От автора

Предлагаемое учебное пособие представляет собой поурочные разработки уроков базового уровня курса информатики для 10—1 1 классов. В книге рассмотрены общие подходы обучения в школе с внедрением профильного обучения, а также различные возможности обучения для усвоения курса школьной информатики с использованием разных учебно-методических комплектов. Существующие учебники по информатике для учеников старшей ступени в основном реализуют профильный уровень. Данное пособие является универсальным изданием, где рассмотрены подходы к обучению информатике на базовом уровне федерального компонента государственного стандарта общего образования.

Пособие позволит более качественно подготовиться к учебным занятиям и окажет помощь как при выборе теоретического материала, так и в плане подготовки практических занятий, когда необходимо продумывать дидактический эффект от используемого практического материала. В качестве дополнительного материала даны ссылки на различные источники, позволяющие сократить время для подготовки к занятиям.

Предложены варианты тестовых заданий, которые позволяют проверить качество усвоения материала на разных уровнях: репродуктивном, конструктивном и творческом. Представлены и варианты контроля, основная цель которых — отработка теоретических знаний и практических навыков работы на компьютере.

Глава I

ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ОБУЧЕНИЮ ИНФОРМАТИКЕ

НА СТАРШЕЙ СТУПЕНИ

1. Нормативно-правовое обеспечение образовательного процесса в школе

Основным нормативным документом, регламентирующим деятельность как отдельного образовательного учреждения, так и учителя информатики является базисный учебный план — это раздел государственного образовательного стандарта, фиксирующего нормативные сроки освоения образовательной программы основного общего образования. В нем определены:

•    общее число недельных учебных часов;

•    их распределение между ступенями основного общего образования, а также федеральным и региональным компонентами государственного образовательного стандарта;

•    число недельных учебных часов, отнесенных к ведению образовательного учреждения;

•    предельно допустимая учебная нагрузка учащихся.

Государственный базисный план является основой для разработки федерального базисного учебного плана и базисного плана субъекта Российской Федерации и используется в качестве исходного документа для расчета нормативов финансирования общеобразовательных учреждений, реализующих общеобразовательные программы основного общего образования.

Следующим по значимости документом, на который должен ориентироваться учитель информатики, является общеобразовательный стандарт по информатике. Данный нормативный документ определяет требования:

•    к месту базового курса информатики в учебном плане школы;

•    к содержанию базового курса информатики в виде обязательного минимума содержания образовательной области;

•    к уровню подготовки учащихся в виде набора требований к знаниям, умениям, навыкам и научным представлениям школьников;

Нормативно-правовое оепечение образовательного процесса в школе 5

•    к технологии и средствам проверки и оценки достижения учащимися требований образовательного стандарта.

Требования к подготовке учащихся должны быть ориентированы на минимальный, но достаточный (с точки зрения функциональной полноты и достижения целей образования) уровень усвоения содержания учебного материала. Вместе с тем предъявляемый для усвоения школьниками учебный материал шире и глубже по сравнению с минимально необходимым уровнем обязательного усвоения. Между этими двумя уровнями лежит некоторое поле возможностей в учебной деятельности школьников, определяемое их познавательными интересами, способностями и направленностью профессиональной ориентации.

При отборе содержания образовательной области «информатика» необходимо придерживаться двух положений. Первое: предлагаемое школой минимальное содержание образовательной области должно включать знания и виды деятельности, образовательная ценность которых общепризнана. И второе: обязательный минимум содержания образовательной области должен быть выделен с учетом места и времени, отводимого на его изучение базисным учебным планом, а также реальных возможностей массовой школы по его осуществлению в учебном процессе в настоящее время.

Эти требования особенно актуальны для курса информатики. Специфика информатики как учебного предмета заключается в тесной взаимосвязи и взаимообусловленности содержания и средств обучения. В ряде случаев наличие или отсутствие, а также функциональные возможности средств обучения (компьютера и его программного обеспечения) во многом определяют содержание обучения в этом курсе. До настоящего времени уровень оснащения отдельных регионов и школ вычислительной техникой различен, как рамичны и функциональные возможности компьютеров разного типа в школьных кабинетах информатики.

Вместе с тем федеральный компонент стандарта должен определять единые требования к содержанию образования и уровню подготовки учащихся, инвариантные возможности отдельных учебных заведений. В условиях далеко не одинакового оснащения школ компьютерами, различных возможностей школ в организации практической деятельности школьников на уроках информатики определение инвариантного базового содержания образования по этому предмету может идти только по пути минимизации требований (по некоторым содержательным линиям курса, связанным с компьютером и его программным обеспечением) как к уровню предъявления учебного материала, так и к уровню подготовки учащихся.

Именно поэтому ряд пользовательских умений и навыков, отражающих желательные для сегодняшнего дня требования к подготовке школьников к практической деятельности и продолжению образования (например, умение пользоваться программными оболочками типа Norton Commander или программной средой Windows), вынужденно не включены в содержание федерального компонента стандарта. Они должны стать его неотъемлемой частью (как региональный или школьный компонент) там, где школы оснащены компьютерами данного типа.

Поскольку форма представления базового содержания в стандарте не должна жестко задавать логику и последовательность процесса обучения и обеспечивать возможность на основе стандарта создавать и использовать различные учебные программы, учебные и методические пособия и т. д., обязательный минимум содержания образовательной области и требования к уровню подготовки учащихся распределены в проекте стандарта по выделенным ранее «содержательным линиям» предметной области.

2. Особенности обучения информатике школьников на старшей ступени

 В старшей школе с 2006 года реализуется профильное обучение, когда каждое общеобразовательное учреждение в зависимости от выбранного профиля внедряет различные модели обучения. Основной задачей ввода профильного обучения является дифференциация и индивидуализация обучения, что влечет за собой изменение в структуре, содержании и организации образовательного процесса с учетом интересов, склонностей и способностей учащихся. Также предполагается создание условий для образования старшеклассников в соответствии с их профессиональными интересами и намерениями в отношении продолжения образования. В основе профильного обучения положена концепция личностно-ориентированного обучения, когда каждый ученик может выстроить собственную образовательную траекторию.

Формирование гибкого учебного плана с учетом различных направлений (технического, гуманитарного, математического и т. д.), с одной стороны, даст возможность более глубоко изучить отдельные предметы, с другой стороны, позволит создать такие условия учебной деятельности, которые существенно повлияют на адаптивность учащихся к быстро изменяющимся условиям. В области информатики основной акцент делается на то, что владение информационными и коммуникационными технологиями (ИКТ)

     Особенности обучения информатике школьников на старшей ступени    7

необходимо всем участникам образовательного процесса вне зависимости от выбранных профилей.

Уровень пользователя должен быть реализован во всех профилях, когда ИКТ на первой ступени выступает объектом изучения. На второй ступени овладения компьютер должен выступать в качестве средства освоения той предметной области, которая выбрана в качестве профильной. Третьей, более совершенной ступенью освоения является оптимизация учебной деятельности с использованием возможностей компьютера.

Данный подход отражает и тенденцию выделения в предметном содержании трех ее частей: базовой, профильной и вариативной. Базовая часть должна быть освоена всеми учащимися вне зависимости от выбранного профиля, включая универсальные классы. Профильная часть может быть различна в зависимости от направлений. Вариативная часть отражается в элективных курсах и направлена на построение индивидуальных образовательных программ в зависимости от жизненных интересов и образовательных потребностей ШКОЛЬНИКОВ.

 Базовый уровень преподавания предмета по стандарту ориентирован на формирование общей культуры и в большей степени связан с мировоззренческими, воспитательными и развивающими задачами общего образования, задачами социализации. Профильный уровень выбирается исходя из личных склонностей, потребностей учащегося и ориентирован на его подготовку к последующему профессиональному образованию или профессиональной деятельности.

Для физико-математического и информационно-технологического профилей «Информатика и ИКТ» представлена как профильный общеобразовательный предмет по 4 часа в неделю ежегодно, следовательно, изучается на соответствующем (профильном) уровне. Количество часов на изучение предмета может быть увеличено за счет регионального компонента до 2 часов в неделю ежегодно. А также возможно расширение изучения предмета за счет элективных курсов (обязательных по выбору обучаемого) от I до 5 часов в неделю ежегодно.

В социально-экономическом, индустриально-технологическом и универсальном профилях, а также для учреждений, выбравших универсальное обучение, «Информатика и ИКТ» входит как базовый общеобразовательный предмет, следовательно, изучается на базовом уровне по часу в неделю ежегодно. Изучение предмета может быть расширено за счет регионального компонента до 2часов и элективных курсов — от до 4 часов в неделю ежегодно.

Для физико-химического, химико-биологического, биологогеографического профилей «Информатика и ИКТ» может

преподаваться за счет элективных курсов на базовом уровне от 1 до б часов или базовый уровень может быть реализован за счет регионального компонента до 2 часов в неделю ежегодно.

Аналогично для социально-гуманитарного профиля «Информатика и ИКТ» может изучаться за счет элективных курсов на базовом уровне от 1 до З часов или базовый уровень может быть реализован за счет регионального компонента до 2 часов в неделю ежегодно. Для филологического и психолого-педагогического профилей — за счет элективных курсов от до 4 часов, для аграрнотехнологического и художественно-эстетического профилей — за счет элективных курсов от до 5 часов.

При проведении учебных занятий по предмету «Информатика и ИКТ» осуществляется деление классов на две группы: в городских образовательных учреждениях при наполняемости 25 человек и более, в сельских — 20 человек и более.

З. Сравнительные характеристики учебно-методических комплектов по информатике

Обучение информатике в силу специфики ее содержания требует высокой философско-методологической культуры учителя информатики. Это не значит, что на уроке информатики следует преподавать философию, а предполагает, что сам учитель должен знать и понимать смысл и значение общих философских законов и законов познания, понимать значение и смысл как философских категорий, так и понятий информатики. Тогда возникает необходимость осмысления способов и методов усвоения понятий как категорий. Владение методикой формирования понятий включает необходимость представления о понятии как о развивающемся динамическом информационном объекте, понимание и использование в своей деятельности принципов методологии обучения и принципов развивающего, личностно-ориентированного и эвристического обучения. Поэтому на первый план в современном образовании выходит обучение приемам и способам мышления и деятельности, а не просто передача информации.

Информатика — это обширная область знаний, включающая в числе важных разделов информационные технологии как практическую реализацию всех теорий. И с сожалением можно отметить, что информатика порой заменяется либо курсом программирования, либо курсом информационных технологий. Постепенно расширяется содержание информатики за счет включения новых понятий. В курс информатики вошли и заняли в нем достойное место такие

Сравнительные характеристики учебно-меюдических комплектов

понятия, как «объект», «модель», «система», «иерархия», и многие другие. Явление естественного, спонтанного, эволюционного расширения содержания школьной информатики на практике носит повсеместный характер.

Обо всем этом, а также о границах и особенностях школьной информатики идут сейчас горячие споры, что не является положительным моментом для учителя в школе. Школьному учителю помимо обычной педагогической деятельности приходится заниматься исследовательской работой, часто на уровне интуиции, на свой вкус дополнять содержание учебных пособий недостающими темами, посвящая подготовке к уроку долгие часы в поиске информации в различных источниках, а потом на уроке диктуя новый материал школьникам. В одних случаях это происходит осознанно, в других интуитивно, непроизвольно, то есть реализуется принцип непроизвольного дополнения до целого.

Рассмотрим основные учебно-методические комплекты (УМК) по информатике, представленные в старшем звене общеобразовательной школы.

УМК «Информатика: Систематический курс. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний». Авторы СА. Бешенков, Е.А. Ракитина.

Данное учебное пособие отражает содержание образовательной области «Информатика и информационные технологии» применительно к гуманитарному профилю. Авторы рассматривают информатику как фундаментальную научную дисциплину, которая изучает информационные процессы, происходящие в системах различной природы, изучаемые методами формализации, информационного моделирования и компьютерного эксперимента. Они тем самым выводят информатику из разряда технологических дисциплин и придают ей общеобразовательный и общекультурный контекст.

Основная концепция учебного комплекса базируется на идее, что информатика является именно тем предметом, который вносит решающий вклад в формирование современного научного мировоззрения, дает ключ к пониманию многих явлений нашей жизни. Для формирования основ мировоззрения предлагается учебная программа, которая опирается на следующую систему содержательных линий:

•     информация и информационные процессы;

•     моделирование и формализация;

•     информация и управление, элементы кибернегики;

•     информационные системы;

• введение в социальную информатику;

•     компьютер как средство автоматизации информационных процессов;

•     средства и технологии обработки информации;

•     методы информатики: системно-информационный анализ, информационное моделирование, компьютерный эксперимент.

умк «Информатика. 10-11 классы. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний». Авторы И.Г. Семакин, ЕЖ. Хеннер.

Курс информатики для старших классов является продолжением базового курса информатики в основной школе. Предполагается владение базовым курсом в объеме обязательного минимума по информатике, рекомендуемого Министерством образования РФ.

Авторы предлагают два варианта изучения:

•     68 часов (по часу в неделю в течение 2 лег);

•     136 часов (по 2 часа в неделю в течение 2 лет).

Данный курс ориентирован на старшие классы общеобразовательных средних школ, специализирующихся по дисциплинам образовательных областей — обществознание (история, обществознание, география, экономика) и филология (русский и иностранные языки, литература) — гуманитарный профиль. Курс состоит из двух разделов: теоретического и компьютерного лабораторного практикума. Работа учащихся по этим разделам осуществляется параллельно.

Теоретическое содержание курса отражает тенденцию развития школьной информатики в направлении фундаментализации, углубления общеобразовательного научного содержания по таким основным линиям, как:

•     Информация и информационные процессы (информационная культура человека, информационное общество, информационные основы процессов управления).

•     Моделирование и формализация (моделирование как метод познания, материальные и информационные модели, информационное моделирование, основные типы информационных моделей (табличные, иерархические, сетевые), исследование на компьютере информационных моделей из различных предметных областей).

•     Информационные технологии (технологии работы с текстовой и графической информацией, технологии хранения, поиска и сортировки данных; технологии обработки числовой информации с помощью электронных таблиц, мультимедийные технологии).

•     Компьютерные коммуникации (информационные ресурсы глобальных сетей, организация и информационные услуги сети Интернет).

Сравнительные характеристики учебно-методических комплектов

УМК «Информатика и информационные технологии. М: БИНОМ. Лаборатория знаний». Автор Ю.А. Шафрин.

Курс разработан для 10—11 классов школ физико-математического, технического и естественного профилей. Основная цель прещагаемого курса — освоение учащимися основ информационной технологии (ИТ) в сочетании с фундаментальными принципами информатики, на которые эта технология опирается.

В качестве прикладной программной среды рассматривается непроцедурная объектно-ориентированная среда Windows с единым тафическим интерфейсом пользователя. Данная среда выбрана как наиболее распространенная не только в образовательных, но и в производственных системах, поэтому на ее примере и осуществляется освоение основных принципов создания и функционирования операционных систем.

Основная концепция курса:

1.        Современные информационные технологии рассматриваются в качестве целостной системы, которую образуют два принципиально разных элемента: объектно-ориентированная операционная среда с единым механизмом управления оконными объектами и универсальная триада инструментальных средств (горизонтальное меню — панель инструментов — контекстное меню), предназначенных для выполнения конкретных операций в приложениях (все это и называется графическим интерфейсом пользователя); технологии решения частных задач в той или иной предметной области (текстовые документы, электронные таблицы, базы данных и т. п.).

2.        Совокупность основных предметных областей информационной технологии представляется следующей совокупностью: управление объектами операционной системы; офисные технологии; компьютерные телекоммуникации.

УМК «Информатика и информационные технологии. 10—11 классы. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний». Автор Н.Д. Угринович.

Профили: физико-математический, технологический, социальноэкономический. Количество часов на изучение — 2 часа в неделю (68 х 2 = 136 часов).

Содержание предлагаемого профильного курса полностью соответствует обязательному минимуму содержания образования по информатике (уровень Б), рекомендованному Министерством образования“ РФ. Особое внимание в пособии уделяется темам: «Моделирование и формализация», «Объектно-ориентированное программирование» и «Компьютерные сети».

Учебное пособие включает два основных раздела: «Основы информатики» и «Информационные и коммуникационные технологии». Изучение основ информатики направлено на формирование у учащихся информационной картины мира, объектноориентированного, алгоритмического и логического мышления и т. д. Изучение современных ИКТ предполагает овладение необходимыми умениями и навыками для социальной адаптации в информационном обществе.

Построение учебного курса базируется на предложенной автором концепции неразрывной связи между теорией (основами информатики) и практикой (ИКТ). В тематическом планировании предложен вариант параллельного изучения теоретической и практической частей. Каждый параграф учебника соответствует одному уроку, где в конце предложены материалы для закрепления в виде системы контрольных вопросов и практических заданий.

4. Учебная программа по базовому уровню курса школьной информатики для 10-11 классов

Учебный курс является целостной дидактической единицей образовательного процесса и содержания образования, соответствующей одной из образовательных областей или ее части. Включает определенную совокупность знаний, умений и навыков по учебному предмету или научной дисциплине. В зависимости от цели обучения учебный курс может включать вопросы, соответствующие отдельному разделу, или обзорно представлять всю образовательную область.

Каждый учебный курс включает определенные цели обучения, исходя из которых и отбирается содержание. Для отслеживания результатов обучения в качестве критериев оценивания уровня усвоения учебного курса должны быть прописаны и формируемые знания, умения и навыки. Именно они являются формальными параметрами, относительно которых и должны оцениваться полученные школьниками знания. Обучение школьников осуществляется в рамках определенного учебного курса на базе учебной программы.

Учебная программа является нормативным документом, по которому осуществляется учебный процесс по информатике, и разрабатывается исходя из требований к образовательной области информатики по содержанию курса. В разделы учебной программы включены основные знания, умения и навыки, подлежащие усвоению по информатике, перечень тем учебного курса, рекомендации по количеству часов, отводимых на каждую тему и на весь курс в целом.

 Учебная программа по базовому уровню курса школьной информатики

Различают стандартные (типовые) программы, адаптированные, модифицированные, авторизованные, авторские и т. д. Большинство учителей работают по стандартным программам, представленным тем или иным авторским коллективом учебного комплекта, которые в свою очередь разрабатывали свою программу на основе примерной программы, представленной в федеральном стандарте.

Инновационные преобразования в обществе привели к тому, что стали разрабатываться различные учебные программы, и для регулирования этих процессов возникла необходимость регламентации преобразований, которые могли негативно отразиться на образовательном процессе в целом. На уровне регионов стали разрабатываться положения об учебных программах, где подробно описывались требования к разрабатываемым продуктам. Названия учебных инновационных программ могут отличаться в зависимости от территории, но в целом выделяют три основных вида: полное соответствие общепринятым программам, частичное соответствие или совершенно новый нестандартный подход.

К программам, частично соответствующим, относятся адаптированные или модифицированные программы, отличающиеся способом структурирования учебного материала и использованием дополнительного материала. Авторские программы имеют иные теоретические и методологические основания, иное содержание или используют новые педагогические технологии, качественно изменяющие образовательный процесс. Работа по авторской программе разрешается только после получения двух рецензий и поло: жительного заключения соответственно областного или городского (районного) экспертных советов.

Структура и содержание пролжмм состоит из следующих частей:  титульный лист;

•    пояснительная записка;

•    описание разделов программы;  учебно-тематический план;

•    приложение.

Рассмотрим каждый раздел более подробно.

Титульный лист содержит:

1.  Название программы (с указанием предметной области).

2.  Фамилию, имя и отчество автора (авторов) с указанием должности и места работы.

З. Год и место разработки программы.

Пояснительная записка должна включать:

 1. Актусаьность созДания программы, содержащую ответ на  вопрос, исходя из какой объективной потребности жизни

в обновлении того или иного компонента образовательного процесса вытекает необходимость в создании данной программы, какие проблемы и противоречия образовательного процесса может решить разработанная программа.

2. Новизну программы отражающую краткий сравнительный анализ традиционных, адаптированных и авторских программ по данной предметной области или указание на их отсутствие; анализ научно-методической и научной литературы по данной предметной области. Точное описание инноваций (новое содержание учебного материала, или новая компоновка знаний, или новая технология образовательного процесса), предлагаемых в разработанной программе.

З. Методологические положения програ,њиы — основные теоретические идеи, положенные в основу программы (по мере необходимости раскрываются категории и понятия, встречающиеся в программе, если их употребление в данной области науки носит неоднозначный характер).

4. Цель и заДачи программы:

— цель — идеальное предвосхищение результата образовательного взаимодействия;

— задачи — конкретизированные или более частные цели, в которых описывается система средств, обеспечивающих достижение поставленной цели.

5. Краткое описание структуры программы.

Описание разделов программы — подробное описание содержательного компонента учебной программы по разделам (направлениям). В каждом разделе указана цель, задачи изучаемого раздела, содержание конкретной области знаний, описание результатов (знания — категории, понятия и т. д., умения, навыки, которыми должен владеть учащийся после изучения данного раздела).

Учебно-тематический план — это раздел программы, который включает перечисление тем занятий (уроков, лекций, семинаров, практических и лабораторных занятий и т. д.), с указанием времени, отводимого на их выполнение.

Приложение может включать:

1. Список литературы, необходимой учителю и учащимся для освоения программы.

2. Дидактический материал, творческие задания для самостоятельной работы и т. д.

З. Список литературы, использованной при составлении программы.

4. Требования к кабинету информатики и к вычислительной технике.

 ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

(10-11 классы, 68 ч)

Программа соответствует федеральному компоненту государственного стандарта общего образования (утвержден приказом Минобразования и науки России от 05.03.2004 № 1089 «Об утверждении федеральнот компонента государственных стандартов начального 06' щего, основного общего и среднего (полного) общего образования»).

Основная цель: изучение общих закономерностей функционирования, создания и применения информационных, автоматизированных систем.

Достичь поставленной цели возможно при решении следующих задач:

•    освоение системы базовых понятий, отражающих системный подход при описании современного мира, где акцентируется внимание на роль информационных процессов в системах различной природы;

•    овлаДение следующими компетенциями: способность применять, анализировать, преобразовывать информационные модели различных объектов и процессов, использование их в индивидуальной и коллективной учебной и познавательной деятельности;

•    развитие познавательных интересов за счет использования методов информатики и средств ИКТ при изучении различ ных предметов;

•    воспитание информационной культуры, включающей соблюдение этических и правовых норм информационной деятельности.

Базовый уровень старшей школы включает три основные содержательные линии:

) информационные процессы и системы;

2) моделирование и формализация;

З) управление и информационные технологии.

Информация и информационные процессы (8 ч)

Основные подходы к определению понятия «информация». Системы, образованные взаимодействующими элементами, состояния элементов, обмен информацией между элементами, сигналы. Дискретные и непрерывные сигналы. Носители информации. Виды и свойства информации. Количество информации как мера уменьшения неопределенности знаний. Алфавитный подход к определению количества“ информации.

ПОдХОдЫ

Классификация информационных процессов.

Кодирование информации. Языки кодирования. Формализованные и неформализованные языки. Выбор способа представления информации в соответствии с поставленной задачей. Поиск и отбор информации. Методы поиска. Критерии отбора.

Хранение информации, выбор способа хранения информации. Передача информации. Канал связи и его характеристики. Примеры передачи информации в социальной, биологической и технической системах.

Требования к знаниям и умениям ученика:

•    Уметь объяснять различные подходы к определению понятия «информация».

•    Различать методы измерения количества информации: вероятностный, объемный и алфавитный подходы. Знать единицы измерения информации.

•    Уметь оценивать достоверность информации, сопоставляя различные источники.

•    Распознавать информационные процессы в различных системах.

Компьютер как средство автоматизации информационных процессов (5 ч)

Аппаратное и программное обеспечение компьютера. Архитектура современных компьютеров. Многообразие операционных систем. Программные средства создания информационных объектов, организация личного информационного пространства, защита информации.

Требования к знаниям и умениям ученика:

•     Знать назначение и функции операционных систем.        

•     Уметь использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни:

— для эффективной организации индивидуального информационного пространства;

— автоматизации коммуникационной деятельности;  эффективного применения информационных образовательных ресурсов в учебной деятельности.

•     Соблюдать правила техники безопасности и гигиенические рекомендации при использовании средств ИКТ.

Информационные модели (13 ч)

Информационное моделирование как метод познания. Информационные (нематериальные) модели.          

Назначение и виды информационных моделей. Объект, субъект, цель моделирования. Адекватность моделей моделируемым

объектам и целям моделирования, формы представления моделей: описание, таблица, формула, [Раф, чертеж, рисунок, схема. Основные этапы построения моделей. Формализация как важнейший этап моделирования.

Компьютерное моделирование и его виды: расчетные, графические, имитационные модели.

Структурирование данных. Структура данных как модель предметной области. Алгоритм как модель деятельности. Гипертекст как модель организации поисковых систем.

Примеры моделирования социальных, биологических и технических систем и•процессов.

Модель процесса управления. Цель управления, воздействия внешней среды. Управление как подготовка, принятие решения и выработка управляющего воздействия. Роль обратной связи в управлении. Замкнутые и разомкнутые системы управления. Самоуправляемые системы, их особенности. Понятие о сложных системах управления, принцип иерархичности систем. Самоорганизующиеся системы.

Использование информационных моделей в учебной и познавательной деятельности.

Требования к знаниям и умениям ученика: • Знать назначение и виды информационных моделей, описы вающих реальные объекты или процессы.

• Уметь использовать готовые информационные модели, оценивать их соответствие реальному объекту и целям моделирования.

Информационные системы (6 ч)

Понятие и типу информационных систем. Базы данных (табличные, иерархические, сетевые). Системы управления базами данных (СУБД). Формы представления данных (таблицы, формы, запросы, отчеты). Реляционные базы данных. Связывание таблиц в многотабличных базах данных.

Знакомство с системой управления базами данных Access. Создание структуры табличной базы данных. Осуществление ввода и редактирования данных. Упорядочение данных в среде системы управления базами данных. Формирование запросов на поиск данных в среде системы управления базами данных. Создание, сопровождение и использование баз данных при решении учебных и практических задач.

Требования к знаниям и умениям ученика:

•    Знать назначение баз данных и информационных систем как средств автоматизации информационной деятельности.

подходы

просматривать, создавать, редактировать, сохранять записи в базах данных.

•    Уметь осуществлять поиск информации в базах данных, компьютерных сетях и пр.

Компьютерные технологии представления информации (7 ч)

Универсальность дискретного (цифрового) представления информации. Двоичное представление информации в компьютере. Двоичная система счисления. Двоичная арифметика. Компьютерное представление целых и вещественных чисел.

Представление текстовой информации в компьютере.

Кодовые таблицы.

Два подхода к представлению графической информации. Растровая и векторная графика. Модели цветообразования. Технологии построения анимационных изображений. Технологии трехмерной графики.

Представление звуковой информации: MlDI и цифровая запись. Понятие о методах сжатия данных. Форматы файлов.

Требования к знаниям и уменињи ученика:

•    Знать назначение наиболее распространенных средств автоматизации информационной деятельности (текстовых редакторов, текстовых процессоров, графических редакторов, электронных таблиц).

•    Уметь иллюстрировать учебные работы с использованием средств информационных технологий.

Средства и технологии создания и преобразования информационных объектов (13 ч)

Текст как информационный объект. Автоматизированные средства и технологии организации текста. Основные приемы преобразования текстов. Гипертекстовое представление информации.

Динамические (электронные) таблицы как информационные объекты. Средства и технологии работы с таблицами. Назначение и принципы работы электронных таблиц. Основные способы представления математических зависимостей между данными. Использование электронных таблиц для обработки числовых данных (на примере задач из различных предметных областей).

Графические информационные объекты. Средства и технологии работы с графикой. Создание и редактирование графических информационных объектов средствами графических редакторов, систем презентационной и анимационной графики.

Требования к знаниям и умениям ученика:

•    Уметь осуществлять выбор способа представления информации в соответствии с поставленной задачей.

создавать информационные объекты сложной структуры, в том числе гипертекстовые.

•    уметь представлять числовую информацию различными способами (таблица, массив, график, диаграмма и пр.).

Средства и технологии обмена информацией с помощью компьютерных сетей (сетевые технологии) (10 ч)

Каналы связи и их основные характеристики. Помехи, шумы, искажение передаваемой информации. Избыточность информации как средство повышения надежности ее передачи. Использование кодов с обнаружением и исправлением ошибок.

Возможности и преимущества сетевых технологий. Локальные сети. Топологии локальных сетей. Глобальная сеть. Адресация в Интерние. Протоколы обмена. Протокол передачи данных ТСРЛР. Аппаратные и программные средства организации компьютерных сетей.     

Информационные сервисы Интернета: электронная почта, телеконференции, всемирная паутина, файловые архивы и т. д. Поисковые информационные системы. Организация поиска информации. Описание объекта для его последующего поиска. Инструментальные средства создания веб-сайтов.

Требования к знаниям и умениям ученика:

•    Знать основные характеристики и возможности сетевых технологий.

•    Знать основные возможности сервисных служб Интернета.

• Уметь ориентироваться в информационной среде для нахождения оптимального способа при осуществлении поиска.

•    Уметь создавать информационные объекты сложной структуры, в том числе гипертекстовые.

Основы социальной информатики (2 ч)

Информационная цивилизация. Информационные ресурсы общества. Информационная культура. Этические и правовые нормы информационной деятельности человека. Информационная безопасность.

Требования к знаниям и умениям ученика:

•    Знать основные характеристики информационного общества, закономерности его развития.

•    Знать основные составляющие информационной культуры.

•    Уметь оценивать уровень сформированности собственной информационной культуры.

•    Знать и соблюдать этические и правовые нормы в области информационной деятельности.

подходы

представление об информационйой безопасности.

               Перечень средств ИКТ, необходимых для реализации учебной программы, включает:

Аппаратные средства:

1.  Компьютер, конфигурация которого должна обеспечивать возможности видеоизображения, качественного стереозвука в наушниках, речевого ввода с микрофона и др.

2.  Проектор, подсоединяемый к компьютеру/видеомагнитофону, микроскопу и т. п., позволяющий повышать уровень наглядности в работе учителя, возможность для учащихся представлять результаты своей работы всему классу.

З. Принтер цветной и черно-белый, использующийся для получения твердой копии экрана при выпуске школьных газет, листовок, бюллетеней и т. д. В некоторых ситуациях очень желательно использование бумаги и изображения большого формата.

4. Телекоммуникационный блок, включающий устройства, обеспечивающие подключение к сети для осуществления коммуникационных проектов.

5. Устройства вывода звуковой информации, включающие наушники для индивидуальной работы со звуковой информацией, громкоговорители с оконечным усилителем для озвучивания всего класса.

б. Устройства для ручного ввода текстовой информации и манипулирования экранными объектами — клавиатура и мышь (и разнообразные устройства аналогичного назначения).

7. Устройства графической информации (графический планшет) для создания и редактирования графических объектов,  ввода рукописного текста и преобразования его в текстовый формат.

8. Устройства для записи (ввода) визуальной и звуковой информации: сканер, фотоаппарат, видеокамера, цифровой микроскоп, аудио- и видеомагнитофон.

9. Управляемые компьютером устройства, дающие возможность учащимся освоить простейшие принципы и технологии автоматического управления одновременно с другими базовыми понятиями информатики.

Программные средства:

1. Операционная система (лучше ориентироваться на более популярные образцы).

2. Файловый менеджер (в составе операционной системы или др.).

З. Антивирусная программа.

4.  Протамма-архиватор.

5.  Клавиатурные тренажеры различных уровней для отработки заданных навыков (либо для освоения слепого метода, либо для отработки навыков работы с клавиатурой).

б. Интегрированное офисное приложение, включающее текстовый редактор, растровый и векторный графические редакторы, программу разработки презентаций и электронные таблицы, базы данных.

7.  Геоинформационная система.

8.  Система автоматизированного проектирования.

9.  Виртуальные компьютерные лаборатории.

О. Система оптического распознавания текста.

11.Мультимедиа-проигрыватель.

12.Система программирования.

13.Почтовый клиент.

14.Браузер.

15.Программа интерактивного общения.

16.Простой конструктор веб-страниц.

Глава ll поурочньк РАЗРАБОТКИ

ПО ИНФОРМАТИКЕ В ШКОЛЕ

НА СТАРШЕЙ СТУПЕНИ

(базовый уровень)

1 0 КЛАСС

модуль «ИНФОРМАЦИЯ

И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ»

Основное соДержание модуля

Основные подходы к определению понятия «информация». Системы, образованные взаимодействующими элементами, состояния элементов, обмен информацией между элементами, сигналы. Дискретные и непрерывные сигналы. Носители информации. Виды и свойства информации. Количество информации как мера уменьшения некэпределенности знаний. Алфавитный подход к определению количества информации.

Классификация информационных процессов.

Кодирование информации. Языки кодирования. Формализованные и неформализованные языки. Выбор способа представления информации в соответствии с поставленной задачей. Поиск и отбор информации. Методы поиска. Критерии отбора.

Хранение информации, выбор способа хранения информации. Передача информации. Канал связи и его характеристики. Примеры передачи информации в социальных, биологических и технических системах.

Обработка информации. Систематизация информации. Изменение формы представления информации. Преобразование информации на основе формальных правил. Алгоритмизация как необходимое условие автоматизации. Возможность, преимущества и недостатки автоматизированной обработки данных. Хранение информации. Защита информации. Методы защиты.

Особенности запоминания, обработки и передачи информации человеком.

определению

Управление системой как информационный процесс. Использование основных методов информатики и средств ИКТ при анализе информационных процессов в обществе, природе и технике.

Организация личного информационного пространства.

Общеобразовательные цели:

•    освоение основных понятий курса информатики: информация, информационные процессы, носители информации, система, количественное описание информации;

•    освоение основных подходов к измерению информации;

•    освоение видов и свойств информации;  • освоение видов носителей информации.

Развивающие цати:

•    формирование общих представлений современной научной картины мира; 

•    развитие представлений об информационной картине мира;

•    развитие системных представлений об окружающей действительности.

Воспитательные цели:

•    • формирование коммуникативных качеств развивающейся личности;

•    формирование и развитие этических представлений об информационной деятельности.

Урок 1. Основные подходы к определению понятия «информация»

Цели: освоить общие представления и подходы к описанию понятия «информация»; освоить системные представления об окружающей действительности; освоить навыки работы с объектами операционной системы щтя создания собственной информационной среды.

Основные понятия: информатика, информация, информационный подход.

МетоДические рекоменДации. Информация, рассматриваемая как совокупность знаний о фактических данных и зависимостях между ними, является одним из видов ресурсов, используемых человеком в трудовой деятельности и в быту. Информация является товаром, имеющим огромную ценность, и становится одним из стратегических ресурсов государства. Сформировать правильное представление о таком сложном явлении не так просто. Сложность формирования понятия «информация» объясняется такими факторами:

                                             ло                                                                 

— во-первых, понятие есть форма мышления, отражающая предмет или явление в его общих и существенных признаках, то есть является категорией формальной логики;

— во-вторых, информация — понятие абстрактное, и оно не может быть выражено какими-либо конкретными понятиями. входящими в конкретную область познания, то есть необходимо привлекать философские категории;

— в-третьих, работа с понятиями затрагивает мышление, для этого необходимо использовать понятийный аппарат возрастной и педагогической психологии.

Также отметим, что еще А.П. Ершов подчеркивал, что адекватному усвоению понятий мешает «наша недостаточная способность мыслить абстрактными категориями, вне связи с конкретными, известными нам вещами и предметами. А это жизненно необходимо в постоянно усложняющемся мире. Абстрактное мышление вовсе не состоит только в том, чтобы доказывать теоремы, но прежде всего в умении, попадая в незнакомую обстановку, находить в ней черты знакомой, в способности обобщать опыт, накопленный в какой-то одной деятельности, и переносить его на другую, в искусстве умело пользоваться аналогиями и ассоциациями. Именно такого рода мышление превращает реальности мира в некую знаковую систему, которая закладывается в мозг и формирует интеллект человека».

Ход урока

1. Организационный момент

П. Теоретический материал урока

Информатику как школьный предмет мы начали изучать с 8 класса. Вспомним определение: информатика — это наука, рассматривающая все аспекты представления, обмена, обработки, хранения информации. Данное определение затрагивает лишь небольшую часть вопросов, рассматриваемых современной наукой. Для нас более актуальным будет описание информатики как науки о закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы, о методах, средствах и технологиях автоматизации информационных процессов. Как видим, мы должны будем познакомиться как с теоретическими основами информатики, так и с современными средствами автоматизации.

Итак, нам даны два определения:

1          ) информатика — это наука, рассматривающая все аспекты представления, обмена, обработки, хранения информации;

2          информатика — это наука о закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы, о методах, средствах и технологиях автоматизации информационных процессов.

— Чем они отличаются? Почему в разных ситуациях мы рассматриваем разные определения?

В первом случае мы использовали более узкий подход, когда ограничили область применения информатики лишь способами манипулирования информацией. Второе определение рассматривает более сложные явления, такие, как особенности функционирования информационных процессов в биологических, технических и социальных системах. А также описываются возможности использования автоматизированных средств обучения.

Предметом информатики является информация, с которой мы познакомимся несколько ближе. Информация — это понятие, обозначающее одну из точек зрения на окружающую действительность. Информация — это высокоабстрактное понятие, смысл которого раскрывается по контексту словосочетания или сообщения. Например: «научная информация», «политическая информация», «важная информация», «полезная информация». Информация не существует сама по себе — она заключена в структуре объекта или системы, в знаках и символах, зафиксированных на материальных носителях. Информация проявляется в информационных процессах в природе, в обществе и технике, а также в процессе мыслительной деятельности и в процессе интерпретации человеком той или иной знаковой системы, знака, символа, действия, поведения, состояния и пр.

Давайте подумаем, когда мы извлекаем информацию об окружающих объектах. Мы идем по лесу, на пути нам встретилась охотничья сторожка. Из трубы идет дым. Что мы можем сказать в этом случае? Наверно, то, что в доме кто-то живет. Таким образом, дым из трубы нам позволяет сделать соответствующие выводы.

Коммуникативная концепция понятия «информация» является самой популярной на сегодняшний день. Данная концепция рассматривает информацию как сферу общения и сферу общенаучной рефлексии. Профессор В.И. Тюпа в онтологии коммуникации подчеркивал: «Личность — это чистый смысл и, подобно всякому смыслу, активизируется лишь при встрече с иным смыслом, для чего ей, собственно говоря, и потребна межличностная среда вещей — знаков. Встречные взаимоактуализации смыслов (а не механическое перемещение информации) и составляют содержание коммуникативных процессов».

Нам важно знать, как происходит обмен информацией между людьми. Что происходит в процессе взаимодействия между людьми.

Представим ситуацию: встретились два человека, один — строитель, другой — заказчик, желающий построить себе дом. Для строителя дом вызывает определенные ассоциации:

А заказчик уже представил себе дом своей мечты:

 И каждый из них прав по-своему. Потому что с одним словом связаны различные образы, которые порой и мешают нам понять друг друга. Используем одинаковые слова, а смысл вкладываем совершенно разный. Поэтому и получается, если я называю слово, то в памяти моего собеседника возникает не тот образ, который есть у меня. А образ, сохраненный им в процессе своей жизнедеятельности. Иными словами, понятие приобретено в быту.

Поэтому коммуникативный аспект рассмотрения информации можно отнести, по определению Л.В. Выготского, к бытовым, житейским понятиям. В бытовом представлении информация есть знания, сведения, сообщения и т. д. Подобное представление сохранялось вплоть до 20-х годов ХХ века. Интересными являются определения, данные в словаре СИ. Ожегова, где информация определяется как сведения об окружающем мире; сообщения о положении дел, состоянии чего-либо. И закономерно возникает вопрос: если информация, сведения, сообщения суть одно и то же, зачем использовать разные понятия для объяснения одного и того же явления?

Это означает, что мы используем понятия йе по назначению.

Другой популярной концепцией, только уже в научных кругах, является функционшљная концепция информации. В рамках данной концепции информация стала определяться как форма отражения, которая связана с самоуправляемыми системами. Т.Г. Лешкевич отмечает, что «в данном контексте информация интерпретируется как

особенность живых, самоуправляемых систем или же сознательных существ, как основная предпосылка и условие оптимального управления»•. Самоорганизующаяся система — это система управления, способная постоянно поддерживать свою качественную определенность, осуществлять целенаправленное (программное) функционирование и саморазвитие, самосовершенствование (в плане видоизменения своих программ и способов функционирования).

При данном подходе информация тесно связана с понятием «сигнал». Говоря о самоорганизующихся системах, следует отметить единство законов для биологических, технических и социальных систем, но в отношении понятия «информация» существуют ограничения в использовании ее в кибернетических системах, не достигших уровня психического развития. В этом случае информация и сигнал слиты воедино. Система, обладающая способностью психического управления, выделяет информацию из сигнала. Сигнал выступает в качестве формы, а информация является содержанием. В конечном счете для самоорганизующихся систем важным является содержание сообщения, хотя физические свойства носителя информации накладывают определенные ограничения на отображение действительности и адекватное управление ею.

Атрибутивная концепция использует более широкое понятие, понимая информацию как «отражение разнообразия в любых объектах и процессах, как в живой, так и в неживой природе»**. При этом информация определяется как мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и во времени. Данная концепция учитывает отражательную способность материи. Под отражением будем понимать способность взаимодействующих тел воспроизводить особенности друг друга.

Различают четыре формы материи: физическую, химическую, биологическую и социальную. И соответственно, если информация является атрибутом материи, она должна существовать на всех ее уровнях. Можно условно выделить три уровня:

 • потенциальную информацию как форму отражения в неорганической природе, или элементарные уровни отражения;

•    информацию как активноиспользуемое отражение, то есть биологическую форму отражения;

•    информацию как целенаправленно используемое•активное отражение, или социально-психическую форму отражения сознания, связанное с мышлением человека.

•    Основы философии в вопросах и ответах: Учебное пособие для высших учебных заведений. Ростов н/Д: Феникс, ! 997. С. 418

** Урсул АД. Информация и отражение. М.: Мысль, 1973.

Ш. Закрепление изученного материала

 Чем объясняется появление различных концепций для описания одного и того же явления? (Для описания сложных явлений, которые не являются предметами, шмеющцми вес, размер и форму, Достаточно слоЖНо Дать четкое опреДеление. Например, Дерево мы сможем описать оДнозначно, потому что мы его виДим, можем потрогать. А Для описания поняти «информация» нам нужно соотнести ее с чем-то опреДеленным. Если информация проявляет себя лишЬ в информационных процессах, то возникает ощущение, что она является результатом, например, обработки Данных.)

    Какие еще сложные понятия вы знаете? (В физике сложным понятием является энергия.)

    Какие подходы для описания понятия «информация» существуют? (Существует много разных поДхоДов к описанию понятия «информация», но наиболее признанные — это коммуникативный, атрибутивный и функциональный.)

   

Какие из представленных подходов вам нравятся и почему?  Приведите примеры, в которых какие-либо явления и (или) процессы связаны с понятием информация. Например: информационная нагрузка, информационный кризис, информационная среда и т. д.

    Перечислите характерные особенности информатики как отрасли, как науки, как прикладной дисциплины.

1V. Подведение итогов урока

1. Информатика — это наука о закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы, о методах, средствах и технологиях автоматизации данных информационных процессов.

2. Содержание понятия «информация» может быть раскрыто лишь в контексте словосочетания или сообщения.

З. Существуют три основных подхода к описанию понятия «информация»: коммуникативный, функциональный, атрибутивный.

Домашнее задание

Напишите развернутое эссе, в котором выразите свое отношение к одному из рассмотренных понятий: информационная культура, информационная война, информационная перегрузка. Оформите в виде текстового документа с использованием всех необходимых видов форматирования.

Урок 2. Информационное взаимодействие

Цели: освоить основные понятия темы; знать особенности функционирования информации в системах различной природы; знать характерные особенности информационного взаимодействия.

 Основные понятия: система, элементы системы, информационное взаимодействие, информационный процесс.          

Ход урока

1. Организационный момент

11. Актуализация знаний

    Изменилось ли у вас представление об информатике как науке в свете рассмотренных на прошлом уроке тем?

— Какие проблемы рассматривает информатика как наука? (Можно выДелить Два основных аспекта. Первый аспект —  это рассмотрение информационных процессов в системах различной природы. Второй аспект — использование автоматизированных среДств для обработки информации.)

— Какие вопросы может решать информатика как отрасль производства? (В произвоДственной сфере исполезуются автоматизированные среДства обработки информации и устия информатики направлены на то, чтобы найти наиболее эффективные способы использования Данных систем в зависимости от произвоДственных нужд.)

    В чем различия в описании понятия «информация» при различных подходах? (Коммуникативная концепция рассматривает информацию как средство обмена Данными межф  людьми. Атрибутивный поход описывает информацию как объективную решимость, Данную нам в ощущениях и существующую вне зависимости от нашего понимания и осознания.  Функционштьный подход рассматривает информацию как смысл, содержащийся в сигнале, и Для того чтобы извлечь смысл из окружающей среды, необходим субъект, Достигший уровня психическогоразвития. Иначе говоря, в послеДнем случае только человек может извлекать смысл из окружающей Действительности и на основе полученных Данных регутировать свое жизненное пространство.)  Какая из концепций вам ближе и понятнее?

111. Теоретический материал урока       

Информация не существует сама по себе, а проявляет себя в информационных процессах, которые протекают в системах и средах различной природы: биологических, социальных, социотехнических и технических (КК. Колин, АА. Кузнецов, СА. Бешенков, Е.А. Ракитина и др.). Если рассмотреть единичный акт информационного взаимодействия объекта со средой, то он имеет три последовательных этапа:

•    прием информационных кодов;

•    интерпретация этих кодов;

•    использование информации, полученной в результате первых двух этапов.

•    Объясните эти этапы на примере информационного взаимодействия учителя и ученика.

Рассмотрим первый этап на ситуации пояснения нового материала, Учитель рассказывает, ученик слушает. Почему здесь используется термин «информационный код»? Фактически для пояснения материала учитель использует язык, которым описан учебный материал в учебнике. В идеальной ситуации ученик и учитель используют одни и те же коды для описания одних и тех же явлений, то есть они должны понимать друг друга адекватно.

Но, получив эти коды, ученик начинает интерпретировать их, то есть соотносить полученные коды с уже имеющимися представлениями. Если в одно и то же слово мы вкладываем разный смысл, то возникает непонимание. В лучшем случае ученик перестает слушать, в худшем — возникает противодействие учителю, которое может выражаться в крайне агрессивной форме. Причем возникновение агрессии ученик не всегда может объяснить и порой не будет связывать именно с непониманием учебного материала.

Если интерпретация кодов прошла успешно, ученик и учитель поняли друг друга, то новые знания встраиваются в систему понятий ученика и наступает этап использования полученной информации. Здесь нам нужно обратить внимание еще на один аспект. Очень часто ученики, не освоив материал, пытаются применять его на практике, что приводит к печальным результатам. Необязательно учить или зубрить материал, самое главное — правильно интерпретировать, то есть соотнести имеющиеся знания с полученными.

Кроме информационного взаимодействия в природе существует вещественное и энергетическое взаимодействия. И наша задача как учителей информатики состоит в том, чтобы научить школьников различать существующие виды взаимодействия, отражающие особенности функционирования информации в системах различной природы. Основными их различиями является степень симметричности во взаимодействиях. Если рассмотреть в системе источник — приемник, то тогда имеем, что при несимметричном взаимодействии источник при передаче ничего не теряет. В этой роли

может выступать лишь информация. При симметричном взаимодействии источник что-то теряет, а приемник что-то получает. В этом случае действует закон сохранения вещества и энергии. Именно в этом и суть различия между информационным и вещественноэнергетическим взаимодействиями.

— О чем идет речь?

Мы очень часто сталкиваемся с ситуацией, когда люди, обладающие какой-либо информацией, не желают обмениваться, мотивируя тем, что это авторские разработки и т. д. Отдавая информацию, мы не только не теряем, мы еще приобретаем, потому что тот, кому ты передал знания, дает тебе тоже. Конечно, речь не идет о корпоративной информации с секретными данными. В информационной сфере очень важно уметь обмениваться информацией, потому что принцип накопленйя информации впрок не приносит выгоды обладателю данной информации. Постоянный информационный взаимообмен только обогащает людей. Мы не теряем, когда делимся информацией, в отличие от передачи вещественных предметов и энергетических усилий.

Начнем рассмотрение видов функционирования информации в системах различной природы с неживой природой. Таковым является каталитическое взаимодействие, заключающееся в том, что катализатор способствует изменению скорости процесса протекания химической реакции между группой реагентов. При этом свойства катализатора остаются неизменными. Эгот процесс представляет собой простое информационное взаимодействие между катализатором и реагентами: последние получают от первого некую информацию, которую реализуют в виде изменения скорости взаимодействия (СЛ. Янковский).

Другим видом информационного взаимодействия в неживой природе является способность некоторых твердых тел сохранять . информацию о заложенной в основу изделия форме, которые приобретают первоначальный вид под воздействием определенных факторов (например, высокой температуры). Данное свойство успешно применяется в космонавтике. Виды информационного взаимодействия в неживой природе можно отнести к потенциальной информации.

— Сможете вспомнить примеры информационного взаимодействия в неживой природе?

Рассмотрим теперь вид информационного взаимодействия, который реализован в живой клетке. Основным носителем информации в живой клетке является ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которая состоит из некоторых элементов — нуклеотидов. Клетки ДНК содержат всю необходимую информацию для ее функционирования

                                             ло                                     с           с

(упрааляющую информацию), доставляют нужную информацию всем элементам клетки, а затем фиксируют ответную реакцию в информации слежения. Информация переносится с помощью молекулы РНК (рибонуклеиновой кислоты). Принимаемая молекулой ДНК информация реализуется в ней через изменение ее состояния, осуществляя, таким образом, обратную связь, то есть возникает изменение управления процессами, происходящими в клетке в соответствии с изменением условий ее существования.

Именно благодаря информационным взаимодействиям с окружающей средой клетка может приспосабливаться к окружающей действительности. Изменения в природе фиксируются, и выбираются оптимальные модели существования клетки в изменившихся условиях.

Усложнение видов биологической жизни позволяет утверждать об усложнении и форм информационного взаимодействия, в данном случае — у высших животных. Информационное взаимодействие происходит не только на клеточном уровне, но и во внешнем плане. К этому процессу можно отнести и способность животных приспо• сабливаться к новым условиям, а также способность к обучению определенным действим.

Способность к обучению изучали у приматов. Обезьяна помещалась в клетке, и на определенном расстоянии выкладывались бананы. Для того чтобы достать банан, обезьяне необходимо было соединить две палки, которые лежали тут же. Первоначально она пыталась достать то одной, то другой палкой. Затем, осознав тщетность своих усилий, она начала крутить этими палками и в конце концов сумела соединить палки и достать желанный продукт.

Исключение человека из биологической системы объясняется его социализацией, то есть основным фактором отличия человека от животного. В процессе развития цивилизации растет количество накопленной информации, что неизбежно приводит к увеличению информационной емкости системы знаний и к усложнению информационной модели, ее отражающей. Из теории информации известно, что информационная емкость любой системы увеличивается с увеличением ее размерности. Знания, накопленные человечеством, являются постоянно развивающейся информационной системой, содержащей сведения об окружающей действительности и отражающей результат осмысления человеком процессов, протекающих в природе и во всех сферах человеческой деятельности в различных формах ее проявления — от живописи и других видов народного и классического искусства до сложных технических устройств и глобальных социотехнических систем и сред (СИ. Сухонос).

Тогда информационное взаимодействие в человеческой среде необходимо рассматривать в трех плоскостях: социальном, социотехническом и техническом. В социальной системе информация выступает в качестве средства коммуникации, средства и результата познания окружающей среды. И как необходимым следствием (в этом и заключается основное отличие социальной системы от биологической) являются процесс накопления полученной информации и использование искусственных средств (знаков) для описания полученных знаний.

Появление технических средств, способных обрабатывать информацию, внесло коррективы в способы функционирования информации в системах человек — машина, машина — машина. Техническая и социотехническая среды имеют определенные различия. В технической системе информация слита воедино с сигналом и должна однозначно интерпретироваться различными устройствами, участвующими в процессе функционирования информации. Информацию в формализованном виде, удобном для обработки техническими устройствами, принято называть Данными. Но, если человек извлекает данные из компьютера, они могут быть определенным образом интерпретированы, то есть данные снова могут рассматриваться как информация.

 Заострим наше внимание на данном факте. Компьютер оперирует данными, для передачи информации в технических системах мы используем сигнал. Окружающая действительность может нами восприниматься как система знаков, которая определенным образом интерпретируется человеком. Для хранения и представления информации человек использует специальные знаки, которые позволяют в компактном виде сохранять описание окружающей действительности в знаковой системе.

Соответственно тому как постепенно наращивалась сложность биологических, социальных и социотехнических систем и сред, параллельно развивались и понятия, отражающие изменения окружающего мира, что, в свою очередь, проявлялось в изменении (развитии) содержания и объема понятий. Так, понятие «информация» получило бурное развитие в ХХ столетии и продолжает уточняться в наши дни в рамках раздела философии — онтологии, которая соответственно существующему уровню познания реальной действительности фиксирует отражающую ее систему философских понятий.

Рассмотрим подходы онтологии коммуникации к интересующему нас объекту. Мир описывается по-разному: с позиций либо физики («всеобщий физикализм»), либо кибернетики (лингвистический подход, утверждающий, что мир есть текст). Второй подход предлагает

2 А. Х. Шелепаева, 10-11 Кл.

идею восприятия личности как чистого смысла. И подобно всякому смыслу активизируется лишь при встрече с иным смыслом, для чего личности и требуется межличностная среда вещей — знаков. Встречные взаимоактуализации смыслов, а не механическое перемещение информации и составляют содержание коммуникативных процессов в социальных системах. Вместо понятия «текст» при описании коммуникативных процессов в языкознании используется понятие «дискурс», означающее текст в совокупности с экстралингвистическими — прагматическими, социокультурными, психологическими и иными факторами, либо текст, взятый в событийном аспекте, либо речь, рассматриваемая как целенаправленное социальное действие, как компонент человеческого взаимодействия или когнитивного процесса, то есть процесса познания. Выстроена следующая схеМа взаимодействия внешней реальности (вещи) и внутренней реальности (личность) (Р. Барт, В.И. Тюпа) (рис. 1).

Из вышесказанного следует ряд важных выводов:

•     информация не может существовать вне взаимодействия объектов;

•     информация не теряется ни одним из них в процессе коммуникативного взаимодействия;

•     понятие «информация» неразрывно связано с понятиями «информационный процесс», «система», «среда», «знак»,

«знаковая система» и пр.;

•     какая бы система (среда) ни рассматривалась — биологическая, социальная, техническая или социотехническая, — в ней всегда присутствуют информационные процессы;

•     описание информационного процесса обычно содержит такие понятия, как: «источник информации», «приемник информации», «канал связи», «кодирование» и «декодирование», «система», «элемент системы» и др.

1V. Закрепление изученного материала

 Приведите примеры различных информационных взаимодействий в живой и неживой природе.

ВНеШНЯЯ реальность (вещи)

Социальность (функции)

Язык (знаки)

Коммуникация дискурсы)

речь (смыслы)

Ментальность (фреймы)

Внутренняя (личность)

Рис. 1. Схема взаимодействия внешней реальности (вещи) и внутренней реальности (личность)

Выделите в примерах элементы системы, выполняющие разные функции: приемника и источника информации, носителя информации.

— Перечислите виды информации, которые были представлены в данных примерах.

V. Выполнение практического задания

Из перечисленных свойств системы разработайте таблицу, где наглядно будет представлена следующая информация. Любой системе присущи следующие признаки (О. Конар):

1. Система всегда состоит из некоторой совокупности элементов. Элемент — это минимальная структурообразующая единица системы, имеющая предел делимости в ее границах. Если мы возьмем и выделим группу элементов, связанных специфическими отношениями в рамках данной системы и единых относительно частной цели, подчиненной общесистемной цели, то получим подсистему. Несколько подсистем, объединенных определенными функциональными и управленческими связями в сложных системах, могут объединяться в блоки.

2. Система состоит из совокупности взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Способ, при помощи которого эти элементы связаны между собой, характер их связи называются структурой. Следовательно, в любой системе следует различать состав и структуру. Состав — это множество, набор элементов, подсистем, блоков, образующих целое. Структура — это способ связи этих элементов.

З. Система обладает определенным уровнем целостности. Целостность — внутреннее единство системы, ее относительная автономность, независимость от окружающей среды. Целостность системы характеризуется наличием в ней системообразующих связей, которые связывают все элементы системы.

4.  Система иерархична. Идея иерархичности состоит в том, что элементы системы располагаются на определенных уровнях, между которыми устанавливаются различные связи. Такой порядок расположения элементов обусловлен наличием в системе субординационных связей, когда младшие элементы подчиняются старшим.

5.  Любая система связана с внешней средой. Изменения во внешней среде могут повлечь за собой изменения в системе: в ее составе, структуре, породить новые связи и элементы.

Домашнее задание

Привести примеры различных явлений с выделением сущности, вида процесса и типа системы, где происходит данный процесс. Данные занести в таблицу.

Работу выполнить и сдать в электронном виде.

Урок З. Носители информации

Цели: освоить основное содержание понятия «носитель информации»; различать виды носителей информации по технологии записи и функциональной направленности.

Методические рекомендации. Данная тема несет в себе большой потенциал в плане формирования творческих способностей школьников. Необходимо четко различать знаки и сигналы для закрепления знаний при усвоении понятия «информация». Как показывает практика, оперирование понятиями довольно сложная процедура. С одной стороны, школьникам мешает их неспособность разделять в объекте форму и содержание, с другой стороны, акцентирование внимания на этих сторонах объекта может привести к неадекватному представлению об окружающей действительности. Необходимость рассмотрения объекта с данных позиций есть суть ограничения познавательных возможностей человека, об этом необходимо постоянно напоминать учащимся.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

   Выделите основные признаки информационного взаимодействия. (Для информационного взаимодействия характерно наличие приемника и источника информации, когДа обмен осуществляется с помощью кодов. После приема информации код интерпретируется и на основе полученных Данных принимается то или иное решение.)

— Какие необходимы условия для существования информационного взаимодействия? (Источник и приемник информации должны оперировать знаками, иДенпшчно интерпретируеМЫ.МИ обеими сторонами. Если мы решим использовать знакт, неизвестные Другим, то тогДа вряд ли сможем рассчитывать на взаимопонимание. Други немааоважным аспектом является наличие потребности в получаемой информации. Если в биологической системе жизнь объекта не зависит от каких-лцбо катаклизмов, то он и не обращает внимание на изменение ситуации. Например, наступление ЗиМЫ течет за собой изменение цвета шкурки зайца, а лиса и ЗиМОЙ, и летом хоДит в рыжей шубке. Поэтому Для зайца важна информачия о наступлении зимы, а Для лисы — нет;)

   Какие элементы образуют систему, в которой осуществляется информационное взаимодействие? (Мы уже называли два элемента — это источник и приемник информации. Они взаимоДейспшуют с использованием кансаа переДачи информации, и переДача осущесталяется с помощью носителя.)

111. Теоретический материал урока

При описании информационного взаимодействия мы часто говорили и говорим о носителе информации. Обычно данное понятие используют в более Широком смысле, чем это принято. Носитель информации — материальный объект, предназначенный для хранения и передачи данных. Выделим основные виды носителей информации в зависимости от выполняемых ими функций. Пусть основной функцией носителя информации является хранение. Можно выделить три основных носителя: бумажный, магнитный, оптический.

— Почему мы выделили данные три носителя информации?

В качестве обобщения была использована технология записи информации на носитель. В первом случае типографский шрифт наносится на бумагу. При этом надо понимать, что в этом случае носителем могут быть и кусок ткани, береста, камень и т. д. Для магнитной записи используется специальное оборудование, когда магнитная головка воздействует на слой магнитных частиц, заряжая и (или) разряжая их последовательно. При считывании информация обрабатывается, и двоичная информация преобразуется в вид, удобный для обработки пользователем. Магнитный накопитель относится к внешним запоминающим устройствам. Различают магнитные накопители на лентах, дисках, дисковых пакетах, барабанах.

• Магнитооптический диск — это элемент магнитооптического накопителя. Технология записи данных на такой диск заключается

в том, что лазерный луч нагревает точку на диске, а электромагнит изменяет магнитную ориентацию этой точки в зависимости от того, что необходимо записать — ноль или единицу. Считывание производится лазерным лучом меньшей, чем при записи, скорости, который, отражаясь от этой точки, меняет свою полярность.

Для передачи информации используют два вида носителей: знак и сигнал. Сигналы, циркулирующие в биологических системах, в языкознании принято называть знаками, причем понятие «знак» в лингвистике имеет более широкое толкование, нежели в информатике и кибернетике. Знаковые системы и их функционирование рассматриваются гуманитарными науками — лингвистикой и семиотикой. В основе исследования лежит язык как своеобразная знаковая система. Мы же рассмотрим особенности использования знаков в системах различной природы.

Под знаком обычно понимают материальный объект, который служит представителем, заместителем другого объекта и используется для хранения и передачи информации о последнем. Стоит подчеркнуть, что, если некое явление или событие имеет нецеленаправленный характер (например, туча может выступать в роли «представителя» приближающегося дождя), в этом случае можно вести речь не о знаке, а о признаке или симптоме.

Для того чтобы объект мог выступить в роли знака, в языкознании выделяют определенные условия:

•    знак должен обладать материальной, чувственно воспринимаемой формой (экспонент знака);

•    данный материальный объект должен быть наполнен содержанием в сознании коммуникантов (например, случайно забытый портфель является признаком того, что кто-то здесь был; портфель, положенный на стул, выступает в роли знака, несущего информацию о том, что стул занят);

•    противопоставленность знаков в рамках одной системы или чувственная различимость экспонентов;

•    установленная между экспонентом и содержанием связь являегся условной, основанной на сознательной договоренности;

•    содержание знака есть обобщенное и схематичное отражение действительности.

В языке знаками выступают слова (или лексема, не определенная с позиции формальных признаков и смыслового содержания в пределах одного или нескольких языков) и морфема (минимальная значащая единица системы языка, не разложимая на более мелкие значащие части). Значение, выражаемое словом или морфемой, есть содержание соответствующего знака. Предложение выступает

языковой единицей более высокого уровня как некая комбинация языковых знаков, создаваемая по определенной модели в процессе порождения высказывания.

Фонемы (минимальная звуковая единица языка, способная быть в нем единственным внешним различителем экспонентов морфем и слов) не являются знаками, а выступают «строительным материалом» для знаков, точнее для экспонентов знаков (Л. Ельмслев*), что обеспечивает многоярусность языковой структуры, позволяющей экономить языковые средства. Получается, что буквы алфавита не являются знаками и не несут смысловую нагрузку, только совокупность заранее определенных букв образует смысловые конструкции.

Постоянное увеличение объема информации о реальной действительности неизбежно приводит к расширению языка и усложнению его структуры, к развитию понятий. Одним из способов выражения больших объемов информации является использование обратимых преобразований сведений, то есть введение символов, включающих больший информационный объем, чем символ предыдущего уровня обобщения. Существует также понятие «моделирующее преобразование». Результатом его являются сведения, отражающие лишь существенную информацию**. К моделирующему преобразованию относится и процесс образования понятий.

Знаки делятся на: иконические знаки (материальные или графические подобия — копии объекта), индексы (отражающие признаки объекта) и символы (графические объекты, в которых связь самого знака с объектом условна; знаки в какой-нибудь системе языка). Под знаком будем понимать некий материальный или графический объект, выступающий в качестве заместителя объекта-оригинала, использующийся для хранения, обработки й обмена информацией об объекге-оригинале и обладающий множественностью трактовки. Знак отличается от сигнала своеи семантической наполненностью (Ч. пирс).

Множественность или однозначность толкования знака или сигнала зависит от приемника информации. Если же знак рассматривать безотносительно к приемнику информации, тогда он может выступать в роли признака или симптома. В отличие от знаков сигналы могут быть дискретными или непрерывными. Характеристики сигналов более подробно рассмотрим в классе.

* Ельмслев Л. Пролегомены к теории языка / Пер. с англ. ОК. Лекомцева Н Сб. «Новое в лингвистике». Вып. 1. М., 1960.              

** Гейн А.Г. Земля-Информатика // Информатика. 1996. № 24.

lV. Закрепление изученного материала

    Приведите примеры, в которых данные передаются либо с помощью знаков, либо с помощью сигналов в зависимости от приемника информации.

— Приведите примеры носителей информации в системах различной природы.

    Выделите основные различия носителей информации в живой природе, человеке, компьютере.

— Выделите типы знаков, используемых в прикладных программных средствах.

У. Выполнение практического задания

Используя графические возможности текстового редактора, разработайте собственную пиктограмму, которая могла бы быть использована в качестве знака для описания некоторой функции.

VI. Подведение итогов урока

 1. Носитель информации — материальный объект, предназначенный для хранения и передачи данных.

2. Типология носителей информации может быть осуществлена по их функциональной направленности.

З. Носители информации, использующиеся для хранения, подразделяют на три основных вида: бумажный, магнитный, оптический.

4. Носители информации, использующиеся для передачи информации, подразделяют на два основньж вида: знак и сигнал.

Урок 4. Виды и свойства информации

Цели: освоить виды и свойства информации; различать сигналы и знаки как носители информации; различать виды сигналов по физической природе.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

— Какие виды носителей информации вы знаете? (ВыДеляют три основных «ида носителей информации: бума.усный, магнитныЙ, оптический.)

— Что стало основанием для выделения таких видов носителей информации? (Выделенные носители информации системапшзированы по выполняемым функциям, в конкретном случае в качестве основания использованы способы хранения информации.)

4. Виды и свойства информации

 Приведите примеры, где различные объекты используются в качестве носителей информации. (Береста, камень, гранитная плита.)

Ш. Теоретический материал урока

Виды информации были подробно рассмотрены в 8 классе. Назовите, какие виды информации вы знаете.

В качестве основания была использована классификация по способу представления, то есть информация может быть графической, текстовой, символьной, музыкальной, числовой. Различают и информацию по характеру отражаемого смысла: аксиологическая, семиотическая, синтаксическая И т. д. Рассмотрим основные определения.

Информация аксиологическая — совокупность управляющих сигналов, необходимых для жизнеобеспечения и (или) адекватного функционирования самоуправляемых систем.

Информация гносеологическая — 1) данные о внешнем мире, которые мы получаем путем непосредственного воздействия на органы чувств окружающих предметов, а также опосредованным путем через книги, газеты, рассказы других людей; 2) результат познавательной деятельности человека.

 Информация кибернетическая — это та часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия и управления, то есть в целях сохранения, совершенствования, развития систем различной природы (социальной, технической и социотехнической). Термин используется в теории управления.

Информация коњиуникативная — это информация либо текст, взятый в событийном аспекте; либо речь, рассматриваемая как целенаправленное социальное действие, как компонент человеческого взаимодействия или когнитивного процесса.

Информация семантическая — 1) сведения, сообщения, несущие знания; 2) смысл или содержание, заключенное в сообщении; З) смысл, который человек приписывает данным на основании известных ему правил представления в них фактов, идей, сообщений. Информация семиотическая — процесс и результат отражения реального мира, выраженного в знаках. lV. Выполнение практического задания

Заполните таблицу необходимыми данными:

	Пример	ин	Вид рмаиии	Материальный объект	Носитель ин мации
	Наскальный ис нок	Г	ический	Камень	Знак
2

ло

Свойства информации — качественная характеристика полученной (воспринятой) человеком информации относительно его исходных знаний (новизна), интересов и потребностей (актуальность) и т. д. Наиболее удобно представлять свойства информации как меру чего-либо:

•     актуальность — как мера соответствия ожиданиям или потребностям;

•     важность — как мера соответствия решаемой информационной задаче;

•     Достоверность — как мера соответствия истине;

•     понятность — как мера восприятия смысла;

•     целостность — как мера системности;

•     новизна — как мера нового знания;

•     полнота — как мера целостности описания, целостности исход ных данных, необходимых для решения поставленной задачи;

•     четкость— как мера соответствия формы представления информации возможностям восприятия информации приемником;

•     толерантность— как мера удобства восприятия и удобства использования данных, представленных в той или иной форме;  релевантность — как мера соответствия потребностям потребителя информации;

•     объективность — как мера отвлеченности от интересов определенного круга людей;

•     адекватность — как мера соответствия текущему состоянию системы;

•     СТОИМОСТЬ — как мера сложности добывания информации;

•     секретность — как мера недоступности массовому пользователю (потребителю) закрытой информации и т. д. V. Закрепление изученного материала

— Приведите примеры, в которых выделите основные свойства информации.

Ответьте на вопросы: информативность сообщения зависит от выполнения всех свойств информации или нет? Какие свойства являются достаточными и необходимыми для повышения информативности сообщения?

— Заполните таблицу, дав определение понятиям.

Понятие		Оп еделение
Ин	о матика
Ин	о мационные технологии
Ин	о мация
Ин	о мационный п оцесс
Носитель ин о мации

4. Виды и свойства информации

Методические рекомендации. В процессе выполнения задания учащиеся должны подойти к пониманию того, что существует обобщающее понятие для сигнала и знаков. Таким понятием является язык, не только воспринимаемый как средство общения, но и являющийся основным носителем информации, позволяющий сохранять и передавать информацию между субъектами общения, а также используемый для долговременного хранения информации. С одной стороны, язык хранит формализованные одним поколением знания, с другой стороны, даже определенная формализация включает смысловое многообразие трактовки исторических данных.

Язык — это совокупность СИмВолОВ, соглашений и правил, используемых для общения, отражения, обмена, отображения и переДачи информации. В области знаний информатика и информационные технологии — это понятия, обозначающие средство описания Данных и алгоритмов. Язык — основной объект изучения в языкознании. Под языком прежде всего понимают естественный человеческий язык, а также языки искусственные и языки животных. С языком неразрывно связано абстрактное мышление. Язык — способ выражения мысли, средство закрепления и передачи мыслимого другим людям. Функции естественного языка многочисленны и многогранны. Язык — это средство повседневного общения людей; средство общения в практической и научной деятельности; средство передачи опыта, накопленных знаний; инструмент осуществления процесса обучения, воспитания; средство хранения информации, важнейшая часть культуры всякого народа; средство познания окружающей действительности; знаковая информационная система, в которой информация передается с помощью знаков (слов) естественного или искусственного языка.

Языки естественные — с одной стороны, — это абстрактное представление о едином человеческом языке, а с другой стороны, это класс знаковых систем. Конкретные естественные языки — это многочисленные реализации свойств языка вообще, в которых язык (русский, английский и т. д.) представляет собой некую конкретно существующую знаковую систему, используемую в некотором социуме в определенном времени и пространстве. Язык — это естественно возникшая и закономерно развивающаяся знаковая (семиотическая) система. Язык как система обладает внутренней целостностыо и единством. Важнейшей функцией языка являются операции над информацией, создание, хранение и передача информации.

Языки искусственные — в информатике и информационных технологиях это знаковая система, создаваемая для использования в тех областях, где применение естественного языка неудобно,

по

невозможно или неэффективно. Искусственные языки различаются по специализации и по назначению, а также по степени сходства с естественными языками. К искусственным языкам относится, например, язык алгоритмический, созданный как средство описания данных и алгоритмов.

Урок 5. Количественная характеристика информации

Цели: освоить основные подходы к измерению информации; знать формулу вычисления количества информации; уметь решать задачи на нахождение количества информации с помощью алфавитного и содержательного подходов; иметь представление обо всех способах нахождения количества информации.

Методические рекомендации. Решение задач на нахождение количества информации позволяет не только освоить методы количественного описания информации, но и способствует развитию навыков отбора оптимальных средств для решения жизненных задач. Для этого необходимо использование приема решения открытых задач, когда в условии задачи отсутствует необходимое количество исходных данных и учащимся приходится делать определенные допущения. Различный набор допущений приводит к различным результатам.

Ход урока

1. Контрольное тестирование

1.       Назовите основное назначение научной дисциплины — информатика:

а) изучение автоматизированных систем;

б) изучение закономерностей протекания информационных процессов в системах различной природы;

в) изучение систем программирования;

г) изучение алгоритмических конструкций;

д) изучение технологий создания программно-прикладных средств.

2.       КаКой подход рассматривает информацию как средство общения?

а) информационный подход;

б) атрибутивный подход;

в) системный подход;

г) коммуникативный подход;

д) функциональный подход.

З. Какой подход рассматривает информацию как атрибут материи?

а) информационный подход;

б) атрибутивный подход;

в) системный подход;

г) коммуникативный подход;

д) функциональный подход.

4. Какой подход рассматривает информацию как результат отражения информационного взаимодействия самоорганизующихся систем?

а) информационный подход;

б) атрибутивный подход;

в) системный подход;

г) коммуникативный подход;

д) функциональный подход. 5. Чем объясняется использование различных подходов для описания понятия «информация»?

а) сложностью рассматриваемого явления;

б) несогласованностью различных научных течений;

в) отсутствием единых подходов к определению информации;

г) необходимостью многозначного определения;

д) использованием различных способбв описания.

6.        Назовите свойство системы, отражающее внутреннее единство системы:

             а) иерархичность;

б) целостность;

в) системность;

г) структурность;

д) делимость.

7.        Сообщение, написанное на родном языке приемника информации, удовлетворяет свойству . . .

а) доступности;

б) понятности;

в) актуальности;

г) достоверности;

д) новизны.

8.        Объект, использующийся для хранения и передачи информации, называют...

а) знаком;

б) сигналом;

в) алфавитом;

г) носителем информации;

д) языком.

ло

9.        Совокупность символов, соглашений и правил, используемых для общения, отражения, обмена, отображения и передачи информации, называют...

а) знаком;

б) сигналом;

в) алфавитом;

г) носителем информации;

д) языком.

10.     Необходимым средством существования человечества являются...

а) знак;

б) сигнал;

в) сведения;

г) информация;

д) новости.

Ответы к тесту:

а
в
д

П. Теоретический материал урока

На сегодняшний день мы имеем хорошо разработанную теорию количественного описания информации. В ее основе лежит вероятностно-статистический подход К.-Э. Шеннона, но данная теория не учитывает содержательной и ценностной стороны информации. Синтаксический подход был решением проблем теории связи. Вероятностный подход достаточно популярно описан во многих изданиях по информатике, поэтому мы более подробно остановимся на других теориях, менее популярных, но, думаем, что не менее интересных. Существуют еще комбинаторный, алгоритмический, топологический подходы.

Комбинаторный поДхоД Хартли рассматривает конечное множество элементов и не зависит от каких-либо вероятностных допущений. Если переменная х способна принимать значения, принадлежащие конечному множеству Х, которое состоит из элементов, говорят, что энтропия* переменного равна: Н(х) = log2N.

* Энтропия — это мера неопределенности рассматриваемых событий.

Указывая определенное значение переменного Х, например Х = А, мы «снимаем» эту неопределенность, сообщая информацию:

Во многих учебниках по информатике данный подход часто называют объемным.

Понятие энтропии тесно связано с количеством информации. Пусть ситуация характеризовалась энтропией ,. После изменения ситуации энтропия уменьшилась до N2. Тогда количество информации может быть найдено как

Алгоритмический метоД измерения информации был предложен нашим соотечественником А.Н. Колмогоровым. Он особо подчеркивал, что «информация по своей природе — не специально вероятностное понятие», и предложил невероятностный способ определения количества информации. Он подчеркивал, что «реальные объекты, подлежащие нашему изучению, очень (неограниченно?) сложны, но связи между двумя реально существующими объектами исчерпываются при более простом схематизированном их описании. Если географическая карта дает нам значительную информацию об участке земной поверхности, то все же микроструктура бумаги и краски, нанесенной на бумагу, никакого отношения не имеет к микроструктуре изображенного участка земной поверхности».

 Не затрагивая математических выкладок А.Н. Колмогорова, доказывающих его гипотезу, можем сказать, что для описания некоторого объекта Х с позиции объекта 7- существует определенная последовательность команд (алгоритм), позволяющая выделить необходимое количество информации о рассматриваемом объекте, когда незнакомый объект Х преобразуется в знакомый объект У. Тогда информативность объекта Х будет зависеть от сложности созданного алгоритма. Чем ёложнее алгоритм, тем большее количество информации содержится в объекте Х.

Топологический поДхоД, или голографический принцип, существующий пока на уровне теории, предложен авторами Е. Winfree, К. Fleischer, А. Ват и др. Данная теория утверждает, что существует некое максимальное количество информации, содержащееся в областях, прилегающих к той или иной поверхности. Следовательно, вопреки интуитивному представлению количество информации, содержащееся в комнате, зависит не от объема комнаты, а от площади ограничивающих ее стен.

 Принцип возник из идеи о том, что планковская длина определяет одну из сторон поверхности, которая может содержать

                                           по                                                  

только бит информации. Планковская длина — это характерное расстояние, на котором принципы квантовой механики начинают преобладать над законами классической гравитации. Существование этого предела было впервые постулировано физиком Ж. Хуфтом в 1993 году. Его можно также получить из обобщения следующего утверждения, которое на первый взгляд относится совсем к другой области: количество информации, содержащееся в черной дыре, определяется не ее объемом, а площадью поверхности ее горизонта событий. Термин «голографический» возник по аналогии с голограммой, когда трехмерные изображения создаются при пропускании света через плоский экран.

Мы показали основные теоретические подходы к описанию количественной характеристики информации.

Существуют два основных подхода для нахождения количества информации: соДержательный и алфавитный. Содержательный подход позволяет найти количество информации в сообщении, в котором рассматриваются равновероятные события, Событие информативно при условии:

) произошло как минимум одно из двух возможных событий; 2) информация понятна, достоверна, объективна, полезна.

Для нахождения количества информации используют формулу

где N — количество всех возможных событий;

Х — количество информации, содержащееся в данном сообщении. Уменьшение неопределенности знаний в 2 раза содержит бит информации. Итак, в качестве минимальной единицы информации используется бит информации.

— Назовите случаи, когда приходится осуществлять выбор одного события из двух возможных. Всегда ли данное количество событий несет бит информации? Почему? Ш. Закрепление изученного материала

— На остановке «Культовары» останавливаются автобусы под  номерами 2,4, 8 и б. Сколько битов информации несет сообщение о том, что к остановке подошел автобус номер восемь? (В качестве исходной величины количества возможных событий берем значение 4, то есть 4 вида автобуса останавливаются на Данной остановке. Номера автобусов в расчетах не используются. Так как = 4, 2^х = 4, то;да Х = 2 бит.)  В школьной столовой на выбор предлагаются два блюда: суп и макароны с котлетой. Сколько бит несет в себе сообщение о том, что ученик выбрал себе макароны с котлетой.

б. Алфавитный подход к измерению

(Количество возможных событий равно Двум. Значит Л' = 2, поДставляем в формулу 2^х = 4 и получаем Х = 1 бит.)

— Для подготовки эссе студент использовал 16 источников научной литературы. Наиболее содержательной оказалась только одна книга. Сколько бит информации несет в себе сообщение о том, что цитаты были взяты из Энциклопедического словаря Поспелова? (Количество всех возможных событий равно 16, тогДа Х = 4 бит.) lV. Подведение итогов урока

1.  Из-за сложности понятия «информация» существуют различные подходы к измерению информации.

2.  Наиболее популярными являются содержательный, алфавитный и вероятностный подходы.

З. В содержательном подходе рассматривается информативность равновероятностных событий.

Домашнее задание

1.  Устно решить примеры № 4—9 из задачника-практикума* на стр. 17.

2.  Решить двумя способами задачу № 10.

З. Решить письменно задачи № 11—18.

Урок 6. Алфавитный подход к измерению информации

Цели: освоить алфавитный подход к измерению информации; уметь качественно оценивать поставленную задачу для правильного выбора способа решения задачи.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

    Какие способы существуют для количественной оценки информации? (Подходов к количественной оценке информации очень много. Наиболее популярные из них: содержательный, алфавитный и вероятностный. Кроме них преДлагшшсь варианты: сигорипишческий, топографический, голографический

 Почему используются различные способы нахождения количества информации? (Трудно оценить процесс, так как

    Информатика. Задачник-пракгикум: в 2 т. Под ред. И.Г. Семакина, ЕЖ. ХенНера. М.: Лаборатория базовых знаний, 2000.       

по

информация проявляет себя только в информационных процессах.)

— Назовите основные различия алфавитного и содержательного подходов к оценке количественной характеристики информации. (СоДержательный поДхоД рассматривает информативность события и оценивает уменьшение неопреДеленности знаниЙ произошеДшего события относительно всех возможных событий. Алфавитный подход измеряет информативность сообщения, которая зависит от мощности используемого алфавита и количества символов в тексте. Информативность тем выше, чем больше слов в сообщении и больше мощность алфавита.)

111. Теоретический материал урока

Алфавитный подход к измерению информации позволяет определить количество информации, заключенной в тексте. Множество символов, используемых при записи текста, называется алфавитом. Полное количество символов в алфавите называется мощностью алфавита и обозначается буквой N. Количество информации, содержащееся в символьном сообщении, определяется по формуле:

где К — количество символов в тексте, Х — информационный вес одного символа, который находится из уравнения 2-х = N, где N — мощность используемого алфавита. Один символ алфавита мощностыо 256 символов (2⁸) несет 8 бит информации. Такое количество информации называется байт. байт = 8 бит.

Пример. Определить количество информации, содержащееся в слове из 10 символов, если известно, что мощность алфавита равна 32 символам.

Методические рекомендации. Учащиеся порой затрудняются выделить, какое из значений принадлежит N, какое — К. В данной задаче явно выделяются N и К, поэтбму особых затруднений не бывает. Тогда Х = 5 бит и 5 бит х 10 = 50 бит. Задачи такого типа относятся к репродуктивному уровню, и при контроле необходимо иметь в виду, что правильное решение данной задачи может оцениваться только на оценку «3».

 Пример. Вычислите количество информации в слове «комбинаторика», если допустить, что в русском алфавите содержится 32 символа.

Методические рекомендации. Данная задача уже конструк-

тивного уровня, так как предполагает самостоятельное выделение необходимых объектов. Здесь = 32 и К = 13, тогда хк = 5 бит х х 13 = 65 бит. Если в условии задачи мы- не будем давать конкретное

значение мощности алфавита, то есть берем значение, равное 33 символам, тогда N = 64, так как необходимо взять целочисленное значение степени двойки, адекватно отражающее полученное значение.

1V. Закрепление изученного материала

— Сколько бит информации содержится в сообщении, состоя 1.цеМ из 5 символов, при использовании алфавита, состоящего из 64 символов. (НахоДим значение информационной емкости одного символа. = 64, подставляя значение в формулу, получаем 2^х = 64, значит, Х = б бит.)

— Основные арифметические действия представлены четырьмя символами. Сколько бит информации содержит выражение, состоящее из последовательности «+» и «-». (Мощность преДложенного алфавита равна 4 символам. 2^х = 4, тогДа Х = 2 бит.)

— Вычислить информационный объем сообщения «Наступили теплые дни» при условии, что один символ кодируется одним байтом. (ПоДсчитаем общее количество символов с пробелами, не вючючая кавычки. = 20, так как кажДый символ имеет объем байт, то и Х = 20 байт. При можно значение найти в битах: Х = 20 х 8 = 160 бит.)

V. Подведение итогов урока

 1. Наиболее объективным методом измерения информации является алфавитный подход.

2. Информативность сообщения зависит от мощности используемого алфавита.

З. При измерении информации рассматриваются объекты окружающего мира, описанные языковыми средствами.

Урок 7. Решение задач на нахождение   количества информации

 Цели: закрепить навыки решения задач на нахождение количества информации; наработать навыки решения задач открытого типа.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

— С помощью какой формулы можем найти количество информации в различных сообщениях? (Для нахожДения количества информации в различных поДхоДах используется

ло

одна и та же формула 2^х = N, где принимает различные значения. В одном случае рассматриваются равновероятные события, в Другом — мощность алфавита.)

 Чем отличается алфавитный и содержательный подходы нахождения количества информации? (При алфавитном подходе рассматривают текст как совокупность символов, при соДержательном поДхоДе анализируют соДержание происходящих событий. Первый подход более объективен, так как позволяет избежать Двусмысленности происхоДящих событиЙ.)

 Какие параметры должны быть заданы в задаче при измерении информации с использованием содержательного подхода? (При содержательном поДхоДе рассматриваются равновероятные события, поэтому Для решения заДачи необхоДимо знать количество всех возможных событий в Данной заДаче.)

— Какие параметры должны быть заданы при измерении информации с использованием алфавитного подхода? (Для нахожДения количества информации с использованием алфавитного поДхоДа необхоДимо знать мощность используемого алфавита. Так как нахоДят информационную емкость не одного символа, а нескольких взаимосвязанных СИмВОлОВ в слове, преДложении, тексте, то необхоДимо знать и количество сиМВОЛОВ в слове.)

Ш. Теоретический материал урока

Рассмотрим задачу следующего типа.

По дороге ехала легковая машина. Необходимо определить количество информации, которое получает наблюдатель, стоящий у пешеходного перехода.

 Заданы ли необходимые параметры для решения задачи?

Нет. Оказывается, существуют задачи, где нет необходимых начальных (исходных) данных, которые позволили бы нам решить данную задачу. С такими задачами и приходится сталкиваться нам в жизни. И чтобы решить ее, необходимо самим задать нужные данные в зависимости от того, какой результат мы желаем получить. Такие задачи принято называть задачами открытого типа.

Для решения подобных задач мы должны сделать следующие допущения. Во-первых, определимся, каким способом мы будем решать заданную задачу. Во-вторых, какие исходные данные нам необходимы.

Пусть задача будет решена с помощью содержательного подхода. Тогда необходимо определиться, какое количество событий

задач нахождение

может произойти. Если пешеход интересуется наличием транспорта на дороге для перехода улицы, тогда возможны два события: дорога свободна или нет. То есть = 2, тогда Х = 1 бит. Если любознательный пешеход интересуется, какой вид транспорта движется по дороге, например легковой, либо грузовой, либо мотоцикл, либо велосипед. Тогда = 4 и соответственно Х = 2 бит.

Решим данную задачу с использованием алфавитного подхода. Тогда в качестве допущения мы рассматриваем фразу «По дороге ехала легковая машина» как текст с использованием русского алфавита. Допускаем, что мощность алфавита N = 32, тогда Х = 5 бит. Количество символов в фразе К = З 1. Подставляем значения в формулу и получим:

хк—5 бит х 31 = 155 бит.

Методические рекомендации. Рассмотренные задачи относятся к неформализованным или, другими словами, нешаблонным задачам. Типология нешаблонных задач определяется характером связей между подзадачами. Что это значит? Решение задач представляет собой процесс построения ассоциативных рядов. Последняя ассоциация ряда и решает задачу (отказ от решения тоже можно считать решением). Возможны две разновидности ассоциативных связей. Мы будем пользоваться словами: явная связь и латентная связь (latent — скрытый, неявный, невидимый).

Шаблонные задачи не имеют латентных связей, все связи имеют явный характер. Нешаблонные могут иметь одну или две латентные связи. При подборе в качестве задач репродуктивного уровня использовались простые задачи, которые сводятся к типовым задачам, позволяющим приобретать навыки использования этих средств. Задачи конструктивного типа сочетают типовые решения с определенной степенью творчества (типовые задачи в измененных ситуациях). И творческие задачи включают в себя неформализованные задачи (имеющие формулировки, близкие к реальным условиям жизни).

Человек от компьютера отличается тем, что обладает способностью усвоения новой интеллектуальной деятельности на базе имеющихся знаний. Ни один школьный предма не формирует навыков решения «открытых» задач, то есть метапроцедурных, способных проецировать оптимальные методы решения на любые жизненные ситуации. Для этого необходимо развивать у школьников дивергентное мышление. По определению Дж. Гилфорда, «дивергентное мышление— это мышление, идущее одновременно в разных направлениях, отступающее от логики». И, по словам М. Эриксона, именно дивергентное мышление способствует развитию творческих

способностей в отличие от конвергентного мышления, которое овладевает людьми с возрастом, «делая их поведение более стереотипными».

Использование задач открытого типа позволяет развивать творческий потенциал школьников. Решение подобных задач не столь очевидно и вызывает определенные сложности у школьников. Часто приходится сталкиваться с ситуацией, что они не готовы решать задачи без готовых (заданных) исходных данных. Только регулярное использование данных задач в практике обучения позволяет большинству из них освоить метод решения задач открытого типа.

При рассмотрении текста учащиеся часто задают вопрос, необходимо ли подсчитывать пробел?

Для чего используется пробел? Для придания смысла всей фра- зе: нет пробела, нет смысла в наборе символов. Поэтому ответ на риторический вопрос не должен ограничиваться словом «да». И при использовании алфавитного подхода мы имеем дело с осмысленными фразами, когда даже при использовании технических средств для передачи информации не должен исчезнуть смысл передаваемого сообщения.

1V. Закрепление изученного материала

 Человек бежит по улице. Какое количество информации получит прохожий, который идет по той же улице? (Вариантов рассуждения может быть много. Может быть ситуация, когДа оценивается вариант: человек идет шагом и человек бежит. Другой вариант: прохожему неинтересно, что ктото бежит с ним рядом, тогДа информация будет равна 0. Если человек бежит к автобусу, можно рассмотреть ситуацию: успеет или не успеет на автобус и т. д. В первом и третьем случаях количество событий равняется 2, соответственно информация равна 1 бит.)

 Вы пришли к другу в понедельник утром. Его нет дома. Какое количество информации вы получили? (1-й вариант: вы ожиДали, что друг вас может не ДоэюДаться. Количество информации равно О. 2-й вариант: вероятность присутствия и отсутствия была оДинакова, то есть количество возможных событий равна 2, соответственно количество информации равно 1 бит.)

— К вам ночью прибежала соседка вызвать по вашему телефону скорую помощь, а у вас не работает телефон. Какое количество информации получила соседка? (1-й вариант: тетефон работает и телефон не работает можно рассматривать как равновероятные события. Тогда количество информации рав-

задач

но 1 бит. 2-й варуант: исправность телефонных аппаратов событие неравновероятное, поэтому мы не можем использовать формулу для равновероятных событий)

    Мальчик Петя принес в школу яблоко. Сколько бит информации может быть получено одноклассником на предложение: «Угости». (1-й вариант: оДноютассник знает, что Петя жаДный и никогДа никого не угощает. ТогДа количество информации будет равно О. 2-й вариант: вероятность того, что Петя угостит или не угостит своего оДноютассника, одинакова. Количество событий равно 2, и количество информации равно 1. 3-й вариант: оДноњаассник знает, что возможны слеДующие события: не угостит, отДаст все яблоко, отДаст половину, Даст откусить. Возможных событий — 4, тогДа количество информации равно 2 бит.)

    Путник услышал, как в лесу раздался голос кукушки. Сколько бит информации он получит на свой вопрос: «Кукушка, кукушка, сколько мне жить?»

Выполнение самостоятельной работы

      Вариант 1    

I. Сколько битов информации содержится в 1 б байтах?

2. Художник для создания своей картины воспользовался красным и синим цветами. Всего в палитре у него было 16 ЦВ€ГОВ. Сколько битов информации содержится в сообщении, что картина имеет двухцветную гамму?

З. Определить информативность сообщения «А + В = С», если  для описания математических формул необходимо воспользоваться 64-символьным ифавитом.

Вариант 2

1. Сколько битов информации содержится в 32 байтах?

2. Для приготовления салата необходимо воспользоваться 8 ингредиентами. Повар решил сэкономить продукты и воспользовался только 4. Сколько бит информации содержится в сообщении, что салат состоит из 4 составляющих?

З. Для представления числовых данных используют 16-ричный алфавит, включающий знаки математических действий. Сколько битов информации содержит выражение 64 х 5 = 320?

Решение:

Вариант

1.  16 байт х 8= 128 бит.

2.  = 16, 2-х = 1 б, отсюда Х = 4 бит. Использование одного цвета в сообщении несет в себе 4 бит. Но художник использовал 2 цвета, тогда хк = 4 х 2 = 8 бит.

Вариант 2

1. 32 байт    256 бит.

2. N = 8, 2^х = 8, отсюда Х = З бит. Использование одного ингредиента в сообщение несет в себе З бит. Всего использовано 4 ингредиента, тогда хк = 4 х З = 12 бит. З. дано: N = 16; К- 8. Найти: хк- ?

             16; Х = 4 бит. Тогда           4 х 8 = 32 бит.

Домашнее задание

Подготовиться к итоговой контрольной работе за четверть.

Урок 8. Обобщение пройденного материала за четверть

Цели: обобщить учебный материал за четверть; повторить основные (базовые) понятия информатики; закрепить навыки работы с тестовыми материалами.

Ход урока

1. Организационный момент

11. Закрепление изученного материала

    Перечислите основные понятия информатики, с которыми мы познакомились в течение первой четверти. (Информация, система, носители информации, количество информации. Термины «информация» и «система» являются слоЖнЫМИ, многозначными понятиями и требуют серьезного внимания при формировании преДставления о них. Объективную Действительность можно рассматривать как систему систем, в которых протекают информационные процессы, существенно влияющие на способы и формы существования социальных, технических и биологических систем.)

— Какие пять понятий вы назвали бы ключевыми понятиями информатики? Почему? (Информация как преДмет инфорлютики, информационные процессы. в которых проявляется информация, система, в которой протекают информационные системы, модель как упрощенная система для решения заДач, сигоритм как способ преДстакления формализованной моДели, позволяющий решить задачу с использованием технических среДств.)

    Что такое информация? (Информация описывает сложное явление, которое не может быть нагляДно преДставлено.

Информация проявляется лишь в информационных процессах, что способствует неоДнозначному ее описанию. Существуют три общепризнанных поДхоДа к описанию понятия «информация». Это коммуникативный поДхоД, рассматривающий информацию как сферу общения и способ обмена Данными межДу людьми. Функциональный подход рассматривает информацию как форму отражения самоуправляемых систем. Наибольший спор вызывает атрибутивный поДхоД, рассматривающий информацию как способ отражения разнообразия в любых объектах и процессах как в живой, так и в неживоЙ прироДе.)

 Изменилось ли ваше представление относительно понятия «информация»? Почему?

— Изменилось ли ваше отношение к учебе после рассмотрения особенностей протекания информационных процессов в социальной системе?

— Какие сходство и различие есть в особенностях протекания йнформационных процессов в системах различной природы? (Закономерности протекания информационных процессов в системах различной природы, по словам Н. Винера, оди наковы. В социальных системах взаимообмен происхоДит сигналами и знаками, кажДыЙ из общающихся интерпретирует слова, СИМВОЛЫ и знаки в зависимости от собственных преДставлений, знаний, опыта и уровня восприятия Данного человека. В техническиустройствах происхоДит обмен данНЫЛШ, то есть формализованной информацией и однозначно интерпретируемой компьютерной системой. При 63atLMOДеЙствии человека с компьютером мы всегДа имеем Дело с формализованными Данными, которые при необхоДимости интерпретируются человеком.)

— Какие существуют подходы к способам измерения информации вы знаете? (Существуют различные способы измерения количества информации. Наиболее популярные из них: сафавитныЙ, соДержательный и вероятностный подходы. В первом случае информационная емкость сообщения зависит от мощности используемого алфавита. При соДержательном поДхоДе рассматривают равновероятные события, а при вероятностном — неравновероятные события.)

 Какой из способов измерения количества информации дает более достоверный результат в количестве информации, содержащемся в сообщении? (Качественно оценить результаты измерения разными способами Достаточно сложно. И на сегоДняшниЙ День таких оценок не существует.)

Ш. Проведение контрольного тестирования

1. Процесс коммуникации предполагает наличие:

а) двух и более людей;

б) средств хранения информации;

в) источника, приемника информации и канала связи между ними;

г) достоверной информации;

д) двусторонней связи.

2. Перевод текста с одного языка на другой является процессом:

а) хранения информации;

б) передачи информации;

в) поиска информации;

г) обработки информации;

д) обмена информацией.

З. Самым предпочтительным носителем информации на современ ном этапе является:

а) бумага;

б) средства видеозаписи;

в) лазерный компакт-диск;

г) дискета, жесткий диск;

д) магнитная лента.

4.       

Первым средством дальней связи, где носителем информации выступает не бумага, принято считать:

а) радиосвязь;

б) телефон;

в) телеграф;

г) почту;

д) компьютерные сети.

5.        О семантической информации уместно говорить при наличии:

а) источника информации;

б) приемника информации;

в) носителя информации;

г) канала связи;

д) информационной системы: источника информации и человека как приемника информации.

6.        На остановке стоит человек в ожидании автобуса № З. Какое количество информации несет сообщение о том, что к остановке подъехал автобус № 4?

а) I бит;

б) нулевая информация;

в) ненулевая информация;

г) 4 бита;

д) 2 бита.

7.        В электронных устройствах информация неразрывно связана:

а) с источником информации;

б) с носителем информации;

в) с приемником информации;

г) с каналом связи;

д) с потребителем информации.

8.        Компьютер, является универсальным автоматическим устройством для работы:

а) со знаками;

б) со сведениями;

в) со знаниями;

г) с информацией;

            д) с данными.           

9.        Компьютер дублирует основные информационные функции:

а) социальных систем;

б) человека;

в) животных;

г) технических систем;

д) любых биологических систем.

О. Информация отличается для человека и компьютера:

а) способом интерпретации;

б) типом носителя;

в) способом получения;

г) способом хранения;

д) способом обработки.

Информацию, обрабатываемую программным путем, назы-

а) файлом;

б) каталогом;

в) данными;

г) множеством;

д) блоком.

12. Для представления информации в памяти компьютера ис-

пользуются:

а) азбука Морзе;

б) русский алфавит;

в) кодировка натуральных чисел;

г) двоичная кодировка;

д) десятичная кодировка.

З. Для хранения одного байта информации необходимо исполь-

зовать:

а) 2 байта памяти;

б) байт памяти;

в) бит памяти;

г) 2 бита памяти;

д) 1 машинное слово. 14. Данные, хранящиеся на внешнем носителе компьютера под одним именем, называются:

а) файлом;

б) каталогом;

в) данными;

г) множеством;

д) блоком.

15. Данные, хранящиеся в памяти компьютера, становятся активными (могут быть подвергнуты обработке) лишь в случае:

а) интерпретации ее человеком;

б) загрузки информации из внешней памяти в оперативную;

в) приведения компьютера в рабочее состояние;

г) наличия управляющих сигналов;

д) возможности программного управления.

б. Преобразователем данных в компьютере в соответствующие сигналы являются:

а) процессор;

б) монитор;

в) дисковод;

г) контроллер;

д) клавиатура.

17.   Носителем информации в компьютере являются:

а) знак;

б) код;

в) сигнал;

г) память;

д) процессор.

18.   Данные, которые передаются по магистрали, сопровождаются:

а) своим адресом;

б) интерпретацией сигнала;

в) контроллером;

г) физическими параметрами сигнала;

д) способом обработки.

19.   Одним из видов системной информации являются:

а) блоки;

б) адреса;

в) программы;

г) данные;

д) файлы.

20.   Процесс коммуникации между пользователем и компьютером называют:

а) активизацией программ;

б) активацией программ;

в) пользовательским интерфейсом; г) интерактивным режимом;

д) режимом внутренней активации.

21.   Неразрывность информации с сигналом предполагает:

а) одинаковое смысловое содержание информации и сигнала;

б) однозначность интерпретации сигнала разными приемниками информации;

в) использование обоих понятий в качестве синонимов;

г) отсутствие информации в сигнале;

д) неумение выделять смысл сигнала приемником инфор-

мации.

22.   Тип информации, хранящейся в файле, можно определить:

а) по имени файла;

б) расширению файла;

 в) файловой структуре диска;

г) каталогу;

д) организации файловой структуры.

23.  

Информацию, заложенную в каталогах, можно отнести:

а) к семантической;

б) документальной;

в) системной;

г) априорной;

д) технической.

24.   Системная информация отличается от структурной:

а) наличием связей между элементами и целевым функционированием;

б) ничем;

в) разным количеством связей;

г) носителем;

д) отсутствием приемника информации.

25.   Носителем графической информации являются:

а) знак;

б) пиктограмма;

в) сигнал;

г) пиксель;

д) видеоизображение.

26.   Информацию, представленную в виде, пригодном для обработки компьютером, называют:

а) знаком;

б) сведениями;

в) блоком;

г) данными;

д) кодом.

27.   Условное изображение информационного объекта или операции называют:

а) сигналом;

б) пикселем;

в) файлом;

г) знаком;

 д) пиктограммой.

28.   Что из перечисленных объектов не может быть носителем информации:

а) знак;

б) сигнал;

в) пиксель;

г) палитра;

д) пиктограмма.

Ответы к тесту:

	1	2 3 4 5 6 7 8							9	10 11 121314151								1	192		212223242					2 2 2

МОДУЛЬ «КОМПЬЮТЕР ПК СРЕДСТВО АВТОМАТИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ»

Основное соДерлсание модуля

Аппаратное и программное обеспечение компьютера. Архитектура современных компьютеров. Многообразие операционных систем. Программные средства создания информационных объектов, организации личного информационного пространства, защиты информации.

Общеобразовательные цели:

•     закрепление знаний в области архитектуры компьютера;

•     освоение основных видов программного обеспечения;

•     формирование собственного информационного пространства.

9. Аппаратное и программное обеспечение компьютера

Развивающие цели:

•     закрепление навыков систематизации и структуризации формализованных данных;

•     развитие логических приемов работы с данными. Воспитательная цель:

•     развитие пространственного мышления.

 Урок 9. Аппаратное и программное обеспечение компьютера

Цели: знать основные параметры компьютера; знать назначение основного и периферийного оборудования; различать виды программного обеспечения; знать основные подходы при настройке оборудования и программного обеспечения.

Ход урока

1. Организационный момент

П. Теоретический материал урока

Компьютер является универсальным электронным устройством, включающим комплекс аппаратных и программных средств. Эти составляющие образуют единство свойств, которые и позволяют оптимально функционировать системе под названием «компьютер». Именно на примере компьютера мы можем наблюдать функционирование системы. Каждый элемент данной системы не обладает теми свойствами, которыми обладает сама система. Отсутствие элемента данной системы нарушает целостность, и компьютер фактически перестает существовать как система.

 При общении часто употребляют понятие «персональный компьютер» — это техническое устройство, осуществляющее действия с данными, запоминаемыми в той или иной форме, и используемое одним пользователем. Сначала название применялось для обозначения компьютеров, используемых в быту. Функциональное назначение компьютеров в деловой сфере отличается от использования их в быту, поэтому на сегодняшний день закрепилось данное название за компьютерами, закрепленными за отдельными пользователями.

В развитии вычислительной техники выделяют пять поколений, характеризующихся архитектурой, элементной базой и способом применения ЭВМ. Первое поколение (1940—1955 годы) имело примитивную архитектуру, использовались электронные лампы, программирование осуществлялось в машинных кодах для проведения научных расчетов. Второе поколение ведет отсчет с 1955 года, стали применяться транзисторы и запоминающие устройства на

магнитных сердечках, а также перфокарты и перфоленты, появились первые языки программирования. Третье поколение (с начала 1960 года) имело разнообразную элементную базу, увеличилась мощность процессоров, стали использоваться сопроцессоры и мощные внешние запоминающие устройства, семейства ЭВМ, появились мультипрограммирование и системы разделения времени. Элементной базой четвертого поколения (с начала 1970 года) стали большие интегральные схемы (БИС), память уже измерялась мегабайтами, появились сети ЭВМ, интегрированные базы данных. Пятое поколение — компьютеры, основанные на использовании искусственного интеллекта.

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым Джоном фон Нейманом:

•    принцип двоичного кодирования (вся информация, функ-

ционирующая в памяти компьютера, кодируется с помощью двоичной системы счисления);

•    принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности);

•    принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда, отсюда следует, что над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными);

•    принцип адресности (память состоит из пронумерованных ячеек, что позволяет процессору в произвольный момент времени обращаться к любой ячейке памяти).

Управление аппаратными средствами осуществляется с помощью программного обеспечения. Программное обеспечение (ПО) — это комплекс программ, обеспечивающий обработку или передачу данных; либо совокупность программ, обеспечивающих согласованную работу всех подсистем компьютера и предоставляющих пользователю возможность решения прикладных задач. Прогршњмой называют упорядоченную последовательность команд, предназначенную для исполнения конкретным исполнителем, или данные, предназначенные для управления конкретными компонентами системы обработки данных с целью реализации определенного алгоритма. Выполнение программы в памяти компьютера есть реализация решения поставленной задачи.

В литературе встречается несколько классификаций программных средств, но чаще всего принято их делить на три части: системное ПО, прикладное ПО и системы программирования. Системное ПО пред-

            Урок 9. Аппаратное и программное обеспечение компьютера          65

назначено для управления аппаратными средствами, осуществления диалога с пользователем, поддержания системы в работоспособном состоянии (защита информации, управление внутренними ресурсами и т. д.). Прикладная программа использует средства, предоставляемые системной программой, и предназначена для работы пользователей и создания различных документов. Приложение — прикладная программа, работающая под управлением оболочки Windows. Необходимость использования нового термина обусловлена дополнительными возможностями приложений. В отличие от программ приложения могуг взаимодействовать между собой, обмениваться данными, использовать программные модули друг друга и т. д.

Принципы хранения данных на физическом носителе определяет файловая система. Она содержит информацию, как должны сохраняться данные файла, какие данные (например, имя, дата создания и т. п.) о файле должны быть сохранены и каким образом. Именно используемый формат хранения данных предопределяет основные характеристики файловой системы. Так, если файловой системой не предусмотрено сопоставление информации о правах пользователей с файлами и папками, то такая система не будет поддерживать разграничение доступа.

При рассмотрении характеристик файловых систем важным понятием является понятие «кластер». Кластер — это минимальный адресуемый файловой системой блок данных, размещаемый на электронном или магнитном носителе. Размер кластера всегда кратен размеру сектора диска. Файловая система использует кластеры для более эффективного управления дисковым пространством: создание кластеров, объединяющих несколько секторов, позволяет разбить память на меньшее количество блоков (по сравнению с секторами), что упрощает управление. Потенциальный недостаток кластеров большого размера — это менее эффективное использование дискового пространства, поскольку под данные одного файла и каталога всегда выделяется целое число кластеров. Например, если размер кластера составляет 32 Кб, то файл размером 100 байт все равно займет на диске 32 Кб.

Ш. Выполнение практического задания

Познакомиться с содержанием диска D:, определить у файлов тип программного обеспечения и заполнить таблицу.

	Имя файла (программы)	Тип ПО	Место расположения (папка)	путь

3 А. Х. Шелепаева, 10-11 кл.

lV. Закрепление изученного материала

 В последних версиях операционной системы Windows нельзя определить расширение файла традиционными способами. Каким способом можно определить расширение файла? (Можно предложить следующий алгоритм: выДеляем фаги, нажимаем правую юшвишу мыши, в появившемся меню выбираем пункт Свойства, в появившемся окне нажимаем кнопку Изменить и в верхней строке нового окна читаем название файла и расширение.)

Методические рекомендации. Задания такого типа позволяют осваивать практические методы работы без усвоения теоретических основ. Учащиеся О класса должны обладать навыками свободного ориентирования в информационном пространстве. Электронное пространство позволяет им самостоятельно осваивать определенные навыки работы, которые невозможно получить путем натаскивания или с помощью лекционных материалов.

У. Подведение итогов урока

1. Компьютер является универсальным устройством обработки информации, характеризующимся совокупностью аппаратных и программных средств.

2. В основу архитектуры компьютера положены принципы Дж. фон Неймана.

З. Управление аппаратными средствами осуществляется с помощью программного обеспечения, комплекса программ, обеспечивающих обработку или передачу данных.

Домашнее задание

Найдите по семь отличий в различных видах программного обеспечения и попробуйте определить к какому типу ПО они относятся, используя классификации представленных на уроке типов программного обеспечения.

Урок 10. Знакомство с операционными системами

Цели: освоить основные функции операционной системы; знать типы операционных систем; иметь представление о возможностях различных операционных систем, их преимуществах и недостатках.

Ход урока

1. Организационный момент

11. Актуализация знаний

    Перечислите принципы Дж. фон Неймана. (Принципы двоичного коДирования, программного управления, оДнороДности

памяти и афесности. Принципы затрагивают вопросы по способам преДстаааения информации в памяти, управления Данными, способам хранения и манипулирования Данными. Информация, функционирующая в памяти компьютера, кодируется с помощью двоичной системы счисления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за Другом в определенной послеДовательности. Программы и Данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает,  что хранится в Данной ячейке памяти — число, текст или команДа, отсюДа слеДует, что над команДами можно выполнять такие же Действия, как и над Данными. Память  состоит из пронумерованных ячеек, что позволяет процессору в произвольный момент времени обращаться к любой ячейке памяти.)

    Какие типы программного обеспечения вы знаете? (Различают два основных типа программного обеспечения: системное и приклаДное ПО. Кроме названных выДеляют еще системы програњиирования.)

   

Какие функции выполняет системное программное обеспечение? (Системное ПО преДназначено Для упраа,тения аппаратными среДствами, обеспечивает возможность взаимоДействия пользователя и компьютера за счет Дружественного интерфейса, упраа,иет внутренними ресурсами и т. Д.)  Чем отличается прикладное ПО от систем программирования? (ПриклаДное ПОразработано Для целевых групп, которые решают в средах Данных прогрсњи свои произвоДственные задачи. Системы программирования тоже позволяют решить произвоДственные заДачи разработчиков программ, попросту программистов, но это узкая категория и требует больших временных и интеллектуальных затрат для осуществления Данного вида Деятельности.) Ш. Теоретический материал урока

 Операционная система (ОС) есть комплекс программ, обеспечивающий в системе выполнение других программ, распределение ресурсов, планирование, ввод-вывод и управление данными. Для нас будет более приемлемым следующее определение: операционная система — это совокупность программ, обеспечивающая целостное функционирование компьютера и его устройств при взаимодействии с пользователем в процессе решения им различных информационных задач на компьютере.

Перечислим основные функции операционной системы: выполнение операций над файлами (поиск, копирование, удаление и т. д.);

3.

обеспечение более уДобного запуска приложений на выполнение; предоставление возможности быстрого перехода от одного приложения к другому при многозадачном режиме и т. д.

Операционная система управляет процессами, которые могут рассматриваться как последовательность событий, предусмотренных заранее и целенаправленно организованных или определяемых условиями внешней среды, человеком или устройством. Современные системы управляют сразу несколькими процессами, поэтому для данного состояния введено понятие «приоритет процесса», характеризующее атрибут, отражающий степень важности процесса, заранее определенный и заложенный в операционную систему, которая и определяет последовательность выполнения тех или иных потоков.

Другим параметром состояния ОС является прерывание — это специальный сигнал, создаваемый микропроцессором при возникновении каких-либо событий, например обращения к внешним устройствам, после чего происходит остановка в работе компьютера, вызванная тем или иным событием, чаще всего отсутствием готовности какого-либо устройства. Прерывания имеют номера, и каждому номеру приписан адрес подпрограммы обработки прерывания. Вектор таких адресов расположен в самом начале адресного пространства. Каждое устройство использует свой номер прерывания (или номера, если прерываний несколько). Возможны конфликты при использовании одних и тех же номеров прерываний различными устройствами.

Прерывание предусматривает и временное прекращение компьютером выполнения текущей программы с запоминанием всей текущей информации (адреса команды, на котором произошло прерывание, результаты предыдущей операции и т. д.) и одновременным переходом к выполнению другой программы. Причин для прерываний может быть много: наличие ошибки в передаваемой или принимаемой информации, переполнение регистров процессора, выход из строя оборудования и т. д.

После включения компьютера активизируется только часть операционной системы, остальные программы загружаются по мере надобности. Постоянно действующей программой является ее резидентная часть, хранящаяся в оперативной памяти. Она может действовать параллельно с основной программой. Однако резидентные программы (например, драйверы различных устройств) часто конфликтуют между собой или с основной программой. Конфликт может закончиться программной аварией, например отказом от работы, зависанием и т. д. Рекомендуется ограничиваться минимумом абсолютно необходимых резидентных программ.

В качестве основных функций операционной системы можно назвать:

•     организацию и сопровождение диалога с пользователем;

•     оперирование данными с момента ввода-вывода и обработки;

•     планирование и организация процесса обработки прикладных программ и управляющих сигналов;

•     распределение внутренних ресурсов (памяти, процессора, внешних устройств);

•     передача информации между различными внутренними устройствами;

•     программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, принтера и др.).

Операционные системы могут различаться особенностями реа-

лизации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессором, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных плат-

форм, областями использования и многими другими свойствами. Но в литературе различают четыре основных класса операционных систем, где в качестве оснований рассматриваются количество одновременно обрабатываемых задач и число пользователей, обслуживаемых данной системой:

•     однопользовательские однозадачные поддерживают взаимодействие только с одним пользователем и за единицу времени выполняют только одну задачу;

•     однопользовательские однозадачные с фоновой печатью позволяют помимо основной задачи запускать одну параллельную задачу, ориентированную, как правило, на вывод инфор: мации на печать; что позволяет ускорить работу компьютера при выдаче больших объемов информации на печать;

•     однопользовательские многозадачные ОС обеспечивают одному пользователю параллельную обработку нескольких задач. Например, одновременно могут работать несколько приложений, такие, как, вывод данных на печать, прослушивание музыки, работа с текстовым редактором, и т. д.;

•     многопользовательские многозадачные позволяют на одном компьютере работать различным пользователям и решать

•     различные задачи. Такие системы сложны и требуют значи тельных машинных ресурсов.

Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:

•     системы пакетной обработки (например, ОС ЕС);

•     системы разделения времени (UNIX, VMS);

•     системы реального времени (QNX, RT/11).

Системы пакетной обработки предназначались для решения задач математического уровня, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие отличающиеся требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств компьютера. Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается «выгодное» для системы задание.

В системиразДетения времени был исправлен основной недостаток систем пакетной обработки — изолированность пользователяпрограммиста от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только единица (квант) процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует компьютер. Системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.

Системы ресаьного времени применяются для управления различными техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная экспериментальная установка, или технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс, и т. п. Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае

может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости; экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны; толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме. Таким образом, критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы — реактивностью.

Главная функция ОС — это организация взаимодействия компьютера с пользователем. От того, как будет организовано общение машины с человеком, или, другими словами, интерфейс системы, зависит, насколько эффективно сможет пользователь воспользоваться ресурсами компьютера. Понятие «интерфейс» в информатике применяется в разных аспектах, поэтому каждый раз необходимо задавать его в определенных рамках.

Пользовательский интерфейс — это совокупность правил и приемов, создаваемых программой, с помощью которых пользователь управляет ею. К примеру, программный интерфейс может

имитировать изображение проигрывателей компакт-дисков или музыкальных файлов и позволяет управлять ими путем нажатия на соответствующие клавиши проигрывателя. Под нажатием подразумевается обычно указание на изображение клавиши курсором мышки и нажатие одной из ее клавиш.

      Графический интерфейс — комплекс программных средств, позволяющий пользователю ориентироваться в программной среде Windows с использованием графических объектов. Взаимодействие человека с компьютером организовано в форме диалога с использованием ввода и вывода на экран дисплея графической информации, когда управление программами осуществляется с помощью кнопок, меню, окон, экранных панелей и других элементов управления, а также выделением цветом определенных частей изображения или текста.        

Архитектура ОС может быть представлена следующим образом:

      менеджер ресурсов (унификация, разделение и учет процессов);

      планировщик задач (это тоже менеджер ресурсов, но он обособлен, потому что обособлено понятие задачи);

      системное наполнение (функциональность, используемая системой);

      пользовательское наполнение (то, что может понадобиться пользователю);

      интерфейс (диалог с пользователем).

1V. Выполнение практического задания

Творческий уровень (оценка «5»)

Определить основные параметры компьютера с использованием справочной системы Windows. Прописать алгоритм использования справочной системы для начинающего пользователя.

Конструктивный уровень (оценка «4»)

Определить основные параметры компьютера с использованием справочной системы Windows по заданному алгоритму. По результатам работы заполнить таблицу с данными.

	Элементы системы		Основные параметры
	ве сия B10S
2	Опе ационная система
3	Размещение ОС
4	П оцессо
5	Ско ость п цессо а
б	Объем жесткого диска

Методические рекомендации. Служебные программы позволяют проверить объем свободной памяти, приложения и оборудование, установленные на данном компьютере, а также просмотреть диагностическую информацию о состоянии компьютера. Самый простой способ запуска служебных программ — это использование справочной системы Windows.

Для MicrosoR Windows ХР Professional необходимо выполнить следующую последовательность команд: Пуск Справка и поддержка / Выбор задания / Использование служебных программ. В появившемся разделе Сервис выбрать пункт Сведения о системе.

V. Подведение итогов урока

1. Наиболее важной частью программного обеспечения является операционная система.

2. Операционная система — это совокупность программ, обеспечивающих целостное функционирование компьютера и его устройств, взаимодействие с пользователем в процессе решения им различных информационных задач на компьютере.

З. Операционные системы могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования.

Типология информационных объектов

Урок 11. Типология информационных объектов

Цели: освоить понятие «информационный объект»; иметь представление о различии между понятиями «информация» и «информационный объект».

Ход урока

1. Организационный момент

11. Актуализация знаний

    Что такое операционная система? (Операционная система преДстаамет собой совокупность программ, обеспечивающи возможность функционирования компьютера. Основное назначение: управление приклаДными программами, распреДелениересурсов системы, упраааение Данными (ввод, вывод, манипулирование и т. д.)

    Назовите основные функции операционной системы. (Основные функции операционной системы: выполнение операций над файлами (поиск, копирование, уДсаение и т. Д.); обеспечение более уДобного запуска приложений на выполнение; преДоставление возможности быстрого перехоДа от одного прштожения к Другому при многозадачном режиме и т. Д.)  Попробуйте описать последовательность загрузки и работы ОС. (После вютючения компьютера из постоянного запоминающего устройства считывается базовая система вводавывоДа (ВО), который нахоДит Диск с системными файлами и файлами загрузки. Как только найДены нужные файлы, BIOS переДает управление файлам загрузки и системными файлами поДгружается оперативная память. В оперативной памяти нахоДится лишь небольшая часть операционной системы, остальные фаГиы, Драйвера и утишты поДгружаются по мере необхоДимости. После запуска приклаДной программы ОС переДает ей управление и нахоДится в состоянии ожиДания Для выполнения функций, ей преДназначенных.)  Чем отличается однозадачная система от многозадачной? (В первом случае система за еДиницу времени может выполнять лишь одну заДачу, при решении нескольких заДач происхоДит прерывание решаемой заДачи и послеДовательное выполнение всех процессов. Во втором — оДновременно могут выполняться несколько заДач паршиельно.) Ш. Теоретический материал урока

 Из-за сложности понятия «информация» целесообразным считается использование понятия «информационный объект». Это

логически связанный блок информации о каком-либо объекте действительности, выраженный с использованием различных форм представления. Например, это можгу быть текст, сюжетный рисунок, музыкальный файл, фотография и т. д. В компьютерных системах приходится оперировать именно информационными объектами или данными.

Оперировать данным понятием проще, чем объяснять школьникам о глубине и непостижимости понятия «информация». Рассматривается данный объект уже в начальной школе и относится к основным понятиям, формируемым в школе. Но адекватного описания нет ни в одном учебнике. Учителю необходимо самому сориентироваться, когда использовать понятие «информация», а когда «информационный объект».

 Рассматриваемое понятие возникло давно, только использовалось оно в области автоматизированных систем как совокупность данных и программного кода, обладающая свойствами (атрибутами) и методами, позволяющими определенным образом обрабатывать данные. Информационный объект является самостоятельной единицей применения и хранения в интегрированной информационной среде (ИИС).

В более широком понимании информационный объекг — имеющая сложную структуру многоаспектная информация, не зависящая от конкретных носителей, развивающаяся в силу собственных императивов, обладающая поведением и способная к проявлению эмоций; по словам И. Пригожина, «структуры, производящие информацию из информации».

Информационные объекты взаимодействуют как с информационным, так и с физическим пространством. В последнем случае взаимодействие осуществляется через людей в качестве носителей. При этом информационные объекты воздействуют на носителей, модифицируя их восприятие, эмоциональные реакции, деятельность. Согласно законам диалектики о взаимности действия носители также оказывают воздействие на информационный объект.

Возьмем за основу определение, что информационный объект — это описание некоторой сущности (реального объекта, явления, процесса, события) в виде совокупности логически связанных информационных элементов. Информационный объект может быть представлен графическими средствами, текстовыми (описательными), а также с помощью таких средств, как таблица, дерево, граф.

1V. Задание

 Приведите примеры различных информационных объектов с использованием графических, текстовых и табличных средств описания.

Типология информационных объектов

В 9 классе мы рассматривали три вида информационных структур: реляционную, иерархическую и сетевую. Для представления данных используют еще один вид структурирования — это графы. Они включают конечное множество точек, связанных между собой определенным образом. Множество точек принято называть узлами, а соединение узлов (пары точек) — ребрами. Тогда граф — это конечное множество Точек, соединенных ребрами.

Опишем с помощью графа объект «Ученик» (рис. 2).

Различают два типа графов: ориентированные и неориентированные. В первом случае порядок соединения узлов является существенным, в другом — несущественным.

 К какому типу графа относится рассмотренный выше пример? Методические рекомендации. Однозначно ответить на данный вопрос учащиеся обычно затрудняются. Здесь необходимо учесть тот факт, что для получения ответа им недостает необходимых знаний. Именно такой подход позволяет активизировать познавательную деятельность учащихся, когда достижение цели возможно лишь при наличии необходимого количества информации.

Итак, две вершины соединяются между собой с помощью ребра, но если соединение направленное, то его называют дугой, и соответственно данный граф является ориентированным. В отличие от рассмотренных информационных структур зависимость элементов системы в графе может быть представлена более сложным способом. Дуга может замыкаться на одной вершине, тогда ее называют петлей.

У. Закрепление изученного материала

 Опишите различные объекты с использованием ориентированного и неориентированного графа. Попробуйте ответить на вопрос: чем граф отличается от иерархической структуры?

Рис. 2. Граф объекта «Ученик»

ло

Методические рекомендации. Учащиеся должны очень хорошо изучить предложенный граф, прежде чем ответить на данный вопрос. Ответ не так прост, как кажется на первый взгляд. Не стоит пока обращать внимание на то, что ребра тоже несут определенную информацию и данные могут быть отмечены на [рафе. Выделение элементов осуществляется по разным основаниям. В иерархической структуре не допускается деление понятия по разным основаниям. А здесь представлены и данные ученика, и данные класса, и данные классного руководителя. Фактически данный граф состоит из трех совмещенных иерархических структур.

Урок 12. Личное информационное пространство

Цели: знать приемы создания собственной информационной среды с использованием возможностей объеюгов Windows; освоить способы структуризации информации для оптимизации электронного информационного пространства; Отработать навыки работы с различными объектами операционной системы.

Ход урока

1. Организационный момент

11. Актуализация знаний

 Что такое информационный объект? (Логически связанный блок информации, описывающий объективную Действительность с использованием различных способов преДставления, называют информационным объектом.)

 Чем отличается информационный объект от информации? (Если рассматриваем информацию как смысл, соДержащийся в окружающей Действительности, то информационный объект — это уже нагляДно преДставленный, оформленный (заданный в форме) и уже извлеченный смысл.)

Перечислите способы структурирования информации, какие вы знаете. (Различают четыре основных способа структурирования: таблица (реляция), Дерево (иерархия), сеть и граф.)

— Попробуйте назвать основные преимущества и недостатки различных способов структурирования. (НеДостатки выДелить Достаточно сложно, потому что кажДыЙ вид структурирования позволяет описывать ту иную зависимость ме.усДу Данными. Наиболее УДобной и понятной структурой является таблица. Именно поэтому базы Данных в основном и используют такой вид структуры.)

Личное информационное пространство

Методические рекомендации. Кардинальные изменения в культуре информационного общества, связанные с приданием информации статуса стратегического ресурса, выдвигают на первый план проблемы формирования информационной культуры личности. Формирование информационной культуры предполагает решение проблемы формирования индивидуального информационного образовательного пространства (среды), выступающего одновременно как цель, средство и результат образовательного процесса личности.

Информационная культура учителя может рассматриваться с двух позиций:

Культурологический подход отражает способ жизнедеятельности человека в информационном обществе как составляющую процесса формирования культуры человечества.

Информационный поДхоД включает совокупность знаний, умений и навыков поиска, отбора и анализа информации, то есть все, что включается вмнформационную деятельность, направленную на удовлетворение информационных потребностей.

В свете формирования компетентностных подходов в образовании данную проблему необходимо рассматривать с позиции формирования информационных компетенций, обеспечивающих навыки деятельности человека с информацией, поступающей из различных источников, имеющих различный содержательный смысл и различные формы представления. В условиях формирующегося информационного общества данная компетенция приобретает все большую значимость в связи с потребностью человека справляться с происходящими в обществе информационными процессами.

Усложнение средств передачи, хранения и обработки, одним из которых является компьютер, позволил выделить в качестве составного компонента информационных компетенций ИКТкомпетенцию, под которой понимают готовность использовать усвоенные знания, умения, навыки и способы деятельности в сфере информационно-коммуникационных технологий для решения учебных и практических задач. Другим аспектом данных компетенций выступает информационная составляющая, связанная с проблемами пространственной организации информации, с формированием личного информационного пространства и его взаимодействия с внешним информационным пространством.

Необходимо помнить, что в процессе обучения необходимо обращать внимание на формирование компетенций, являющихся составной частью информационно-коммуникативной деятельности, включающих:

1.  Поиск нужной информации по заданной теме в источниках различного типа. Извлечение необходимой информации

ло

из источников, созданных в различных знаковых системах (текст, таблица, график, диаграмма, аудиовизуальный ряд и др.), отделение основной информации от второстепенной, критическое оценивание достоверности полученной инфор, мации, передача содержания информации адекватно поставленной цели (сжато, полно, выборочно). Перевод информации из одной знаковой системы в другую (из текста в таблицу, из аудиовизуального ряда в текст и др.), выбор знаковых систем адекватно познавательной и коммуникативной ситуации. Умение развернуто обосновывать суждения, давать определения, приводить доказательства (в том числе от противного). Объяснение изученных положений на самостоятельно подобранных конкретных примерах.

2.  Выбор вида чтения в соответствии с поставленной целью (ознакомительное, просмотровое, поисковое и др.). Свободная работа с текстами художественного, публицистического и официально-делового стилей, понимание их специфики; адекватное восприятие языка средств массовой информации. Владение навыками редактирования текста, создания собственного текста.

З. Использование МУЛЬТИМеДИЙНЫХ ресурсов и компьютерных технологий для обработки, передачи, систематизации информации, создания баз данных, презентации результатов познавательной и практической деятельности.

4. Владение основными видами публичных выступлений (высказывание, монолог, дискуссия, полемика), следование эти ческим нормам и правилам ведения диалога (диспута).

111. Теоретический материал урока

Увеличение информационного потока и необходимость оперирования все большим количеством информации вынуждает нас разумно подходить к организации своего информационного пространства. Неправильная, или, другими словами, неоптимальная система хранения информации способствует увеличению доли непродуктивной деятельности. Основная идея заключается в создании своего информационного пространства в процессе управления информационными потоками в единой системе, разделенной на части по областям применения. Рассмотрим управление электронными информационными ресурсами, и по аналогии можно научиться организовывать в целом свою информационную деятельность.

Основным инструментом организации личного информационного пространства в памяти компьютера являются папки. Они же являются средством организации и представления системных ресурсов компьютера (каталогов, файлов, программ и т. д.). Папка

Личное информационное пространство

может содержать другие папки (вложенные папки), программы, а также такие объекты, как, например, принтеры и диски. Объекты в папке представляются значками, и каждый значок имеет название, расположенное ниже его. Для того чтобы открыть папку, запустить программу, открыть документ или активизировать и открыть объект любого другого типа, достаточно дважды щелкнуть клавишей мыши, поставив курсор на соответствующем значке. Открытие возможно И одиночным щелчком, а также с использованием системного меню.

Существует возможность открытия папок и с помощью клавиатуры, для этого необходимо воспользоваться клавишей каждое нажатие которой выделяет последовательно все имеющиеся на рабочем столе папки. После того как будет выбрана нужная папка, нажатием клавиши <Enter> открываем ее содержимое. Тем же способом можно открыть объект в папке, дважды щелкнув мышью на объекте, или с помощью клавиши или клавишей со стрелками для выбора объекта, а клавишу <Enter> нажать для его открытия.

 Все папки функционируют одинаково независимо от их содержимого. Установив для папок подходящие параметры, можно быстрее выполнить поставленные задачи. Для установки параметров открытых папок необходимо выполнить команду Вид Свойства папки. В появившемся окне задаются все необходимые параметры папки (рис. З).

Рис. 3. Окно «Свойства папки»

Рис. 4. Вид структуры папок

Копирование и перемещение папок выполняются так же, как и копирование, и перемещение файлов. Чтобы скопировать папку, достаточно перетащить ее правой кнопкой на то место, куда нужно ее скопировать. Когда появится контекстное меню, можно выбрать пункт Копировать для копирования папки либо Переместить для изменения местоположения папки. Можно копировать папку, перетаскивая ее левой кнопкой при нажатой клавише <Ctrl>. При этом папка и все ее содержимое, включая файлы и вложенные папки, копируются на новое место.

Для переименования папки вызывается контекстное меню и осуществляется выбор команды Переименовать. Изменение имени файла не влияет на изменение имен созданных ранее ярлыков, и компьютер не в состоянии будет найти необходимый оригинал папки при обращении к ней по заданному ярлыку.

Мы рассмотрели технический аспект работы с папками. Теперь опишем, как сформировать свое информационное пространство. Документы, формируемые пользователем, должны быть строго структурированы, а средством структуризации в данном случае выступает папка. Если все документы хранить в одной папке, тогда после достижения определенной критической массы пользователю будет трудно ориентироваться в собственных документах. И фактическое время работы будет тратиться на нахождение нужного документа.

Рассмотрим, как лучше оформить личное информационное пространство. Пусть необходимо организовать «Фонд собственных достижений», этот объект мы и будем структурировать (рис. 5).

%щита

Собственное имя

Документы

Проекты

Письменные работы

Сочинения

Учеба

Спорт

Увлечения

Разработки

Е.: КРИТИческие заметки Юмор

Рис. 5. Пример структуры объекта

lV. Выполнение практического задания

Разработать структуру объекта «Учебный проект по.. предмет или тему выбрать по собственному желанию.

Методические рекомендации. Очень сложное задание, отражающее неумение школьников формулировать собственные интересы, а также неумение выделять ключевые понятия рассматриваемой темы. Эго проблема не учеников, а самой логики обучения в российских школах, когда формируется прямое знание. Отсюда и неумение учащихся мыслить нестандартно в обычной ситуации. И необходима помощь учителя, который должен направить мысль школьника в нужном направлении исходя из интересов самих школьников.

Урок 13. Защита информации

Цели: знать возможные варианты потери информации и способы их защиты; овладеть навыками элементарной защиты электронных данных.

Ход урока

1. Организационный момент

11. Актуализация знаний

    Чем обусловлена необходимость грамотного формирования личного информационного пространства? (Сувеличением информационного потока возникает необхоДимость формирования ИКТ-компетенций. В любой производственной сфере возрастает информационная составляющая Деятельности человека. При неграмотном формировании личного информационного пространства возрастает и время Для поиска необходимой информации, что существенно влияет на про-

извоДительность труда человека. Причем необхоДимо уметь прогнозировать необхоДимость той или иной информации Для грамотного построения дерева папок.)

    Какие средства системы Windows позволяют структурировать и систематизировать информационное пространство пользователя? (Для систематизации и структурирования информационного пространства пользователя используют папки. Используя вложенные файлы, можно выстроить до статочно разветвленную иерархию папок, послеДовательное раскрытие которых позволит легко найти необходимый файл.)

 Перечислите основные приемы работы с папками. (Папки можно копировать, переименовывать, удалять, вырезать, менять месторасположение путем простого перетаскивания.)

    В чем отличие работы с папками и файлами? (Приемы работы с файлами и папками анштогичны. Единственное различие состоит в том, что при открытии файла запускается программа, с которой пользователь работает, а с папкой — иначе. дВОЙНЫМ щелчком мыши открываем папку, и раскрывается внутренне содержание этой папки.)

111. Теоретический материал урока

Современный этап развития общества характеризуется возрастающей ролью информационной сферы, представляющей собой совокупность информации, информационной инфраструктуры, субъектов, осуществляющих сбор, формирование, распространение и использование информации, а также системы регулирования возникающих при этом общественных отношений. Информационная сфера, являясь системообразующим фактором жизни общества, активно влияет на состояние политической, экономической, оборонной и других составляющих безопасности государства.

Официальная политика государства в области информационной безопасности выражена в Доктрине информационной безопасности Российской Федерации (приказ Президента РФ от 9 сентября 2000 г. № Пр- 1895). Она выражает совокупность официальных взглядов на цели, задачи, принципы и основные направления обеспечения информационной безопасности Российской Федерации и служит основой:

•     для формирования государственной политики в области обеспечения информационной безопасности Российской Федерации;

•     • подготовки предложений по совершенствованию правового, методического, научно-технического и организационного

Защита

обеспечения информационной безопасности Российской Фе-

дерации;

•     разработки целевых программ обеспечения информационной безопасности Российской Федерации.

Под информационной безопасностью понимают состояние защищенности субъектов РФ в информационной сфере, отражающих совокупность сбалансированных интересов личности, общества и государства. На уровне отдельной личности предполагается реализация конституционных прав человека и гражданина на доступ к информации, на использование информации в интересах осуществления не запрещенной законом деятельности, физического, духовного и интеллектуального развития, а также на защиту информации, обеспечивающей личную безопасность. На уровне общества речь идет об обеспечении интересов личности в этой сфере, упрочении демократии, о создании правового социального государства, достижении и поддержании общественного согласия в духовном обновлении России.

— Как вы думаете, государство заинтересовано в обеспечении информационнойбезопасности граждан?

Интересы государства в информационной сфере заключаются в создании условий для гармоничного развития российской информационной инфраструктуры, для реализации конституционных прав и свобод человека и гражданина в области получения информации и пользования ею в целях обеспечения конституционного строя, суверенитета и территориальной целостности России. Информационная безопасность каждого обеспечивает политическую, экономическую и социальную стабильность государства, что сказывается на развитии равноправного и взаимовыгоДного международного сотрудничества.

Под угрозой безопасности понимается действие или событие, которое может привести к разрушению, искажению или несанкционированному использованию ресурсов компьютера, включая хранимую, передаваемую и обрабатываемую информацию, а также программные и аппаратные средства. Различают два типа угроз: случайные (или непреднамеренные) и умышленные. Источником случайныхугроз, возникающих при работе компьютера, могут быть ошибки в программном обеспечении, выходы из строя аппаратных средств, неправильные действия пользователей, операторов или системных администраторов и т. п.

Умышленные угрозы преследуют определенные цели, связанные с нанесением ущерба пользователям (абонентам) сети. Они так-

же подразделяются на два типа: активные и пассивные. При пассивном вторжении злоумышленник только наблюдает за прохождением

ступени

и обработкой информации, не вторгаясь в информационные потоки. Эти вторжения, как правило, направлены на несанкционированное использование информационных ресурсов компьютера, не оказывая при этом влияния на ее функционирование. Паёсивной угрозой являегся, например, получение информации, передаваемой по каналам связи путем их прослушивания. При этом нарушитель выполняет анализ потока сообщений (трафика), фиксирует идентификаторы, пункты назначений, длину сообщений, частоту и время обменов.

Активные вторжения нарушают нормальное функционирование компьютера, вносят несанкционированные изменения в информационные потоки, в хранимую и обрабатываемую информацию. Эти угрозы реализуются посредством целенџправленного воздействия на ее аппаратные, программные и информационные ресурсы. К активным вторжениям относятся, например, разрушение или радиоэлектронное подавление линий связи, вывод из строя всей системы, подключенной к в сети, или ее операционной системы, искажение информации в пользовательских базах данных или системных структурах данных и т. п. Информация, хранящаяся в памяти компьютера, может быть выборочно модифицирована, уничтожена, к ней могут быть добавлены недостоверные данные.

В общем случае пассивные вторжения легче предотвратить, но сложнее выявить, в то время как активные вторжения легко выявить, но сложно предотвратить. Для создания хорошей защиты данных компьютера необходимо знать все возможности активных и пассивных вторжений и исходя из данных знаний формировать средства защиты. Таким образом, первый шаг по организации защиты информации состоит в определении требований к компьютеру. Этот этап включает:

•     анализ уязвимых элементов компьютера (возможные сбои оборудования и ошибочные операции, выполняемые пользователями, кража магнитных носителей и несанкционированное копирование и передача данных, умышленное искажение информации или ее уничтожение и т. п.);

•     оценку угроз (выявление проблем, которые могут возникнуть из-за наличия уязвимых элементов);

•     анализ риска (прогнозирование возможных последствий, которые могут вызвать эти проблемы).

•     Какие виды угроз информационной безопасности личности вы знаете? Назовите виды угроз информационной безопасности в промышленной сфере.

Возможные пути вмешательства в чужое информационное пространство могут быть таковы:

•     перехват электронных излучений;

•     принудительное электромагнитное облучение (подсветка) линий связи с целью получения паразитной модуляции несущей;

•     применение подслушивающих устройств;

•     дистанционное фотографирование;      

•     перехват акустических излучений и восстановление текста принтера;

•     хищение носителей информации и производственных отходов;

•     считывание данных в массивах других пользователей;

•     чтение остаточной информации в памяти системы после выполнения санкционированных запросов;

•     копирование носителей информации с преодолением средств их защиты;

•     маскировка под зарегистрированного пользователя;

•     мистификация (маскировка под запросы системы);

•     использование протраммных ловушек;

•     использование недостатков систем программирования операционных систем;

•     включение в библиотеки программ специальных блоКов типа «троянский конь».

Техническая система должна обеспечивать защиту ресурсов, прав пользователей компьютера. Линии связи, по которым передаются данные, являются уязвимым компонентом коммуникационных технологий, поэтому они тоже требуют защиты. Программное обеспечение, под управлением которого функционирует компьютер, также должно быть защищено. Поэтому все средства защиты данных

компьютера могут быть отнесены к одной из следующих групп:

•     защита аппаратных составляющих компьютера;

•     защита линий связи;

•     защита баз данных;

•     защита подсистемы управления компьютера.

Под системой защиты понимают совокупность средств и технических приемов, обеспечивающих защиту компонентов компьютера, способствующих минимизации риска, которому могут быть подвержены его ресурсы и пользователи. Они представляют собой комплекс процедурных, логических и физических мер, направленных на предотвращение, выявление и устранение сбоев, отказов и ошибок, несанкционированного доступа в систему. Существуют различные механизмы безопасности:

•     шифрование;

•     цифровая (электронная) подпись;

•     контроль доступа;

•     обеспечение целостности данных;

 • обеспечение аутентификации;

•     подстановка трафика;

•     управление маршрутизацией;

•     арбитраж (или освидетельствование).

Шифрование (криптографическая защита) используется для реализации службы засекречивания и используется в ряде различных служб. Шифрование может быть симметричным и асимметричным. Симметричное основывается на использовании одного и того же секретного ключа для шифрования и дешифрования. Асимметричное характеризуется тем, что для шифрования используется один ключ, являющийся общедоступным, а для дешифрования — другой, являющийся секретным. При этом знание общедоступного ключа не дает возможности определить секретный ключ. Для реализации механизма шифрования нужна организация специальной службы генерации ключей и их распределения между абонентами сети.

Механизмы цифровой подписи используются для реализации служб аутентификации и защиты от отказов. Эти механизмы основываются на алгоритмах асимметричного шифрования и включают две процедуры: формирование подписи отправителем и ее опознавание (верификацию) получателем. Первая процедура обеспечивает шифрование блока данных либо его дополнение криптографической контрольной суммой, причем в обоих случаях используется секретный ключ отправителя. Вторая процедура основывается на использовании общедоступного ключа, знания которого достаточно для опознавания отправителя.

Механизмы контроля Доступа осуществляют проверку полномочий объектов сети (программ и пользователей) на доступ к ее ресурсам. При доступе к ресурсу через соединение контроль выполняется как в точке инициализации обмена, так и в конечной точке, а также в промежуточных точках. Основой для реализации этих механизмов являются матрица прав доступа и различные варианты ее реализации. Мандатные списки включают метки безопасности, присвоенные объектам, которые дают право на использование ресурса. К другому типу относятся списки прав доступа, основанные на аутентификации объекта и последующей проверке его прав в специальных таблицах фазах контроля доступа), существующих для каждого ресурса.

•     Механизмы обеспечения целостности применяются как к отдельным блокам данных, так и к информационным потокам. Целостность обеспечивается выполнением взаимосвязанных процедур шифрования и дешифрования отправителем и получателем с последующим сравнением контрольных криптографических сумм. Однако для реализации защиты от подмены блока в целом

Защита

необходим контроль целостности потока данных, который может быть реализован, например, посредством шифрования с использованием ключей, изменяемых в зависимости от предшествующих блоков. Возможно и использование более простых методов типа нумерации блоков или их дополнения так называемым клеймом (меткой) времени.

Механизмы аутентификации обеспечивают одностороннюю и взаимную аутентификацию. На практике эти механизмы совмещаются с шифрованием, цифровой подписью и арбитражем. Подстановки трафика, другими словами, механизм заполнения текста, используются для реализации службы засекречивания потока данных. Они основываются на генерации объектами сети фиктивных блоков, их шифровании и организации передачи по каналам сети. Тем самым нейтрализуется возможность получения информации о пользователях сети посредством наблюдений за внешними характеристиками потоков, циркулирующих в сети.

Защита информации необходима не только от несанкционированного доступа, но и от неумелых действий пользователя либо возможных аппаратных ошибок. При хранении важной информации с использованием одного носителя можно потерять важную информацию. Полому необходимо создавать копии данных на различных носителях. В этом случае в качестве минимизации электронного ресурса используют средства архивации. Есть две возможности использования средств архивирования. В одном случае можно воспользоваться служебной программой, встроенной в операционную систему, в другом — специальными профаммами-архиваторами, основное назначение которых — создание сжатой копии оригинала.

Папки, содержащие один или несколько файлов (программ и данных) в сжатом (упакованном) состоянии, называют архивом. Имена файлов архивов обычно заканчиваются расширением .zip, .arj, .rar и др. в зависимости от типа архиватора, в котором они были созданы. Архиваторы — это специальные программы, облегчающие объединение сжимаемых файлов в архив, размещение («разрезку») длинных архивов на дискетах, просмотр содержимого архивов, контроль их целостности, распаковку и т, п.

Преимуществами архивов являются уменьшение объема хранимой в них информации по сравнению с исходными файлами, что способствует экономии места на диске и уменьшению времени копирования. Недостатками архивирования являются незначительное снижение надежности хранения информации. При сбое на небольшом участке памяти можно потерять весь архив, если в нем сохраняется большой неразрывный файл. Другим не менее существенным недостатком архивирования является то, что большинство

информагике

программ не могут извлекать информацию из архивированных файлов. Возможность запуска упакованных исполняемых файлов непосредственно из архива имеет скрытую проблему . Если открыть файл в архиве и внести в него изменения, а затем снова сохранить, то, возможно, впоследствии открыть файл в этом архиве не удастся.

В последнее время большой популярностью пользуются самораспаковывающиеся архивы, являющиеся исполняемыми программами (.ехе файл), включающие в себя одновременно как архив (сжатый файл), так и программу для его распаковки. Для распаковки архива достаточно двойного щелчка мыши. Такими программами удобно пользоваться, если неизвестно, какой у получателя архиватор. Стандартные возможности любого архиватора таковы:

•    создание нового архива;

•    открытие существующего архива;

•    добавление файла (файлов) в архив;

•    удаление файла (файлов) из архива;

•    извлечение файла (файлов) из архива;

•    просмотр файлов без их извлечения из архива;

•    проверка целостности архива; и т. д. lV. Проведение блицопроса

— Что относят к информационной сфере? (Информационная сфера включает информационные ресурсы и источники, информационную инфраструктуру и субъектов, осуществляющих Деятельность по сбору, формированию, распространению и использованию информации.)

— Назовите возможные пути вмешательства в чужое информационное пространство. (К ним относят использование подслушивающих устройств, Дистанционное фотографирование, перехват сообщений, восстановление уДаленных (Райтов и текста принтера, копирование файлов с преоДолением средств защиты, кража паролей с использованием программ типа «троянскиЙ конь» и т. Д.)

•    Назовите основные средства защиты. (Все среДства защиты могут быть отнесены к одной из преДставленных групп: защита аппаратных составляющих компьютера; защита линиЙ связи; защита баз Данных; защита поДсистемы управления компьютером.)

— Что такое система защиты? (Системой защиты называют совокупность среДств и технических приемов, обеспечивающи защиту как компонентов компьютера и среДств телекоммуникации, так и программных среДств и паролей Доступа к информационным ресурсам пользователей.)

                             Обобщение учебного материала за полугодие

V. Выполнение практического задания

Выберите текстовый и трафический файлы. Запишите исходный размер данных файлов и определите уровень сжатия файла с использованием имеющихся архиваторов (zip и (или) гаг). Запишите алгоритм использования служебной программы архивации и ответьте на вопросе: чем отличается служебная программа архивации от различных архиваторов?

Урок 14. Обобщение учебного материала за полугодие

Цели: обобщить теоретический материал по пройденному курсу; повторить основные понятия, изученные в течение полугода; построить целостную системно-информационную картину изученного материала.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

   Для чего необходима защита информации? (Возрастает роль информационной сферы Деятетьности. Информация становится стратегически ресурсом и источником правового регулирования. Соответственно на информацию стали распространяться правовые аспекты регулирования, информация какресурс шмеет своего правооблаДателя, и необхоДио обеспечивать защиту этого ресурса.)

   Какие возможны потери при отсутствии должной защиты информации? (Могут быть утеряны электронные файлы, пароли, промышленные секреты, авторские разработки

— С чем связана актуализация проблемы защиты информации? (Использование электронных среДств хранения и переДачи информации, в том числе Интернета, привело к Дополнительной возможности хищения информационных ресурсов — это и электромагнитное облучение линий связи, и перехват акустических излучений, и считывание Данных в массивах Других пользователей.)

   Какие средства защиты информации существуют? (Различают Два типа защиты: техническое и программное. Должны быть защищены аппаратные составляющие компьютера, линии связи, базы Данных и поДсистемы управления компьютером.)

   Перечислите существующие механизмы защиты информа ции. (Кмеханизмам защиты относят: шифрование; цифровая (электронная) подпись; контроль Доступа; обеспечение целостности Данных; обеспечение аутентификации; подстановка трафика; упраютение маршрутизацией; арбитраж, или освиДетельствование.)

Ш. Проведение контрольного тестирования 1. Комплекс аппаратных и программных средств, использующихся для оперирования данными, называется:

а) автоматической системой;

б) автоматом;

в) роботом;

г) компьютером;

д) электронно-вычислительной машиной.

2. Интегральные схемы стали использоваться в компьютерах:

а) первого поколения;

б) второго поколения;

в) третьего поколения;

г) четвертого поколения;

д) пятого поколения.

З. Программа должна обладать следующими свойствами:

а) упорядоченная последовательность команд, реализуемость заданного алгоритма;

б) системность, дискретность, понятность;

в) дискретность, массовость, понятность, результативность;

г) однозначность, дискретность, точность, понятность, результативность, массовость;

д) однозначность, дискретность, точность, понятность.

4.   Чем отличается программа от алгоритма?

 а) способом описания;

б) уровнем реализации;

в) различными исполнителями;

г) всеми названными параметрами;

д) ничем не отличается.

5.   Проверка полномочий пользователя при обращении его к данным называется:

а) контролем доступа;

б) аутентификацией;

в) обеспечением целостности данных;

г) шифрованием;

д) верификацией.

б. Способы хранения данных на физическом носителе определяют:

                                Обобщение вебного материала за полугодие             

а) операционная система;

б) прикладное программное обеспечение;

в) файловая система;

г) приложение;

д) файловый менеджер.

7.                      Принцип однородности памяти предполагает:

а) кодирование в двоичной системе;

б) управление данными с помощью последовательности команд;

в) хранение данных и программ в одной и той же памяти;

г) наличие собственного адреса у каждой ячейки памяти;

д) системность хранимых данных.

8.                      Принцип программного управления предполагает:

а) кодирование в двоичной системе;

б) хранение данных и программ в одной и той же памяти;

в) наличие собственного адреса у каждой ячейки памяти;

г) управление данными с помощью последовательности команд;

д) системность хранимых данных.

9.                      Для разработки архитектуры современного компьютера были использованы основные положения, разработанные:

            а) Ч. Бэббиджем;

б) Г. Лейбницем;

в) Дж. фон Нейманом;

г) Н. Винером;

д) В. Бушем.

1 О. Использование транзисторов в качестве элементной базы ЭВМ относится:

а) к первому поколению;

б) ко второму поколению;

в) к третьему поколению;

г) к четвертому поколению;

д) к пятому поколению.

11.        Взаимодействие пользователя с программной средой осуществляется с помощью:

а) операционной системы;

б) прикладного программного обеспечения;

в) файловой системы;

г) приложения;

д) файлового менеджера.

12.        Непосредственное управление программными средствами пользователь может осуществлять с помощью:

 а) операционной системы;

б) прикладного программного обеспечения;

в) графического интерфейса;

г) пользовательского интерфейса;

д) файлового менеджера.

З. Основным средством разработки собственного информационного пространства в пределах одного компьютера являются:

а) папка;

б) файл;

в) документ;

г) внешняя память;

д) ОЗУ.

14.        Потерю ценной информации При передаче данных по сети можно избежать при условии использования:

а) электронной подписи;

б) аутентификации;

в) кодирования;

г) шифрования;

д) контроля доступа.

15.        Архивирование данных позволяет кроме экономии электронного пространства осуществлять:

а) защиту данных;

б) шифрование;

в) сохранность данных;

г) оптимизацию данных;

д) эффективность использования данных. Ответы к тесту:

	1 2 3 4 5 6						7	8	9	10	11	12		14	15
6

МОДУЛЬ «ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ»

Основное соДерлсание моДуля

Информационное моделирование как метод познания. Информационные (нематериальные) модели.

Назначение и виды информационных моделей. Объект, субъект, цель моделирования. Адекватность моделей моделируемым объектам и целям моделирования, формы представления моделей:

описание, таблица, формула, граф, чертеж, рисунок, схема. Основные этапы построения моделей. Формализация как важнейший этап моделирования.

Компьютерное моделирование и его виды: расчетные, графические, имитационные модели.

Структурирование данных. Структура данных как модель предметной области. Алгоритм как модель деятельности. Гипертекст как модель организации поисковых систем.

Примеры моделирования социальных, биологических и технических систем и процессов.

Модель процесса управления. Цель управления, воздействия внешней среды. Управление как подготовка, принятие решения и выработка управляющего воздействия. Роль обратной связи в управлении. Замкнутые и разомкнутые системы управления. Самоуправляемые системы, их особенности. Понятие о сложных системах управления, принцип иерархичности систем. Самоорганизующиеся системы.

Использование информационных моделей в учебной и познавательной деятельности.

Общеобразовательные цели:

•   

освоить базовые понятия информатики: модель, моделирование, объект, управление;  различать виды информационных моделей;

•    уметь строить информационную модель, адекватную поставленной задаче;

 • знать элементы управляющей системы и виды систем управления.

Развивающие цели:

•    формировать целостное восприятие окружающего мира;

•    развивать информационное видение явлений и процессов окружающего мира при создании моделей. Воспитатетьные цели:

•    формировать познавательный интерес школьников;

•    формировать креативное мышление при описании окружающей действительности различными субъектами информационно-коммуникационной среды.

Урок 15. Информационное моделирование

 Цели: знать и понимать суть информационного моделирования; иметь представление о возможностях информационного моделирования; уметь выделять существенные признаки моделируемого объекта исходя из условий задачи.

МетоДические рекоменДации. В психологии мышления выделяют несколько моделей творческой деятельности. Одну из них называют лабиринтной. Суть лабиринтной модели деятельности состоит в том, что переход от исходных данных задачи к ее решению лежит через лабиринт возможных альтернативных путей. Не все пути ведут к желаемой цели, многие из них заводят в тупик, из которого надо уметь возвращаться к тому месту, где потеряно правильное направление.

Другой моделью творческой деятельности является ассоциативная модель, которая в качестве метапроцедуры использует ассоциативный поиск и ассоциативное рассуждение. Данный подход исходит из того, что решение неизвестной задачи так или иначе основывается на уже решенных задачах, чем-то похожих на ту, которую надо решить. В данном случае приходится активизировать память, чтобы найти нечто похожее, при этом ассоциативные связи возможны по похожести, смежности, контрасту.

Существует модельная гипотеза мыслительной деятельности человека, которая опирается на идею внутреннего представления проблемной области, на знания о ее особенностях, закономерностях и процедурах действия в ней. Согласно данной гипотезе мозг человека содержит модель проблемной ситуации, в которой необходимо принять решение. Для решения используются метапроцедуры, оперирующие с совокупностью знаний из той проблемной области, к которой принадлежит данная проблемная ситуация. Ими являются: представление знаний, рассуждения, поиск релевантной (связанной с данной проблемной ситуацией) информации в совокупности имеющихся знаний, их пополнение и корректировка.

Данные модели мышления рассматривались в связи с проблемами создания искусственного интеллекта. Но исследования в данной области позволяют внести коррективы и в практику учебной деятельности, что позволит оптимизировать учебный процесс, так как навыки творческой деятельности необходимо тренировать так же, как и специальные навыки.

Ход урока

1. Организационный момент

П. Теоретический материал урока

Повторим материал 9 класса. Первоначально вспомним, что такое объект. Основными характеристиками объекта являются во внешнем плане — форма, во внутреннем — содержание (структура), которые и определяют функциональную значимость объекта (назначение и область применения). Именно данные три фактора позволяют выделять объекты, объединять их во множества и определенным образом делать некоторые обобщения. Рассмотрение множества объектов, объединенных единой целью функционирования позволяет говорить уже о системе.

Человек в своем развитии проходит несколько этапов. Перво-

начально он выделяет объекты по внешнему признаку, затем постепенно появляются навыки обобщения объектов по внутренней структуре и внутреннему содержанию. Если воспитанники детского сада и ученики начальной школы объединяют объекты по цвету, то, став чуть постарше, они начинают уже различать их по форме, например треугольники и квадраты они будут отделять. А если начнут обращать внимание на то, что предметы сделаны из дерева и пластмассы, то это уже более высокий уровень обобщения.

Давайте рассмотрим Класс как систему. Какие объекты находятся в классе?

Можно пойти путем обобщения по признаку живые — неживые. К живым объектам относятся учитель и ученики. К неживым объектам: парты, доска, стенды с наглядными пособиями.

 Почему мы выбрали объект «Класс» а не «Классная комната»? Классная комната является элементом системы «Школа» и относится к части здания, то есть это определенная форма, здесь присутствие таких объектов, как учитель и ученик, необязательно. А класс как система описыват уже содержание, и важны все перечисленные выше элементы.

— Какие еще объекты можно описать по предложенной схеме? Для описания окружающего мира используют модели, позволяющие создать образ нужного нам объекта в том виде, в котором будет проще выделить стороны изучаемого объекта, необходимые для решения заданной задачи. Модель — это объект-заменитель, знак, символ, слово, реальный предмет, теоретическое (абстрактное) построение, состояние объекта, процесса, явления и т. д., представляющая собой какую-либо характеристику, свойство, признак или совокупность характеристик, признаков или свойств.

Модель — это всегда упрощенное отражение объекта-оригинала. Для одного и того же объекта-оригинала можно построить множество моделей в зависимости от цели моделирования. Моделью могут быть физический материальный объект, система математических зависимостей, программа, имитирующая структуру или функционирование имитируемого объекта. Основное требование к модели — ее адекватность объекту-оригиналу относительно моделируемых характеристик.

Процесс создания модели объекта называют моделированием. Или моделирование — это процесс представления различных

характеристик поведения физического или абстрактного объекта (системы, реального физического процесса, явления, состояния и пр.) с помощью другого физического или абстрактного объекта или системы. В процессе моделирования должны присутствовать как минимум три участника: моделирующий субъект (человек), моделируемый объект (объект-оригинал) и объект-заменитель — собственно модель. Создание модели с целью познания — это итерационный процесс, при котором модель сравнивается с оригиналом и уточняется, что происходит в условиях постоянного изменения объекта-оригинала.

Использование метода моделирования позволяет преодолеть трудность исследования элементов, входящих в несколько целостно и качественно различных систем- Моделирование как метод научного познания в логическом плане является дальнейшим приемом упрощения и схематизации, облегчающим понимание закономерностей постоянно движущейся природы. Более точное определение понятия «моделирование» будет звучать таким образом: моделирование есть метод опосредованного познания различных объектов путем построения их моделей (сохраняющих некоторые основные особенности этих объектов) с последующим изучением функционирования полученных моделей и переносом добытых знаний на предмет исследования.

Рассмотрим типологию моделирования по В.А. Веникову* (рис. 6).

Применительно к естественным и техническим наукам принято различать следующие виды моделирования:

•    концептуштьноемоДетирование, при котором совокупность уже известных фактов или представлений относительно исследуемого объекта или системы истолковывается с помощью некоторых специальных знаков, символов, операций над ними или с помощью естественного или искусственного языков;

•    физическое моДелирование, при котором модель и моделируемый объект представляют собой реальные объекты или процессы единой или различной физической природы, причем между процессами в объекте-оригинале и в модели выполняются некоторые соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений;

•    структурно-функциональноемоДелирование, при котором моделями являются схемы (блок-схемы), графики, чертежи,

•    Веников В.А. Некоторые методологические вопросы моделирования Вопросы философии. 1964. № 11.

Рис. 6. Типология моделирования по ВЛ. Веникову

диаграммы, таблицы, рисунки, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования;          

•    математическое (логико-математическое) моДелирование, при котором моделирование, включая построение модели, осуществляется средствами математики и логики;

•    имитационное (программное) моДелирование, при котором логико-математическая модель исследуемого объекта представляет собой алгоритм функционирования объекта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера.

С процессом моделирования тесно связан другой метод информатики — формализация. Чтобы определить суть данного понятия, проще обратиться к понятию «форма», то есть в процессе формализации мы не просто разрабатываем некую модель, но прежде всего задаем форму этой модели.

Рассмотрим несколько определений понятия «формализация».

•   

Эго— представление какой-либо содержательной области знания (научной теории, рассуждения, процедур поиска и т. п.) в виде формальной системы или исчисления.

•    Это — представление информации об исследуемом объекте с помощью знаков и знаковых систем.

•    Эго— основной метод информатики наряду с моделированием, который характеризуется способами приведения (сведения) существенных свойств и признаков объекта моделирования к заранее обусловленной форме.

В информатике используются два метода моделирования — информационное моДелирование и математическое моДелирование. Также различают:

•    моделирование аншштическое — описание объекта моделирования (задачи, процесса, системы) с помощью математических формул и логических выражений;

•    моДелирование имитационное (исследование сложной системы на ее модели);

Шелепаева, 10-1 [ кл.

•    моДелирование концептуальное (создание и оптимизация модели данных в терминах СУБД);

•    моДелирование машинное (функциональное моделирование проектируемого объекта на компьютере);

•    моДелирование мышления (разработка и использования методов смысловой передачи содержания данных формальным способом при сохранении независимости от реализации);

•    моделирование семантическое (математическое описание объекта моделирования);

•    моДелирование компьютерное (исполнение компьютерной программы, в которую заложена возможность автоматического или ручного изменения параметров моделируемого объекта).

МоДель информационная — понятие, обозначающее моДель объекта-оригинала, в которой отражены информационные аспекты моделируемого объекта в виде знаков, символов, слов, теоретических (абстрактных) построений, теорий, учений, таблиц, алгоритмов, описаний и т. д. Способ представления информационной модели зависит от цели моДелирования. К информационным моделям можно отнести моДель математическую, то есть модель объекта-оригинала, в которой отражены информационные аспекты моделируемого объекта (теории, учения, функции, зависимости) в виде формализованных знаковых конструкций — формул. Любая формула, отражающая какую-либо закономерность, — это математическая модель.

Информационное моделирование еще называют функциональным, потому что моделируется не сам объект, а только его определенные функции. Например, моделируя нейрон (клетку мозга), не изучают происходящие в нем химические процессы, а добиваются лишь того, чтобы модель нейрона обладала его способностью воспринимать и передавать информацию в форме электрических сигналов.

К информационным моделям можно отнести и компьютерную модель — понятие, обозначающее результат исполнения компьютерной программы, в которую заложена возможность автоматического или ручного изменения параметров моделируемого объекта. Благодаря большому быстродействию компьютера на экране дисплея отражается заложенное математической формулой изменение траектории движения, скорости движения, формы и размера объекта. Ярким примером компьютерного моДелирования могут служить компьютерные игры. Компьютерное моделирование широко используется в научных исследованиях, при создании мультфильмов, в которых

объекты совершают не пустое техническое движение, а движение, наполненное смыслом.

111. Закрепление изученного материала

 Приведите примеры различных видов моделей: нагляднообразных, знаковых, математических.

— Перечислите все отличительные свойства мысленных и материальных моделей.

1V. Выполнение практического задания            

Разработайте на выбор различные модели объектов: машина, человек, космический спутник. Для визуального представления моделей можно воспользоваться любыми программными средствами.

Методические рекомендации. Способов классификации моделей и процессов моделирования очень много. Нельзя выделить какой-либо правильный тип и назвать остальные неправильными. В любой классификации есть собственная логика. Можно говорить лишь о том, почему вам больше нравится именно этот подход. На данном уроке можно предложить типы моделирования других авторов и подчеркнуть, что существование различных теорий и оснований для деления понятия отражает лишь сложность рассматриваемого процесса. Многократное акцентирование внимания на эту особенность развития научных теорий позволяет формировать толерантность (терпимость) к чужому мнению.

Урок 16. Основные параметры информационной модели

Цели: знаТь основные параметры информационной модели; иметь представление о различных подходах при определении информационных моделей; уметь строить информационные модели по разным основаниям.

Ход урока

1. Организационный момент

11. Актуализация знаний

— Что такое модель? (Модель — это упрощенное преДставление объекта оригинала. Для описания одного объекта могут быть разработаны различные моДели в зависимости от условий заДачи. Необходимые признаки и свойства отражаются в модели, которые позволяют решить стоящую перед исследователем проблему.)

 Что такое моделирование? (МоДелирование — процесс представления различных характеристик поведения физического абстрактного объекта (системы, ресиьного физического процесса, явления, состояния и пр.) с помощью Другого физического шти абстрактного объекта или системы.)

   Чем отличается модель от моделирования? (Моделирование это процесс и способ Деятельности, а модель — это результат моДелирования.)

   Какова основная цель использования метода моделирования? (Моделирование используется для разработки копии объекта с выДелением существенных признаков. Использование модели при решении каких-либо проблем.)

— Что такое формализация? (Формализация в самом простейшем виде — это преДставление информации об исслеДуемом объекте с помощью знаков и знаковых систем.)

Методические рекомендации. Модель не может заслонить собой предмет изучения, потому что является лишь средством познания окружающего мира. Когда описываем какое-либо явление, мы не можем показать его во всей целостности и вынуждены выделять определенные элементы, которые и составляют основу модели. Мы не в состоянии представить мир космоса или микромир без использования моделей, именно модель делает окружающий мир более доступным для понимания. Наверное, преобладание индуктивных методов обучения в учебном процессе и ведет к тому, что мы не можем при описании окружающего мира перейти от частного к общему. И необходимо формировать системное мышление, рассматривать предмет изучения как целостную систему, которая обладает элементами и связями между ними. В сложной системе любой элемент сам является системой со своими элементами и связями, образуя тем самым подсистему.

111. Теоретический материал урока

Оп еделение	Авто ы
Информационная модель материального объекта (явле- ния, процесса) представляет собой описание этого объепа на одном из языков кодирования (разговорном, а ическом, на чном, специальном и т. д.	СА. Бешенков
Модель, представляющая объект, процесс или явление набором параметров и связей между ними, называется ин о мационной моделью	А.Г. Гейн

Рассмотрим более упрощенное представление об информационной модели. Для этого обратимся к различным определениям информационной модели, которые встречаются в учебно-методической литературе:

                              Основные параметры                          модели              101

Оп целение	Авторы
Информационно-логические модели — модели, представляющие формализацию словесных описаний объектов. Такие модели становятся необходимыми при намерении накапливать и обрабатывать информацию с помощью ЭВМ. Информационно-логические модели строятся на основе слов родного языка, обозначающих инте ес щие объекты	В.А. Каймин
Информационной моделью называется набор величин, содержащий всю необходимую информацию об исследуемых объектах и процессах. Как и любая модель, информационная модель содержит не всю информацию о моделируемых явлениях, а только ту ее часть, кото ая на для м иваемых задач	А.Г. Кушниренко
Информационная модель — совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним м м	НВ. Макарова
Информационная модель — знаковая модель, описывающая информационные процессы (возникновение, передачу, преобразование и использование информации) в системах самой нооб азной п и ды	А В. Могилев ЕЖ. Хеннер
Информационной моделью объекта или набора объектов мы называем совокупность атрибутов (характеристик) данного объекта (объектов) вместе с числовыми или иными значениями этих а иб в	Ю.А. Шафрин

 Сравните представленные определения и скажите, чем они отличаются? Можно ли классифицировать их по определенному критерию? Если можно, то по какому?

Под информационной моДелью объекта будем понимать его

описание в виде текста на некотором языке кодирования, содержащего всю необходимую информацию об объекте. Для описания используется набор характеристик, другими словами, параметры. Один и тот же объект может быть описан различной совокупностью параметров, что существенно влияет на содержание модели.

Итак, то, на что обращено наше внимание, мы называем объектом. В этом случае кроме объекта существует субъект, который познает данный объект. Этот фактор немаловажный, так как без субъекта нет объекта. Познаваемое реально только при наличии познающего. Возьмем, к примеру, природу. Если человек просто любуется природой и наслаждается красотой окружающего мира, то он не является субъектом в полном его смысле. Другая ситуация, когда человек познает данную природу с целью нахождения ответа

на интересующий его вопрос, например почему ствол березы бельј или почему небо голубое. Если мысленный или жизненный опы не дает возможности ответить на данный вопрос, тогда необходим строить модель. Выявление математической зависимости каких либо параметров тоже является моделью.

По аналогии с геометрией напрашивается основное положены при построении информационных моделей. Количество описанньп параметров должно быть достаточно и необходимо для решения рас• сматриваемой задачи. Модели разрабатываются с целью полученш новых знаний, то есть всегда рассматриваются сложные системы Как мы знаем, система состоит из элементов, именно элементы системы и образуют набор параметров. Умение выделять существенную для рассматриваемого объекта информацию и организовывать ее в удобном для исследования виде является важнейшим фактором, обеспечивающим адекватность модели исследуемому объекту.

Основными параметрами информационной модели являются существенные признаки предмета, явления, процесса рассмотренные с позиции их соответствия решаемой задаче. Предметы реального мира имеют характеристики (такие, например, как имя, дата рождения и т. д.). Каждая отдельная характеристика, общая для всех возможных экземпляров объекта, называется атрибутом. Для каждого экземпляра атрибут принимает определенное значение. lV. Закрепление изученного материала

 Выделите основные параметры информационной модели: компьютерной сети, равноускоренного движения материальной точки, Солнечной системы.

 Приведите примеры из различных источников описательной, знаковой, математической модели.

Методические рекомендации. В качестве источников дополнительной информации можно предложить учебники по другим предметам. Тогда необходимо рассматривать учебный материал не с позиции его содержания, а с позиции формы описания. Для многих использование подобных материалов для усвоения знаний по информатике кажется удивительным, и они допускают те ошибки, которых не бывает при использовании готового учебного материала. Подобный прием позволяет оценить уровень усвоения учебного материала.

Другим вариантом может быть использование готового текста, причем необходимо использовать текст не из области информатики. Способность отвлекаться от смысла текста и оперирование ключевыми понятиями есть эффективная форма работы с текстом. Обратите внимание, что ученикам очень сложно отделить смысл от используемых символов.

Формы представления моделей

Урок 17. Формы представления моделей

Цели: знать основные формы представления моделей; уметь выбирать оптимальную форму представления модели в зависимости от условий задачи.

Ход урока

1. Организационный момент

11. Актуализация знаний

— Что мы называем информационной моделью? (ПОД информационной моДелью объекта будем понимать его описание в виде текста на некотором языке коДирования, содержащего всю необхоДимую информацию об объекте.)

    Чем отличается информационная модель от математической или физической модели? (Информационная моДель исйользует Для описания моДели различные знаковые системы, в то время как математическая моДель описывается с помощью математических зависимостей.)

    Перечислите основные параметры информационной модели. (К основным параметрам информационной моДели относятся существенные признаки преДмета, явления, процесса, рассмотренные с позиции их соответствия решаемой задаче.)

    На какие основные три фактора необходимо обращать внимание при построении модели? (Количество описываемых параметров должно быть Достаточно и необхоДимо Для решения поставленной заДачи с использованием Данной модели. Модели разрабатываются в основном Для.сложных систем. Должны быть выДелены существенные для ДанноЙ заДачи признаки объекта.)

    Чем отличается объект от субъекта? (ПреДмет ши явление исслеДования называется объектом, то есть то, что исслеДуем. А субъекта можно отнести к тем, кто исслеДует.)

111. Теоретический материал урока

Информационные модели представляют объекты в образной или знаковой форме, то есть зрительные образы объектов зафиксированы на каком-либо носителе информации (фото, видео и т. д.). Знаковые информационные модели описываются с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая модель может быть представлена в форме текста, формулы, таблицы и т. д. Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей. С помощью формальных языков строятся формальные

информационные модели. Модели, построенные с использовани• ем математических понятий и формул, называются математиче СКИмИ. Система математических знаков позволяет формализовап функциональные зависимости между величинами. Решение логи• ческих задач привлекает аппарат формальной логики, а его техническая реализация позволяет строить логические модели устройстЕ компьютера (сумматора, триггера и т. д.).

Виды информационных структур являются и формами представления моделей.

 Перечислите, с какими видами информационных структур вы знакомы.

Реляционный (табличный) способ представления данных является наиболее популярным и используется для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств. В табличной информационной модели обычно перечень объектов размещен в ячейках первого столбца таблицы, а значения их свойств — в других столбцах. При иерархическом способе представления данных рассматриваются объекты одного класса, расположенные по разным уровням, когда каждый элемент высокого уровня может состоять из нескольких элементов нижнего уровня. И в отличие от графа элемент нижнего уровня иерархии может входить в состав только одного элемента более высокого уровня.

Граф является удобным способом наглядного представления структуры информационных моделей. Вершины графа отображают элементы системы. Элементы верхнего уровня находятся в отношении «состоять из.. к элементам более низкого уровня. Такая связь отображается в форме дуги графа. Графы, в которых связи между объектами несимметричны, называются ориентированными. Способ описания модели с помощью графа позволяет эффективно использовать новые возможности языков программирования, такие, как указатели, списки, классы, множественное наследие. Представление в форме ориентированного (сигнального) лифа, в частности структурной схемы, усиливает информативность модели, позволяя вводить причинно-следственные отношения. Знание о направленности связей имеет большое значение для задач анализа и синтеза.

Ориентированные графы (структурные схемы) обычно широко используются при описании линейных систем. Однако возникают некоторые затруднения при описании нелинейных систем, где функции могут зависеть от нескольких переменных, например при описании операций умножения и деления.

Сетевое представление данных используется для отражения систем со сложной структурой, в которых связи между элементами

имеют произвольный характер. Например, различные региональные части сети Интернет связаны между собой высокоскоростными линиями связи в виде сетевой структуры.

Сеть как способ представления имеет большие перспективы для своего развития. Подумайте, приходится ли вам сталкиваться с сетевым представлением каких-либо объектов? Оказывается, постоянно, только они так сложно распределены в пространстве, что не сразу можно увидеть их сетевое взаимодействие.

Школа как учреждение относится к сети образовательных учреждений. Причем в этой сети присутствует и определенная иерархия: министерство образования — федеральный уровень, департамент образования — региональный уровень, управление образования — муниципальный уровень.

Самой первой сетью была система поселений, соединенных дорогами. Самыми устойчивыми сетями оказались церковноприходская церковная сеть. Различают музейную, библиотечную, клубную и иные сети. Сейчас сетевой подход используют для описания взаимодействия каких-либо сообществ, причем считается, что подобный вид взаимодействия считается самым эффективным.

Все рассмотренные выше формы были нам знакомы ранее. Здесь мы рассмотрим другие формы представления моделей, тоже часто используемые, но не рассматриваемые с позиции способов моделирования. Формами представления информационной модели могут быть: словесное описание, рисунок, схема, чертеж, формула, алгоритм, компьютерная программа и т. п.

Словесное описание используется в художественной литературе, это может быть образное представление природы, характеристика человека и т. д. Рассмотрим повесть И.С. Тургенева «Призраки».

«...Это было огромное тусклое пространство, по-видимому не поросшее травой и пустое; там и сям, по всему его протяжению. Подобно небольшим обломкам зеркала, блистали стоящие воды; вдали смутно виднелось неслышное, недвижное море. Крупные звезды, сияли в промежутках больших красивых облаков; тысячеголосая, немолчная и все-таки негромкая трель поднималась отовсюду — и чуден был этот пронзительный и дремотный гул, этот ночной голос пустыни... »

А теперь рассмотрим описание человека из романа «Идиот» ОМ. Достоевского.

«. . . Один из них был небольшого роста, лет двадцати семи, курчавый и почти черноволосый, с серыми маленькими, но огненными глазами. Нос его был широк и сплюснут, лицо скулистое; тонкие

губы беспрерывно складывались в какую-то наглую, насмешливую и даже злую улыбку; но лоб его был высок и хорошо сформирован и скрашивал неблагородно развитую нижнюю часть лица.. .» IV. Закрепление изученного материала

 Найти в учебной литературе различные модели, представленные в виде схемы, чертежа, формулы, алгоритма.

Урок 18. Основные этапы построения моделей

Цели: знать основные этапы построения моделей; уметь создавать модель в соответствии с поставленной задачей.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

    Перечислите все основные формы представления моделей. (В информатике выделяют четыре основных типа форм преДставления моделей: таблица, Дерево, сеть, граф. В кажДоЙ из них ресиизованы различные способы взаимоДеЙствия элементов системы.)

— Назовите их основные различия. (Таблица заДает зависимость параметров (атрибутов) объекта от видов объекта; Дерево отражает зависимость объекта ИЛИ центрального элемента системы от Других элементов, находящихся в опреДеленном сопоДчинении; сеть заДает пространственную зависимость элементов системы одного типа; граф тоже отражает пространственную зависимость — только элементов различных типов.)

— Попробуйте сгруппировать описанные формы представления

моделей по определенным основаниям. (Одним из вариантов преДставления может быть пространственная организация Данных: плоскостная и объемная. Если таблицу и Дерево можно отнести к тоскостному способу представления, то граф и сеть — к объемному.)

