Інформація та інфопроцеси

Матеріал з Фізмат Вікіпедії
Перейти до: навігація, пошук

Тема уроку: Інформація та способи її подання. Інформаційні процеси. Способи подання та кодування повідомлень, двійкове кодування, вимірювання довжини двійкового коду.

Мета уроку: познайомити учнів з поняттям „інформатика”, на основі їх життєвого досвіду сформувати поняття „інформація”, „повідомлення” та „шум”, вчити розрізняти види, властивості інформації; ознайомити з основними інформаційними процесами; розвивати логічне мислення, пам’ять, творчу уяву; виховувати інформаційну культуру. Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу. Обладнання: таблиці та схеми, роздатковий матеріал. План уроку: 1. Інформатика – наука ХХ століття. 2. Інформатика та інформація. 3. Інформація та повідомлення. Поняття про шум. 4. Властивості інформації. 5. Інформація та інформаційні процеси. 6. Подання та кодування повідомлень І. Організаційний момент 1-2 хв ІІ. Мотивація навчальної діяльності 1-2 хв ІІІ. Вивчення нового матеріалу з поетапним закріпленням 30 хв ІV. Практична частина 8 хв V. Домашнє завдання 1-2 хв VI. Підсумок уроку 1-2 хв ХІД УРОКУ

  • І. Організаційний момент.*

Привітання. Знайомство з учнями, мотивація вивчення предмета. Розповідь про побудову вивчення предмета та вимоги до нього.

  • ІІ. Мотивація навчальної діяльності*

Учитель. Наприкінці ХVI століття Джиан Доменіко Кампанело написав книгу «Місто сонця». У кожного з чотирьох головних управителів міста сонця була бібліотека, що містила лише одну книгу під назвою «Мудрість», в якій стисло та доступно було викладено усі науки. - Як ви вважаєте, що сьогодні виступає у вигляді «Книжки мудрості»? (Учитель повинен привести дитину до думки: «Людина створила книгу мудрості» – електронно-обчислювальну машину) Проблемне запитання: – Що спільне, на вашу думку, мають комп’ютер і книга? (Підсумком обговорення повинно стати визначення: «комп’ютер – це інформаційна машина, універсальний електронний інструмент для зберігання, пошуку різноманітної обробки інформації, її розповсюдження та використання»)

  • ІІІ. Вивчення нового матеріалу з поетапним закріпленням

1. Інформатика – наука ХХ століття.* Дорогі учні! Ви починаєте вивчати інформатику – широку галузь знань і новітніх технологій, пов’язаних з інформаційною діяльністю людини. Інформатика як наука досить молода: вона сформувалася у другій половині ХХ століття, але вже стала необхідною складовою освіти сучасної людини. Англійський варіант назви інформатики звучить як Computer Science – комп’ютерна наука. Найвидатнішим досягненням у цій галузі було створення персональних комп’ютерів, які швидко стали невід’ємною частиною повсякденного життя. Перший комп’ютер з’явився не так давно – у 40-х роках ХХ століття. Зараз комп’ютери допомагають нам у різних сферах діяльності. За комп’ютером працюють банкіри та менеджери, касири та економісти, юристи та видавці, студенти та учні. Завдяки комп’ютерам ви відкриваєте для себе не лише нові ігри та розваги, а й вікно у неосяжний світ Інтернету, у світ створення комп’ютерних зображень, текстів, різноманітних математичних обчислень. Ключем до оволодіння багатьма сучасними професіями є комп’ютерна обізнаність – уміння користуватися комп’ютером з метою розв’язування певного кола задач. Світ нестримно прямує до комп’ютерної доби. Відбувається перехід до мікроелектронних технологій – широкого застосування комп’ютерів у виробництві, управлінні, науці, освіті, медицині, торгівлі тощо. Сьогодні завдяки комп’ютеру наше суспільство перетворюється з індустріального в інформаційне. 2. Інформатика та інформація. Інформатика – це наука про інформацію та методи і засоби її опрацювання (інформаційні технології). Термін інформація є не означуваним. Він походить з латинської мови й означає відомості (дані, повідомлення) про властивості об’єктів, процеси чи явища навколишнього світу. Термін опрацювання є збірним. Під ним розуміють отримання, подання, зберігання, шукання, пересилання, перетворення, захист інформації тощо. Такі процеси називаються інформаційними. Методи – це прийоми опрацювання інформації певного призначення. Основним технічним засобом тут є комп’ютер. Сукупність методів і засобів утворює інформаційну технологію. Інформація (від латинського слова informatio – роз’яснення, виклад) – це відомості про навколишній світ і процеси, що відбуваються в ньому. Інформацію з навколишнього середовища людина сприймає органами чуття: 1) органи зору (світле, темне, червоне, жовте, яскраве тощо); 2) органи слуху (окремі звуки, музика, голос людини, шум вітру, плюскіт води, гудіння мотора, голоси тварин та птахів тощо); 3) органи нюху (запахи містять інформацію про їх джерела та характер цих джерел); 4) органи дотику (відомості про температуру тіла, шорсткість поверхонь, жорсткість матеріалу, щільність речовини та інші властивості деякого предмета людина може здобути, доторкаючись до предмета безпосередньо або за допомогою деяких приладів, оцінити його вагу тощо); 5) інформацію про смакові якості тих чи інших речовин(гірке, кисле, солодке, солоне тощо) людина отримує через органи смаку. 3. Інформація і повідомлення. Поняття про шум. Інформацію передають за допомогою повідомлень. Повідомлення передають за допомогою послідовності сигналів від джерела до приймача інформації. Середовище, через яке здійснюється передавання сигналів від джерела до приймача, називають каналом зв’язку. Повідомлення може бути звукове, письмове, подане за допомогою сигналів, тобто засобів деякого алфавіту. Прикладами повідомлень є: показання вимірювального пристрою, дорожні знаки, текст телеграми, розповідь оповідача, відповідь учня тощо. Існує проблема однозначного тлумачення повідомлення різними людьми, оскільки одну і ту ж інформацію можна подати за допомогою різних повідомлень. І навпаки, одне і те саме повідомлення може нести різну інформацію для різних людей. Наприклад: ¨ про місце, де дозволяється переходити вулицю пішоходам, можна повідомити написом на спеціальному щиті „Перехід”, або пофарбувавши місце переходу на дорозі білими смугами, або встановивши спеціальний дорожній знак; ¨ кивок головою згори донизу в українців є знаком згоди, а в болгар – знаком заперечення; ¨ оливкова гілка – знак миру; ¨ слова „гарна погода” можуть означати і сонячну погоду, і дощову, і теплий літній день, і морозний зимовий; ¨ сигнали машини швидкої допомоги для людини, яка на неї чекає, очевидно означають щось зовсім інше, аніж для людини, яка випадково перетинала шлях авто чи просто бачила цю машину на вулиці. Особливої уваги потребує поняття шуму. Ту частину повідомлення, яка не несе корисної інформації, називають шумом. Деколи велике за обсягом повідомлення містить мало інформації (багато шуму), і навпаки, мале повідомлення – багато. Тому потрібно розрізняти поняття обсяг текстового повідомлення та кількість інформації у повідомленні, а повідомлення треба складати так, щоб шум у ньому був мінімальним. Слід пам’ятати, що інформація може перетворюватися на шум, і навпаки, шум може перетворюватись на інформацію. Наприклад: ¨ якщо кілька разів повідомляється про одну і ту саму таємницю, то перше повідомлення несе інформацію, а наступні такі повідомлення для однієї і тієї самої людини – шум. У такий спосіб інформація перетворюється на шум. Навпаки, якщо якомусь повідомленню спочатку не надавали значення і вважали, що воно не несе корисної інформації, а пізніше в цьому повідомлення виявили корисну інформацію (реклама ліків), то в такий спосіб шум перетворюється на інформацію. 3. Властивості інформації. Проблемна ситуація: уявіть собі, що ми з вами знаходимось на засіданні суду. Розглядається справа одного рецидивіста. Наше завдання – оцінити (охарактеризувати) інформацію, яка висвітлюється на цьому засіданні: Виступ або відповіді самого злочинця. Достовірна (вірогідна) інформація чи ні? Виступ адвоката, який отримав за захист злочинця гроші. Об’єктивна інформація чи ні? Акт експертизи, в якому дуже багато спеціальних термінів. Зрозуміла інформація чи ні? Виступ прокурора, який згадав якісь давні гріхи підсудного. Актуальна інформація чи ні? Виступ свідка, який не все бачив. Повна інформація чи ні? Виступ свідка, який взагалі сплутав злочинця з іншою людиною. Корисна інформація чи ні? В бесіді узагальнюються відповіді учнів. Записується тема уроку. Пояснення. Крім сприймання інформації за допомогою органів чуття при безпосередньому контакті з об’єктами зовнішнього світу, людина може зберігати, опрацьовувати інформацію, в результаті отримувати нові знання, нову інформацію і передавати її іншим людям за допомогою повідомлень. При цьому особливо важливо, щоб інформація, яку несуть повідомлення, сприяла сприйманню на її основі правильних рішень, вона повинна характеризуватися такими властивостями, як об’єктивність, вірогідність, повнота, актуальність, корисність, зрозумілість. Розглядається таблиця (дивитися у додатку Властивості) 4. Основні інформаційні процеси. Основним інформаційними процесами є: пошук – збирання – зберігання – передавання – опрацювання – використання – захист інформації Пошук інформації Однією з найважливіших операцій з повідомленнями є пошук повідомлень серед наявних, що містять принаймні якусь інформацію про ті чи інші явища, об’єкти, процеси. Пошук необхідних повідомлень невіддільний від опрацювання наявних. Такий пошук здійснюється в довідниках, енциклопедіях, архівах, словниках, журналах, книжках та інших засобах зберігання повідомлень за деякими ключовими словами. Це може бути назва твору чи деякі слова з анотації. Існують ручні та автоматизовані методи пошуку інформації в сховищах. Інформаційно-довідкова система це сховище інформації, яке включає засоби введення, зберігання, захисту, пошуку і подання повідомлень. Сучасні системи для пошуку існують в Інтернет. Вони дають змогу знайти інформацію практично на будь-яку тему. Сучасні пошукові системи містять у собі не просто масиви документів, а банки даних. У них зберігається різноманітна інформація, необхідна фахівцям для вирішення практичних завдань. У сучасному світі існує величезна кількість банків даних, цікавих для економістів, політиків, інженерів, комерсантів, лікарів тощо. Збір інформації Збором інформації можна називати найпростіші дії, які ви вже не раз виконували. Це занесення нових записів до вашої телефонної книжки, щоденне вимірювання температур повітря тощо. Для пошуку і збирання повідомлень, що несуть потрібну інформацію, використовують різноманітні засоби і методи: • опитування; • спостереження, досліди; • експериментування (випробування); • анкетування; • консультації з фахівцями з питань, що вивчаються; • читання відповідної літератури; • перегляд відео-, телепрограм; • робота в бібліотеках, архівах; • запити до інформаційно-довідкових систем. Інформація, зібрана автоматизованими системами управління, записується у відповідні бази даних, на її основі можуть складатися електронні архіви. Зберігання інформації Для зберігання великих масивів повідомлень їх наносять на довгоіснуючі носії (папір, дерев’яні, металеві та інші поверхні, кінострічки, магнітні стрічки і диски, лазерні диски). При цьому повідомлення відповідним чином впорядковують: – за галузями знань (математика, історія, література, мистецтво); – – за мовами подання (англійська, іспанська, російська, українська); – – за алфавітом стосовно ключових слів (довідники, словники); – – за типами повідомлень і носіїв (для книжок – бібліотеки, для документів – архіви, для кінострічок – фільмотеки і т.д.); – Щоб інформацію, яку несуть повідомлення, можна було використовувати, причому багатократно, їх необхідно зберігати. – Спосіб зберігання повідомлень залежить від їх носіїв. Сховища повідомлень можуть бути різноманітні: • бібліотеки, відеотеки, фонотеки, архіви, патенти, бюро, музеї, картинні галереї; • комп’ютерні сховища – бази і банки даних, інформаційно-пошукові системи, електронні енциклопедії, медіатеки. Передавання інформації Для передавання повідомлень люди здавна використовують різноманітні способи і засоби – сторожові вишки, сигнальні вогні, гінців, сплавляння носіїв повідомлень за течією рік. Приклад. В історію людства ввійшов подвиг грецького воїна, пов’язаний з передаванням повідомлення. 490 р. до н.е. після перемоги грецького війська над персами біля поселення Марафон, що заходиться на віддалі 40 км від Афін, до столиці відправили воїна, щоб передати повідомлення про перемогу. Воїн пробіг без відпочинку всю віддаль від Марафону до Афін. Прибігши до столиці, він вигукнув: „Ми перемогли!” і впав мертвий. На честь цього подвигу і нині на Олімпійських іграх проводяться змагання з марафонського бігу. Сьогодні повідомлення письмові, звукові, візуальні передають за допомогою сучасних засобів телекомунікацій (віддаленого зв’язку) – телеграфних апаратів, телефонного, радіо та супутникового зв’язку на будь-які віддалі. Опрацювання інформації Опрацювання повідомлень необхідне для виявлення інформації, яку вони несуть. При цьому повідомлення є інформаційним моделями процесів і явищ, описаних у повідомленнях. Слово „модель” означає образ, зразок, замінник, опис. Різні типи моделей використовують для опису та вивчення тих чи інших характеристик об’єктів навколишнього світу. Наприклад, глобус є моделлю земної кулі, географічна карта є моделлю деякої частини земної поверхні і т.п. вивчаючи різноманітні повідомлення, перевіряючи на їх основі можливі припущення, тобто здійснюючи аналіз повідомлень, з наявних повідомлень виводять різні твердження та їх обґрунтування, висновки, узагальнення, тобто здобувають інформацію, подаючи результати у вигляді нових повідомлень, правил, тверджень, виявлених закономірностей, здійснюючи таким чином синтез нових знань, нової інформації. Інформація, що надійшла, називається вхідною інформацією. З цієї інформації після опрацювання утворюється якісно нова, вихідна інформація. Використання інформації Сучасний світ взаємозалежний, взаємозв’язаний. Неправильне або зловмисне використання інформації в системах управління, зв’язку, виробничих та суспільних процесах може призвести до аварій, військових конфліктів, дезорганізації діяльності наукових центрів і лабораторій, краху банків і виробничих підприємств, соціальних криз тощо. Тому інформацію потрібно захищати від спотворювання, втрати, несанкціонованого доступу, зловмисного використання. Захист інформації Розвиток промислового виробництва призвів до появи великої кількості нових знань. Разом з тим виникла необхідність частину таких знань приховувати від конкурентів, захищати їх. Інформація сьогодні стала продуктом і товаром, який можна купувати, продавати, обмінювати. Захистом інформації називають забезпечення неможливості: • доступу до інформації сторонніх осіб (несанкціонований, нелегальний доступ); • несумисного або недозволеного використання, зміни чи руйнування інформації. За сучасних умов, особливо під час роботи в мережах, існує постійна небезпека псування або втрати інформації. Захист інформації слід здійснювати в кількох напрямах. По-перше, це захист від випадкових чинників, тобто неправильних дій користувача, виходу з ладу апаратури. По-друге, це захист від злочинних дій, що полягають у розкритті конфіденційності (секретної) інформації, у несанкціонованому доступі до інформаційних ресурсів. Ці завдання виконують служби безпеки, які забезпечують цілісність та надійність даних, контроль доступу до інформації і захист від збоїв апаратури.

6. Подання та кодування повідомлень.

Одиниця виміру кількості інформації, яка дала б змогу дізнатися, яке повідомлення містить більше інформації, а яке — менше, назвали бітом.

 Повідомлення, що зменшує невизначеність знань людини у два рази, несе 1 біт інформації.

Повідомлення може бути закодованим, тобто інформація, що містить це повідомлення, може бути подана в іншій формі, що полегшить інформаційні процеси з нею.

Іноді кодування здійснюють з метою приховати інформацію, що її містить повідомлення. Такий вид обробляння інформації називають шифруванням. 
Алфавіт, що містить лише два символи, називають двійковим.
Інформаційна вага символу двійкового алфавіту дорівнює 1 біт (а саме слово біт утворене скороченням англійських слів binary digit, що означає — двійкова цифра).
Зі збільшенням кількості символів в алфавіті більшає їх інформаційна вага. 

Інформацію, подану у формі, зручній для обробляння, зберігання та передавання за допомогою комп’ютера, називають даними.
Для роботи з даними комп'ютери використовують двійкову систему.

Для вимірювання значних обсягів даних використовують одиниці, похідні від байта: 1 кілобайт = 1 Кбайт (КБ) = 210 байтів = 1024 байти; 1 мегабайт = 1 Мбайт (МБ) =210 Кбайтів = 1024 Кбайти; 1 гігабайт = 1 Гбайт (ГБ) = 210 Мбайтів = 1024 Мбайти; 1 терабайт = 1 Тбайт (ТБ) = 210 Гбайтів = 1024 Гбайти


Визначення обсягу текстового повідомлення .
 Визначимо інформаційний обсяг цього текстового повідомлення. 
 Для цього треба визначити кількість символів, з яких воно складається, а потім помножити цю кількість на інформаційну вагу одного символу алфавіту (у нашому випадку — на 8 біт).

Наприклад.

  Нехай ми отримали текстове повідомлення, у якому міститься текст сторінки підручника. У ньому 30 рядків, у кожному з яких є 50 символів. Отже, наше текстове повідомлення містить: 
  30 (рядків) • 50 (символів) • 8 (інформаційна вага символу) = 12 000 біт інформації. 
  Навіть якщо цей обсяг перевести в байти (1 байт = 8 біт, ми отримаємо 1500 байт).
  • ІV. Практична частина*

Завдання до практичної роботи Приклад 1. Якщо над яром вигукнути слово «луна» і у відповідь почути відлуння – слово «луна», чи отримується при цьому якесь повідомлення? Якщо так, то яке? Про що? Приклад 2. Чи однакову інформацію несуть повідомлення «+» і «знак додавання»? Приклад 3. Наведіть приклади, коли повідомлення має різний зміст залежно від того, які властивості цікавлять людину? Приклад 4. Наведіть приклади повідомлень, команд, вимог, правил, законів, які повинні різними людьми, за різних обставин тлумачитись однаково? Приклад 5. Наведіть приклади різних мов, за допомогою яких можна подати повідомлення для різних людей. Приклад 6. Чи можна повідомлення передавати за допомогою технічних пристроїв? Наведіть приклади. Приклад 7. Чи є для вас інформацією фільм, який не вдалося переглянути? Приклад 8. Чи є вакуум носієм інформації? Приклад 9. Визначити інформаційний обсяг повідомлення: «Ми вивчаємо інформатику!»

  • V. Домашнє завдання*

1 В.М. Морзе. "Інформатика", 10 кл. §§1,2. 2. Опрацювати конспект уроку, підготуватися до самостійної роботи. VІ. Підсумок уроку. Фронтальне опитування: 1. Що нового ви сьогодні дізналися на уроці? 2. Чому наука має назву інформатика? 3. Як людина отримує інформацію з навколишнього світу? 4. Як ви розумієте поняття „повідомлення”? Приклади. 5. Наведіть приклади перетворення інформації в шум. 6. Які властивості інформації ви запам’ятали? Наведіть приклади. 7. Які види інформації ви знаєте? 8. Які інформаційні процеси ви знаєте? 9. Що таке 1 біт? 10. Як визначити інформаційний обсяг текстового повідомлення?