Методические основы преподавания темы "Количество измерения информации" в школьном курсе информатике

    В полной мере информационный кризис проявился к середине ХХ века. Потоки информации стали столь огромными, что человек не имеет возможности воспринимать их и анализировать в полной мере. Это касается даже относительно узких сфер человеческой деятельности. Например, порой бывает проще и экономически целесообразнее выполнить научно-техническую разработку, нежели найти полную информацию о ней. Подобные явления ведут к разобщенности и определенной растерянности специалистов и тех, кто принимает ответственные решения[9].

    Возникновение больших потоков информации было обусловлено:

    ·  постоянным увеличением числа периодических изданий по разным областям знаний; так, если в начале ХХ века число ежемесячных физических журналов, чтение которых позволяло научному работнику быть полностью в курсе науки, не превышало десяти, то к концу века их стало на порядок больше, а объем каждого выпуска увеличился во много раз;

    ·  чрезвычайно быстрым ростом числа книг, документов, отчетов, диссертаций, докладов и т.п., в которых излагаются результаты различных видов научной и практической деятельности.

    Уровень описанного явления, наступивший в  этой сфере к середине ХХ века, часто  характеризуют как «информационный  взрыв». По оценкам специалистов, общая сумма знаний менялась на начальном этапе развития цивилизации очень медленно, но уже с 1900 г. она удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. удвоение происходило за каждые 10 лет, к 1970 г. – уже за каждые 5 лет, к концу ХХ века – ежегодно.

    Информационный  кризис породил ряд негативных явлений. Среди них отмечают[10]:

    ·  противоречия между ограниченными возможностями человека по восприятию и переработке информации и постоянно нарастающими информационными потоками;

    ·  существование огромной избыточной информации, которая затрудняет восприятие полезной информации;

    ·  укрепление образовательных, экономических, политических и других социальных барьеров, которые препятствуют распространению информации.  

    1.2. Влияние процессов информатизации общества на развитие системы образования  

    Образование – одна из самых консервативных общественных систем. Форма, методы и  организация системы образования, в основном сложившиеся в XVII веке и господствующие в современном мире, на протяжении нескольких веков практически не реагировали на развитие технологий. Однако новые информационные технологии, адекватные процессу образования по существу (поскольку обучение, передача знаний от поколения к поколению, является древнейшим информационным процессом), уже внести в образование существенные новации; еще больше они сулят в развитом информационном обществе.

    По  мере продвижения к информационному  обществу наблюдаются следующие  тенденции в сфере образования.

    Переход от механического, репродуктивного  процесса обучения к органическому, гуманистическому. Информационные технологии позволяют адаптировать учебный  процесс к нуждам отдельного индивидуума  и быстро реагировать на возникающие  перемены. Организационный способ достичь этого – индивидуальное (или глубоко индивидуализированное) обучение. В социальном плане это может обеспечить учащимся более равные возможности в получении образования

    Поддержка разнообразия. Стандартизированный  процесс обучения в традиционной школе, по общим учебным планам и программам, не позволяет учитывать разнообразие культур, присущее различным группам (национальным, религиозным и т.д.), образующим современное общество. Информационные технологии способствуют реализации такого разнообразия[12].

    Развитие  системы гибких индивидуальных учебных  программ. Здесь – иной аспект поддержки  разнообразия. В традиционной школе  учебная программа фактически представлена заданным статичным объемом знаний. Переход к новым технологиям представления информации позволяет преодолеть это ограничение, подстраивать учебные программы под возможности и интересы учащихся.

    Децентрализация учебных заведений. Вместо централизованного учреждения с фиксированным для каждого учащегося расписанием, набором уроков, школа может предоставить возможности для организации части учебного процесса на дому, а части – в составе гибких, динамически формируемых учебных групп по интересам.

    Информатизация  управления учебным заведением. В ходе преобразований создается современная информационная среда системы образования. Образовательные учреждения обеспечиваются информационными системами, автоматизируют управленческую деятельность, создают и пользуются распределенными базами данных в различных предметных областях.

    Уровень количественного и качественного  развития образовательной системы  позволяет судить о степени продвижения  страны по пути к информационному  обществу, поэтому обсудим некоторые проблемы подробнее.

    Одна  из принципиальных проблем, стоящих  перед современным образованием – сделать его более доступным  для каждого человека. Эта доступность  имеет и экономические, и социальные, и технологические аспекты. В  силу своего динамизма информационное общество требует от своих членов непрерывного, на протяжении десятков лет, обучения. Это позволяет человеку не отставать от времени, быть способным сменить профессию, занять достойное место в социальной структуре общества. В связи с этим даже возникло новое понятие: «принцип пожизненного повышения квалификации». Одним из самых радикальных следствий информатизации в сфере обучения стало исчезновение понятия расстояния. Возникли новые формы обучения; в частности, дистанционное образование, которое быстро наращивает свои возможности и в некоторых странах охватывает различные уровни образовательной системы, включая школьный, университетский и послевузовский[13].

    Информационные технологии позволяют учащимся, проживающим в отдаленных районах страны, получать доступ к информационным ресурсам и специальным знаниям, которые отсутствуют по месту проживания. То же самое уже происходит (хоть и пока в очень ограниченном масштабе) с жителями тех стран, которые не имеют возможности получить полноценное образование в своей стране. В развитом информационном обществе информационные супермагистрали сделают указанную возможность технически реализуемой практически повсеместно; станет ли эта техническая возможность истинной реальностью, зависит уже не от технологий.

    Непосредственно в обучении, как показывает опыт, весьма полезны принесенные информатизацией  технологии мультимедиа, которые позволяют  делать более доступными сложные  абстрактные построения, необходимые для образования на высоком уровне – процесс, начало которого академик Ершов назвал в свое время «визуализацией абстракций». Уже в настоящее время мультимедийные технологии, в сочетании с гипертекстовой структурой учебного материала, позволяют создавать высокоэффективные средства обучения – электронные книги, мультимедиа-энциклопедии, компьютерные фильмы, базы данных и т.д., позволяющие объединить текстовую, графическую, аудио- и видеоинформацию, анимации[14].

    На  наш взгляд, обучение в школе должно обеспечить формирование у учащихся новых знаний и умений, способов деятельности, которые им потребуются  в новой информационной среде  обитания, в том числе и для получения образования в условиях широкого использования информационных технологий обучения. Итак, целью данного исследования на этом основании является разработка методической системы обучения социальной информатике учащихся средних общеобразовательных школ. 

     1.3. Этапы развития вычислительной техники

     Основной  инструмент компьютеризации — ЭВМ (или компьютер). Человечество проделало  долгий путь, прежде чем достигло современного состояния средств вычислительной техники.

     Основными этапами развития вычислительной техники являются:

     I. ручной — с 50-го тысячелетия до н.э.;

     П. механический — с середины XVII века;

     III.  электромеханический — с девяностых годов XIX века;

     IV.  электронный — с сороковых годов XX века.

     I. Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации. Он базировался на использовании пальцев рук и ног. Счет с помощью группировки и перекладывания предметов явился предшественником счета на абаке — наиболее развитом счетном приборе древности. Аналогом абака на Руси являются дошедшие до наших дней счеты. Использование абака предполагает выполнение вычислений по разрядам, т.е. наличие некоторой позиционной системы счисления.

     В начале XVII века шотландский математик Дж. Не-пер ввел логарифмы, что оказало революционное влияние на счет. Изобретенная им логарифмическая линейка успешно использовалась еще пятнадцать лет назад, более 360 лет прослужив инженерам. Она, несомненно, является венцом вычислительных инструментов ручного периода автоматизации.

     П. Развитие механики в XVII веке стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический способ вычислений. Вот наиболее значимые результаты, достигнутые на этом пути.

     1623 г. — немецкий ученый В.Шиккард  описывает и реализует в единственном  экземпляре механическую счетную машину, предназначенную для выполнения четырех арифметических операций над шестиразрядными числами.

     1642 г. — Б.Паскаль построил восьмиразрядную  действующую модель счетной суммирующей  машины. Впоследствии была создана  серия из 50 таких машин, одна из которых являлась десятиразрядной. Так формировалось мнение о возможности автоматизации умственного труда.

     1673 г. — немецкий математик Лейбниц  создает . первый арифмометр, позволяющий  выполнять все четыре арифметических операции.

     1881 г. — организация серийного  производства арифмометров.

     Арифмометры использовались для практических вычислений вплоть до шестидесятых годов XX века.

     Английский  математик Чарльз Бэббидж (Charles Babbage, 1792—1871) выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати. Первая спроектированная Бэббиджем машина, разностная машина, работала на паровом двигателе. Она заполняла таблицы логарифмов методом постоянной дифференциации и заносила результаты на металлическую пластину. Работающая модель, которую он создал в 1822 году, была шестиразрядным калькулятором, способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы. Второй проект Бэббиджа — аналитическая машина, использующая принцип программного управления и предназначавшаяся для вычисления любого алгоритма. Проект не был реализован, но получил широкую известность и высокую оценку ученых.

     Аналитическая машина состояла из следующих четырех основных частей:

     —  блок хранения исходных, промежуточных и результирующих данных (склад — память);

     —  блок обработки данных (мельница —  арифметическое устройство);

     —  блок управления последовательностью  вычислений (устройство управления);

     —  блок ввода исходных данных и печати результатов (устройства ввода/вывода).

     Одновременно  с английским ученым работала леди Ада Лавлейс (Ada Byron, Countess of Lovelace, 1815— 1852). Она разработала первые программы для машины, заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени.

     III. Электромеханический этап развития ВТ является наименее продолжительным и охватывает около 60 лет — от первого табулятора Г.Холлерита до первой ЭВМ ENIAC.

     1887 г. — создание Г.Холлеритом  в США первого счетно-аналитического комплекса, состоящего из ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора. Одно из наиболее известных его применений — обработка результатов переписи населения в нескольких странах, в том числе и в России. В дальнейшем фирма Холлерита стала одной из четырех фирм, положивших начало известной корпорации IBM.

     Начало 30-х годов XX века — разработка счетно-аналитических комплексов. Состоят из четырех основ-

     ных устройств: перфоратор, контрольник, сортировщик и табулятор. На базе таких комплексов создаются вычислительные центры.

     В это же время развиваются аналоговые машины.

     1930 г. — В.Буш разрабатывает дифференциальный анализатор, использованный в дальнейшем в военных целях.

     1937 г. — Дж. Атанасов, К.Берри создают  электронную машину ABC.

     1944 г. — Г.Айкен разрабатывает и создает управляемую вычислительную машину MARK-1. В дальнейшем было реализовано еще несколько моделей.

     1957 г. — последний крупнейший  проект релейной вычислительной  техники — в СССР создана  PBM-I, которая эксплуатировалась до 1965 г.

     IV. Электронный этап, начало которого связывают с созданием в США в конце 1945 г. электронной вычислительной машины ENIAC.

     В истории развития ЭВМ принято  выделять несколько поколений, каждое из которых имеет свои отличительные  признаки и уникальные характеристики. Главное отличие машин разных поколений состоит в элементной базе, логической архитектуре и программном обеспечении, кроме того, они различаются по быстродействию, оперативной памяти, способам ввода и вывода информации и т.д. Эти сведения обобщены ниже в таблице.

     ЭВМ пятого поколения должны удовлетворять  следующим качественно новым функциональным требованиям: