событии получается та же формула, что и ранее: i = log2iV.

Тема «Кодирование информации» при изучении на углубленном уровне дополняется вопросами, связанными с двоичным кодированием и кодированием различных видов информации. Изучаются системы счисления, поясняется особая роль двоичной системы счисления во всем, что связано с компьютерами и информатикой. Осваивается перевод чисел из системы в систему и арифметические операции над ними в разных системах, представление чисел в компьютере в разных форматах, кодирование изображений и звука.

При дальнейшем углублении в тему изучаются вопросы, связанные с теорией кодирования, разработанной К. Шенноном в рамках теории информации. Здесь существует ряд интересных задач, понимание которых требует повышенного уровня математической и программистской подготовки учащихся. Дается представление о различии между равномерным и неравномерным способами кодирования, обсуждаются проблемы экономного кодирования, универсального алгоритма кодирования, кодирования с исправлением ошибок. За дополнительным материалом по этим вопросам можно обратиться к вузовским учебникам.

Тема «Обработка информации» углубляет представления учащихся об алгоритмах обработки информации. В базовом курсе информатики основной школы ограничивались интуитивным (неформализованным) определением алгоритма. В углубленном курсе вполне уместны сведения о теории алгоритмов, введение понятия алгоритмической машины, рассказ о моделях алгоритмических машин Тьюринга и Поста. Упражнения в программировании машин Тьюринга и/или Поста очень полезны как с точки зрения фундаментализации представлений об алгоритмах, так и для развития алгоритмического мышления учащихся — традиционной развивающей задачи школьной информатики.

Программирование для машины Тьюринга и Поста отличается от программирования на структурных языках, с которым ученики, возможно, знакомились в основной школе. Язык этих машин — это язык низкого уровня. Составление программ на них обладает определенными сложностями, но достаточно интересно, особенно для учеников, увлекающихся программированием. На эту тему обычно выделяется мало времени, поэтому на уроках нет возможности решить много задач. Подход должен быть индивидуальным: для большинства учащихся достаточно разобрать готовые задачи и выполнить их на учебном исполнителе. Тем же, кто увлекается программированием, следует предложить набор задач разного уровня сложности для самостоятельного выполнения в классе и дома.

Отметим, что существует несколько свободно распространяемых программных реализаций исполнителей «Машина Тьюринга» и «Машина Поста».

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы