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

     Далее рассматриваются более крупные  единицы измерения количества информации, и приводится таблица перевода одних единиц измерения в другие.

     При алфавитном подходе к определению  количества информации отвлекаются  от содержания информации и рассматривают  информационное сообщение как последовательность знаков определенной знаковой системы. «Информационная емкость знака двоичной знаковой системы составляет 1 бит. Чем большее количество знаков содержит алфавит знаковой системы, тем большее количество информации несет один знак».

     Поясняется, как определить количество информации в сообщении: «Сообщение состоит из последовательности знаков, каждый из которых несет определенное количество информации. Если знаки несут одинаковое количество информации, то количество информации в сообщении можно подсчитать, умножив количество информации , которое несет один знак, на длину кода (количество знаков в сообщении)  

      :  
 

 

     
 
 

Глава 2. Методическая система обучения основам информатики учащихся 8-9 классов  

     2.1. Методика изучения  темы

     Различные подходы к измерению количества информации в сообщении определяются различием подходов к определению самого понятия «информация». Содержательный подход к измерению информативности сообщения основан на то, что информация – это снятая неопределенность. Неопределенность некоторого события связывают с количеством возможных исходов данного события. Алфавитный подход исходит из того, что любое сообщение можно закодировать конечной последовательностью символов некоторого алфавита. Я считаю, что в школьном курсе информатики, надо рассматривать и водить оба подхода.

     Изучение  содержательного подхода к измерению  информативности сообщения в  школьном курсе «Информатика и ИКТ» позволяет грамотно, и с методической точки зрения, верно, ввести единицу  измерения информации – бит. Алфавитный подход дает возможность перейти к более крупным единицам измерения информации (байт, килобайт, мегабайт и т.д.), установить взаимосвязь между количеством информации в сообщении и количеством двоичных цифр, циркулирующих в компьютере. Отметим, что алфавитный подход следует изучать после содержательного подхода, показывая согласованность обоих подходов, их возможности и ограничения при нахождении количества информации в сообщении. 
 
 
 
 

2. Информация. Свойства информации. Единицы измерения  количества информации

     Информация, подходы к определению информации, виды информации, свойства информации; бит, байт, килобайт; вероятностный подход к измерению информации, объемный подход к измерению информации.

     Информация  относится к фундаментальным, неопределяемым понятиям науки информатика. Тем не менее смысл этого понятия должен быть разъяснен. Предпримем попытку рассмотреть это понятие с различных позиций.

     Термин  информация происходит от латинского слова informatio, что означает сведения, разъяснения, изложение. В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности:

     •  в быту информацией называют любые  данные, сведения, знания, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п.;

     •  в технике под информацией  понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов (в этом случае есть источник сообщений, получатель (приемник) сообщений, канал связи);

     •  в кибернетике под информацией  понимают ту часть знаний, которая  используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы;

     •  в теории информации под информацией  понимают сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся степень неопределенности, неполноты знаний о них.

     Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую  последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объем сообщения.

     Информация  может существовать в виде:

     •  текстов, рисунков, чертежей, фотографий;

     •  световых или звуковых сигналов;

     •  радиоволн;

     •  электрических и нервных импульсов;

     •  магнитных записей;

     •  жестов и мимики;

     •  запахов и вкусовых ощущений;

     •  хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов;

     • и т.д. (приведите примеры других видов существования информации).

     Свойства  информации (с точки зрения бытового подхода к определению информации):

     •  релевантность — способность  информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя;

     •  полнота — свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект или процесс;

     •  своевременность — способность  информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени;

     •  достоверность — свойство информации не иметь скрытых ошибок. Достоверная  информация со временем может стать недостоверной, если устареет и перестанет отражать истинное положение дел;

     •  доступность — свойство информации, характеризующее возможность ее получения данным потребителем;

     •  защищенность — свойство, характеризующее  невозможность несанкционированного использования или изменения информации;

     • эргономичность — свойство, характеризующее  удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя.

     1 бит — минимальная единица  измерения информации, при вероятностном подходе к измерению информации, принятом в теории информации, это количество информации, уменьшающее неопределенность знаний в 2 раза.

     Связь между единицами измерения информации:

     • 1 байт = 8 бит,

     •  1 Кб (килобайт) = 2¹⁰ (1024) байт = 2¹³ бит;

     •  1 Мб (мегабайт) = 2¹⁰ (1024) Кб = = 2²⁰ (1048576) байт = 2²³ бит;

     •  1 Гб (гигабайт) = 2¹⁰Мб = 2²⁰ Кб = 2³⁰ байт = 2³³ бит;

     •  1 Тб (терабайт) = 2¹⁰ Гб = 2²⁰Мб = 2³⁰ Кб = = 2⁴⁰ байт = 2⁴³ бит.

     При объемном подходе к измерению  информации, характерном для компьютерной обработки данных, информативность сообщения определяется количеством символов, его составляющих.

     2.3.  Информационные процессы. Хранение, передача и обработка информации

     Информационный  процесс, восприятие информации, передача информации, получение информации, обработка информации, хранение информации, информационная деятельность человека

     Под информационным, понимают процесс, связанный  с определенными операциями над  информацией, в ходе которого может  измениться содержание информации или  форма ее представления. В информатике к таким процессам относят получение, хранение, передачу, обработку, использование информации.

     Получение информации основано на отражении различных свойств объектов, явлений и процессов окружающей среды. В природе такого рода отражение выражается в восприятии с помощью органов чувств. Человек пошел дальше по этому пути и создал множество приборов, которые многократно усиливают природные способности к восприятию.

     Человек воспринимает с помощью органов  чувств следующую информацию:

     • визуальная (восприятие зрительных образов, различение цветов и т.д.) — с помощью зрения;

     • звуковая (восприятие музыки, речи, сигналов, шума и т.д.) — с помощью слуха;

     •  обонятельная (восприятие запахов) —  с помощью обоняния;

     •  вкусовая (восприятие посредством вкусовых рецепторов языка) — с помощью вкуса;

     • тактильная (посредством кожного  покрова восприятие информации о температуре, качестве предметов и т.д.) — с помощью осязания.

     Хранение  информации имеет большое значение для многократного использования  информации, передачи информации во времени.

     Передача  информации необходима для того или  иного ее распространения. Простейшая схема передачи такова:

     источник  информации — канал связи —  приемник {получатель) информации

     Для передачи информации с помощью технических  средств необходимо кодирующее устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника информации к виду, удобному для передачи, и декодирующее устройство, необходимое для преобразования кодированного сообщения в исходное.

     Обработка информации подразумевает преобразование ее к виду, отличному от исходной формы или содержания информации.

     Наиболее  общая схема обработки информации такова: входная информация — преобразователь  информации — выходная информация

     Процесс изменения информации может включать в себя, например, такие действия: численные расчеты, редактирование, упорядочивание, обобщение, систематизация и т.д.

     Деятельность  человека, которая связана с процессами получения, преобразования, накопления, передачи и использования информации, управления, называют информационной деятельностью.

     Основные  вехи в процессе развития и совершенствования информационной деятельности человека перечислены ниже.

     Появление речи. Значительно расширило возможности информационной деятельности человека, в особенности передачи информации.

     Возникновение письменности. Дало возможность долговременного хранения информации и передачи накопленных знаний и культурных ценностей последующим поколениям.

     Изобретение книгопечатания. Революция в мире тиражирования знаний, хранящихся в письменном виде. Расширение научной информации, развитие художественной литературы и т.д. 

     2.4. Двоичное кодирование  звуковой информации. Глубина кодирования  и частота дискретизации

     Звуковые  сигналы в окружающем нас мире необычайно разнообразны. Для их записи с целью последующего воспроизведения необходимо как можно точней сохранить форму кривой зависимости интенсивности звука от времени. При этом возникает одна очень важная и принципиальная трудность: звуковой сигнал непрерывен, а компьютер способен сохранить в памяти пусть очень большое, но конечное число дискретных величин. Следовательно, в процессе записи звуковая информация должна быть "оцифрована", т.е. из аналоговой непрерывной формы переведена в цифровую дискретную. Данную функцию выполняет специальный блок, входящий в состав звуковой карты, который называется аналого-цифровой преобразователь — АЦП.

     Каковы  основные принципы работы АЦП?

     Во-первых, он производит дискретизацию записываемого звукового сигнала по времени. Это означает, что измерение уровня интенсивности звука ведется не непрерывно, а, напротив, в определенные фиксированные моменты времени (удобнее, разумеется, через равные временные промежутки). Частоту, характеризующую периодичность измерения звукового сигнала, принято называть частотой дискретизации. Вопрос о ее выборе далеко не праздный, и ответ в значительной степени зависит от спектра сохраняемого сигнала: существует специальная теорема Найквиста, согласно которой частота "оцифровки" звука должна как минимум в 2 раза превышать максимальную частоту, входящую в состав спектра сигнала.