    Приведите примеры каждой формы представления. (Данные в классном журнале, расписание, результаты легкоатлетического кросса преДставлены в, виде таблицы. Способы управления в школе, классификация объектов в биологии и химии описываются с помощью Дерева. Магистраль дорог, заправочные станции, линии электропереДачи образуют сеть. С помощью графа можно преДставить понятийное поле какой-либо преДметноЙ области курса.)

Основные этапы построения моделей

Моделирование в современном научном познании используют как средство исследования сложных систем, непосредственное изучение которых затруднено или невозможно. На основе моделирования осуществляют перенос уже разработанных теорий в область новых знаний, что позволяет конструировать эти знания на достаточно хорошей теоретической базе. Поэтому необходимо эту сложную тему «Моделирование и формализация» рассматривать уже в школе, чтобы научиться пользоваться средствами научного знания для формирования собственных знаний об окружающем мире.

Для построения модели необходимо придерживаться определенной последовательности действий. Различают следующие этапы построения моделей:

    анализ проблемы или проблемной ситуации;

    постановка задачи;

    выбор цели моделирования;

    анализ моделируемого объекта;

    .системный анализ (описание системных свойств объекта);

   

выделение существенных для решения заданной задачи свойств;

    выбор формы оптимального представления модели;

    формализация задачи;

    анализ соответствия полученной модели заданной задаче;

    корректировка модели при несоответствии поставленной задаче и ожидаемому результату.

Оценим вышесказанное на примере конкретной задачи. Поставим себя на место Ч. Бебиджа, озабоченного проблемами несоответствия технической оснащенности общества в области математических вычислений. Проблема: растет нагрузка на раббтников умственного труда, когда приходится подручными средствами выполнять большие математические расчеты. ЗаДача: необходимо автоматизировать процесс вычислений, проще сказать, счета для облегчения труда тружеников данной категории. Существующие арифмометры нас не устраивают, необходимо создать более совершенные модели.

Цель моДелирования: создать технический образ того объекта, который способен обрабатывать числа. Любое техническое новшество не возникает на пустом месте, поэтому нам нужно смоделировать ситуацию и выбрать объект, способный осуществлять такие манипуляции с числами. Представители неживой природы отпадают, животного мира тоже, остался человек с его уникальной возможностью обработки ийформации. Конечно, мы еще не знаем,

что такое информация (слово вошло в обиход через столетие), но интуитивно представляем. Для нас число и есть информация. Тогда характеристика человека, обрабатывающего числа, и будет целью моделирования.

 Рассмотрим человека с позиции оценивания его основных свойств, способствующих эффективной обработке чисел. Это мы находимся на этапе анализа моДелируемого объекта. Последовательно этапы обработки могут быть представлены следующим образом: прием информации, ее сохранение, обработка, сохранение обработанных данных и передача- В качестве основных параметров объекта перечисленные качества и являются оптимальными. Для их описания воспользуемся сетевой структурой и найдем оптимальное соотношение.

lV. Выполнение практического задания

Представить графическим способом формализованную модель человека, выполняющего основные функции обработки информации. И проверить уровень соответствия поставленной задаче.

Методические рекомендации. В данной ситуации используется прием спирального изучения учебного материала, когда ранее рассмотренный вопрос разбирается на другом, более высоком уровне. Основные рассуждения должны быть примерно такими:

Прием		Сохранение		Обработка		Сохранение		Передача

При обработке данных человеком информация дважды сохраняется: и после приема, и после обработки. Тогда центральную позицию у технического устройства должна занимать память компьюТера. Рассмотрим на схеме процесс обработки информации:

Для технических устройств, выполняющих рассмотренные функции, схема будет аналогична:

V. Закрепление изученного материала

1. Проанализировать процесс моделирования при условии разработки модели летающего объекта.

2. В 70-е годы в Китайской Народной Республике были истреблены воробьи для сохранения зерновых культур после их посадки. Разработать модель развития биологической системы Китайской Республики.

Урок 19. Виды компьютерного моделирования

Цели: знать особенности компьютерного моделирования; различать виды компьютерного моделирования; знать характерные особенности компьютерных моделей.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

— Перечислите основные этапы построения модели. (Назовем этапы построения моДели: анализ проблемы пи проблемной ситуации; постановка задачи; выбор цели моДелирования; анализ моДелируемого объекта; системный антиз (описание системных своЙств объекта); выДеление существенных Для решения заданной заДачи свойств; выбор формы оптимааьного представления модели; формализация задачи; анализ соответствия полученной моДели заДанноЙ заДаче; корректировка моДели при несоответствии поставленной заДаче и ожиДаемому результату.)

 — Какой из этапов является доминирующим, игнорирование, которого может привести к неадекватному результату? (На наш взгляд, Доминирующим этапом является выДеление существенных Для решения Данной задачи свойств. Для решения разных заДач могут быть построены разные моДели. Неправильный выбор существенных свойств объекта может привести к неправильному решению заДачи.)

Теоретический материал урока

Традиционно под моделированием на компьютере понималось лишь имитационное моделирование. Впоследствии оказалось, что компьютер может быть весьма полезен и при других видах моделирования. Например, при математическом моделировании выполнение одного из основных этапов — построение математических моделей по экспериментальным данным — в настоящее время просто немыслимо без компьютера. В последние годы благодаря развитию графического интерфейса и графических пакетов широкое развитие получило компьютерное, структурно,функциональное моделирование. Положено начало использованию компьютера даже при концептуальном моделировании, где он используется при построении систем искусственного интеллекта.

Таким образом, мы видим, что понятие «компьютерное моделирование» значительно шире традиционного понятия «моделирование на ЭВМ» и нуждается в уточнении согласно сегодняшним представлениям о процессах моделирования.

В настоящее время под компьютерной моделью чаще всего понимают:

1.        Условный образ объекта или некоторой системы объектов (или процессов), описанный с помощью взаимосвязанных электронных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекста и т. д. и отображающий структуру и взаимосвязи между элементами данного объекта. Компьютерные модели такого типа принято называть структурно-функциональными.

2.       

Отдельную программу, совокупность программ, программный комплекс, позволяющий с помощью последовательных вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта, системы объектов при условии воздействия на объект различных, как правило, случайных, факторов. Такие модели называют имитационными моДелями.

Компьютерное моДелирование — метод решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе использования ее компьютерной модели. Суть компьютерного моделирования заключена в получении количественных и качественных результатов по имеющейся модели. Качественные выводы, получаемые по резуЛьтатам анализа, позволяют обнаружить неизвестные ранее свойства сложной системы: ее структуру, динамику развития, устойчивость, целостность и др. Количественные выводы в основном носят характер прогноза некоторых будущих или объяснения прошлых значений переменных, характеризирующих систему.

Предметом компьютерного моделирования могут быть: экономическая деятельность фирмы или банка, промышленное предприятие, информационно-вычислительная сеть, технологический процесс, любой реальный объект или процесс, например процесс инфляции, и вообще — любая сложная система. Цели компьютерного моделирования могут быть различными, однако наиболее часто моделирование является, как уже отмечалось ранее, центральной процедурой системного анализа, причем под системным анализом мы далее понимаем совокупность методологических средств, используемых для подготовки и принятия решений экономического, организационного, социального или технического характера.

 Компьютерная модель сложной системы должна по возможности отображать все основные факторы и взаимосвязи, характеризующие реальные ситуации, критерии и ограничения. Модель должна быть достаточно универсальной, чтобы по возможности описывать-близкие по назначению объекты, и в то же время достаточно простой, чтобы позволить выполнить необходимые исследования с разумными затратами.

Все это говорит о том, что моделирование систем, рассматриваемое в целом, представляет собой, скорее, искусство, чем сформировавшуюся науку с самостоятельным набором средств отображения явлений и процессов реального мира. Поэтому исклочительно сложной, а порой и невозможной являются попытки классификации задач компьютерного моделирования или создания достаточно универсальных инструментальных средств компьютерного моделирования произвольных объектов. Однако если преднамеренно сузить класс рассматриваемых объектов, ограничившись,  например, задачами компьютерного моделирования при системном анализе объектов экономико-организационного управления, то существует возможность отбора достаточно универсальных подходов и программных средств.

Рассмотрим структурно-функционсаьное моДелирование. Становление и развитие структурно-функционального моделирования произошли при описании теоретических основ электрических цепей в электронике и радиотехнике, где впервые широко стали использоваться различные блок-схемы. Дальнейшее развитие структурно-функциональное моделирование получило в теории автоматического управления, где был развит аппарат, включающий не только правила составления и преобразования, но и достаточно общую методологию анализа и синтеза структурных схем, основанную на том, что каждой математической операции над сигналами поставлен в соответствие определенный структурный блок. Хотя динамические структурно-функциональные схемы теории автоматического управления обладают широчайшими возможностями для анализа непрерывных линейных динамических систем, описываемых дифференциальными уравнениями, они плохо подходят для описания процессов в экономико-организационных системах, где связи между отдельными блоками имеют гораздо более широкое толкование и редко могут быть сведены к некоторой функции времени (сигналу).

Часто структурно-функциональное моделирование называют графическим из-за использования графических средств для

представления структурно-функциональной модели. Теперь более подробно рассмотрим имитационное моделирование.

Главной функцией имитационного моделирования является воспроизведение с заданной степенью точности прогнозируемых параметров функционирования объекта, представляющих исследовательский интерес. Как объект, так и его модель должны обладать системными признаками. Функционирование объёкта характеризуется значительным числом параметров. Особое место среди них занимает временной фактор. В большинстве моделей имеется возможность масштабирования или введения машинного времени, то есть интервала, в котором остальные параметры системы сохраняют свои значения или заменяются некоторыми обобщенными величинами.

Каждое сочетание параметров, соответствующих принятому интервалу времени, называют характеристиками состояния системы, и, таким образом, моделирование сводится к описанию соотношений, преобразующих характеристики состояния системы. Для описания этого шага могут быть привлечены все возможные средства преобразования количественных характеристик: дифференциальное и интегральное исчисления, теория множеств, игр, вероятностные функции, датчики случайных чисел и т. д. Это и будет математической моделью подсистемы функционирования объекта.

Для исследования объекта в процессе моделирования необходимо создать модель и конкретизировать цели моделирования. Процесс создания моделей проходит несколько этапов. Сначала обследуются объект реальной действительности, его внутренняя структура и содержание взаимосвязей между его элементами, включая внешние воздействия, а затем разрабатывается модель. Имитационное моделирование предполагает наличие следующих этапов:

•     разработка концептуальной модели;

•     • выделение существенных свойств объекта;

•     выбор средств моделирования;            

•     разработка программной модели;

•     проверка адекватности и корректировка модели;

•     планирование машинных экспериментов;

•     собственно моделирование;

•     анализ результатов моделирования и принятие решения.

Для одной и той же системы можно составить множество моделей. Они будут отличаться степенью детализации и учета тех или иных особенностей и режимов функционирования, способностью отражать определенную грань сущности системы, ориентироваться на исследование определенных ее свойств. Детализацию объекта можно рассмотреть на рис. 7. Поэтому все этапы имитационного

Рис. 7. Пример детализации объекта

моделирования пронизаны заранее сформулированной целью ис следования.       

Концептустьная моДель (содержательная модель) — это абстрактная модель, определяющая состав и структуру системы, свойства элементов и причинно-следственные связи, присущие анализируемой системе и существенные для достижения целей моделирования. В концептуальной модели обычно в словесной форме приводятся сведения о природе и параметрах (характеристиках) элементарных явлений исследуемого объекта, о виде и степени взаимодействия между ними, о месте и значении каждого элементарного явления в едином процессе функционирования системы.

Давайте рассмотрим фрагмент работы ИМ. Шмальгаузена «Кибернетические вопросы биологии»* об информации.

«Связи между организмом и средой не ограничиваются явлениями обмена веществ и энергией. Большое значение имеет восприятие сигналов, которые не имеют непосредственного значения в обмене веществ, но определяют поведение организма — выбор оптимальной температуры среды, влажности, освещенности. В особенности это

*     Шмальгаузен ИИ. Кибернетические вопросы биологии. Новосибирск: Наука, 1968.

ШКОле

касается сигналов, информирующих о распределении биотических факторов — наличие хищников, особей другого пола, — на которые организмы отвечают специфической реакцией.

Все эти явления охватываются понятием ”информация”».  Можно ли данное описание отнести к концептуальной модели информации? Обоснуйте ответ.

Расписываем каждую из позиций:

*     исследуемый объект — информация;

*     свеДения о прироДе — сигналы, определяющие поведение организма;

*     параметры меленпшрньхяа,тений — реакция на изменение температуры, влажности, наличие хищников, особей другого пола;

*     вид и степень взаимоДействия — информационное взаимодействие, то есть вид, не относящийся к простому обмену веществом и (или) энергией;

 • место и значение кажДого явления — средство эффективной адаптации к окружающей действительности.

Относительно каждой позиции концептуальной модели мы нашли объяснение в данном фрагменте, что позволяет нам отнести выше сказанное к данному типу модели.

Очень важен при разработке концептуальной модели уровень детализации, то есть насколько детально мы будем описывать наш объект. Модель системы представляется в виде совокупности частей (подсистем, элементов). В эту совокупность включаются все части, которые обеспечивают, с одной стороны, сохранение целостности системы, а с другой — достижение поставленных целей моделирования.

В дальнейшем производятся окончательная детализация, локализация (выделение системы из окружающей среды), структуризация (указание и общее описание связей между выделенными элементами системы), укрупненное описание динамики функционирования системы и ее возможных состояний.

Методические рекомендации. Здесь нельзя предложить однозначное задание школьникам, ситуация зависит от имеющегося программного обеспечения. В качестве программируемой среды можем предложить вариант использования системы Stratum. Эго — инструментальное программное средство для моделирования элементов, сложных систем, конструкций, процессов из различных областей естествознания (физики, математики, биологии, экологии экономики, электроники и др.). Данное средство позволяет на основе простейших функциональных элементов создавать и исследовать модели сложных систем без знания языков программирования. Версию Shareware можно загрузить с сайта http://stratum.ac.rujrus/ stratum/3

Урок 20. Структурирование данных

Цели: знать виды и способы структурирования информации; уметь систематизировать и выбирать оптимальную структуру представления модели окружающей действительности; уметь строить любую структуру модели исходя из условий задачи; уметь перестраивать структуру модели из одного вида в другой.

Ход урока

1. Организационный момент

11. Актуализация знаний

 Что называется компьютерной моделью объекта? (Различают структурно-функциональные и имитационные компьютерные моДели. В первом случае рассматриваются объекты, описанные с использованием программных средств, отображающих прежДе всего их структуру и внутренние взаимосвязи межДу элементами. Во втором случае имеют в виду программные среДства, позволяющие имитировать какие-либо процессы, яааения, объекты при возДействии на них случайных факторов.)

— Какие средства используются для преобразования информационной модели в компьютерную? (Для преобразоаания информационной моДели в компьютерный вариант используют программные среДства или офисные приожения либо дрогрсњиируют под условия заДачи специааизированную про грамму.)

 Откуда возникла необходимость разработки концептуальной модели? (При разработке имитационной модели необхоДимо выДелить основную цель исслеДования. Для конкретизации заДачи и выбора необхоДимой моДели разрабатывают соДержательную, ши концептуальную, модель. Она характеризуется как абстрактная моДель, определяющая состав и структуру системы, свойства элементов и причинноследственные связи, присущие анализируемой системе и су щественные для Достижения целей моДелирования.) Ш. Теоретический материал урока

Нет никакой пользы в любой сколь угодно точной информации, если отсутствует структура, позволяющая эти данные систематизировать. Как отмечают многие специалисты, занимающиеся профессионально созданием различного типа каталогов, в организациях, недостаточно внимательно относящихся к этому вопросу, информационные каталоги представляют собой бесполезные

свалки ресурсов, в которых почти невозможно найти то, что нужно, и тогда, когда нужно. Практика показала, что для извлечения выгоды из электронного документооборота нужно менять модель функционирования любого учреждения, по-новому перестраивать бизнес-модель.

Способ объединения, взаимосвязь или взаимное расположение нескольких элементов данных, рассматриваемых как одно целое, принято называть структурой данных. Наличие у данных определенной структуры ведет к необходимости выбора определенной структуры их размещения в памяти, а также и обеспечения набора процедур, которые реализуют допустимые операции над элементами данных с учетом выбранной структуры хранения.

Структурирование данных — важный процесс, так как смысл содержится не только в объектах окружающей действительности, но и в структуре данных. Поэтому вопрос, каким способом структурировать данные, является очень важным. Процесс структурирования информации предполагает приведение данных в такую форму, которая позволила бы из имеющегося набора данных извлекать новую информацию. Самый простой и широко используемый способ — это приведение в табличную форму.

Существуют определенные правила оформления таблиц, в соответствии с которыми каждая таблица характеризуется:

•    названием (а если таблиц несколько, то еще и номером);

• количеством столбцов и их названиями (заголовками столбцов);

•    количеством строк и их названиями (заголовками строк);

•    содержимым ячеек, находящихся на пересечении строк и столбцов.

В соответствии с згим основными элементами таблицы являются: • записи — строки таблицы, которые могут содержать данные разного типа, но относящиеся чаще всего к одному объекту;

•    поля — столбцы таблицы, содержащие, как правило, данные одного типа;

•    атрибуты — конкретные значения, находящиеся в ячейках таблицы на пересечении строк и столбцов. Иногда заголовки строк и столбцов могут оказаться многоуровневыми. В этом случае уровни заголовков столбцов называются ярусами, уровни заголовков строк — ступенями.

Таблицы, в которых отражается одно свойство, характеризующее два или более объектов, называются таблицами типа объект-объект. Таблицы, в которых отражаются несколько свойств объекта, а все объекты принадлежат одному множеству, называются таблицами типа объект-свойство. Комбинирование в одной таблице нескольких

таблиц типа объект-объект и объект-свойство позволяет построить таблицы более сложного вида, например объекты-свойстваобъекты.

Назовем основные этапы приведения данных к табличному виду:

•    анализ информации и выделение объектов, о которых идет речь;

•    выделение свойств объектов и (или) отношений между ними;

•    определение того, можно ли объекты объединить в некоторые подмножества, и в зависимости от этого определение количества уровней и ступеней в заголовках;

•    определение общего количества столбцов и порядка их рас положения;

•    определение наименований столбцов и типа данных, которые там будут располагаться;

•    выбор порядка размещения строк и определение названия каждой строки таблицы;

• занесение в ячейки таблицы атрибутов данных (построчно или по столбцам).

1V. Выполнение практического задания

Разработайте модель различных объектов с использованием табличной формы, где должны быть представлены не менее пяти атрибутов. В качестве объектов можно взять: компьютер, ученик, класс и т. д.

Иерархическая зависимость может быть представлена с помощью структуры «дерево», когда каждый последующий уровень находится в подчинении у старшего уровня. Иерархическая зависимость является частным случаем графового представления данных. Мы уже начали рассматривать графы, но не учли один существенный момент. В заданной структуре описываются не только вершины, но и структурная связь между вершинами. Поэтому если при построении иерархической зависимости необходимо придерживаться законов формальной логики (в области деления понятий), то в графах выделение характеристик ребер позволяет строить сложные зависимости.

V. Закрепление изученного материала

1. На соревнованиях по шахматам принимают участие четыре спортсмена. Необходимо определить количество игр при условии, что каждый участник должен сыграть по одной игре с остальными тремя.

2. Охотник за мертвыми душами Павел Иванович Чичиков побывал у помещиков по одному разу у каждого. Он посещал их в следующей последовательности: Манилов, Коробочка,

Рис. 8. Схема расположения имений

Ноздрев, Собакевич, Плюшкин, Тентегников, генерал Бетрищев, Петух, Констанжогло, полковник Кошкарев. Найдена схема, по которой Чичиков набросал взаимное расположение имений и проселочных дорог, соединяющих их (рис. 8). Установите, какое имение кому принадлежит, если ни по одной из дорог Чичиков не проезжал более одного раза.

Vl. Подведение итогов урока

— Каким способом структурирования воспользовались для формализации данной задачи?

    Какие ошибочные действия были вами допущены?

    Перечислите положительные результаты правильно формализованной задачи.

Урок 21. Алгоритм как модель деятельности

Цели: освоить основные подходы к определению понятия «алгоритм»; знать свойства алгоритма; уметь представлять любую деятельностную модель в виде алгоритма; знать основные конструкции алгоритмического языка.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

   Перечислите основные виды структурирования данных. (Табличное преДставление, построение иерархической зависимости, сетевое взаимодействие, граф.)

   Выделите характерные особенности каждого вида. (Таблица заДает зависимость параметров (атрибутов) объекта

                                         Алгоритм                деятельности                      119

от виДов объекта; Дерево отражает зависимость объекта или центрсиьного элемента системы от Других элементов, находящихся в опреДеленном сопоДчинении; сеть заДает пространственную зависимость элементов системы одного типа; граф тоже отражает пространственную зависи-

мость, но только элементов различных типов.)

— Попробуйте выделить сферы деятельности человека, где можно эффективно использовать тот или иной вид структурирования данных. (Все виды структурирования Данных используются в информационной сфере Деятельности для разработок проектных заДаний, Для нагляДного преДставления результатов исследования, для преДставления социо логических исследований и т. Д.)

Теоретический материал урока

Понятие «алгоритм» возникло еще в Средние века от латинского написания имени аль-Хорезми, под которым знали величайшего математика из Хорезма (город в современном Узбекистане) Мухаммеда бен Мусу, жившего в 783—850 годах. В книге «Об индийском счете» он сформулировал правила записи натуральных чисел с помощью арабских цифр и правила действий над ними столбиком, знакомые теперь каждому школьнику. В дальнейшем алгоритмом стали называть точное предписание, определяющее последовательность действий, обеспечивающих получение требуемого результата из исходных данных.

Исполнителем алгоритма может быть человек или автоматическое устройство. Для выполнения алгоритма не нужно знать способы описания алгоритма, достаточно иметь возможность выполнения всей совокупности команд, поэтому субъекта или объекта, исполняющего алгоритм, принято называть формальным исполнителем. Примером формального исполнителя может служить стиральная машина-автомат, которая неукоснительно исполняег предписанные ей действия, даже если вы забыли положить в устройство порошок. Человек тоже может выступать в роли формального исполнителя, но в первую очередь формальными исполнителями являются различные автоматические устройства и компьютер в том числе. Каждый алгоритм создается в расчете на вполне конкретного исполнителя. Те действия, которые может совершать исполнитель, называют системой команд исполнителя. Алгоритм должен содержать только те действия, которые допустимы для данного исполнителя.

Объекты, над которыми исполнитель может совершать действия, образуют так называемую среду исполнителя. Для алгоритмов, встречающихся в математике, средой того или иного исполнителя

могут быть числа разной природы — натуральные, действительные и т. п., буквы, буквенные выражения, уравнения, тождества и т. п.

Рассматриваемое нами определение алгоритма является неточным. Поэтому обычно формулируют несколько общих свойств алгоритмов, позволяющих отличать алгоритмы от других инструкций. Такими свойствами являются:

•     Дискретность (прерывность, раздельность) — алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное  выполнение простых (или ранее определенных) циГОВ. Каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего;

•     оДнозначность (единственность толкования правил выполнения действий и порядка их выполнения) — каждое правило алгоритма должно быть четким, немногозначным. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче;

•     точность (указание последовательности шагов); • результативность (конечность) — алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов;

•     массовость — алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

В 9 классе мы рассматривали три типа представления алгоритмов:

•     графический (блок-схема);  

•     с помощью алгоритмического языка.

Данный подход является упрощенным, существует более полное представление алгоритмов. По уровню формализации представление алгоритмов можно разделить на две группы: естественное и формальное. В группу естественного преДставления входят некоторые виды строчной записи и графическая форма. Группа формального преДставления включает алгоритмические модели и формальные языковые конструкции. Графическая форма включает не только блок-схему, но и графовое предётавление. К строчной записи относят словесное описание, формулы, псевдокод и языки программирования.

Мы рассмотрели естественные способы представления алгоритмов. Другие типы вами будут рассмотрены на более старшей ступени обучения.

Итак, алгоритм (algorithm) — это описание способа решения вычислительных и других задач, точно предписывающее, какие процедуры необходимо выполнить и в какой последовательности, чтобы получить однозначно определяемый исходными данными результат; алгоритму присущи: дискретность, однозначность, понятность, массовость и результативность. Или, другими словами, алгоритм — модель действий, выполнение которых приводит к некоторому результату.

1V. Выполнение практического задания

. Разработать алгоритм эффективного запоминания стихотворения.

2. Разработать алгоритм выполнения физического эксперимента (можно воспользоваться учебником физики).

Урок 22. Гипертекст как модель организации поисковых систем

Цели: знать основное содержание понятия «гипертекст»; иметь представление о возможностях и способах задания гипертекста; знать преимущества гипертекстового представления информации.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

— Что такое алгоритм? (Алгоритм — это описание способа решения вычислительных и Других заДач, точно преДписывающее, какие процедуры необходимо выполнить и в какой последовательности, чтобы получить однозначно опреДеляемый исхОДными Данными результат.)

— Назовите наиболее популярные виды алгоритмов. (Наиболее популярным алгоритмом яааяется сигоритм ЕвклиДа.)

— Перечислите свойства алгоритма с подробным описанием. (Дискретность, пошаговое исполнение сигорипиш,• однозначность, то есть Действие должно иметь еДинственное значение; точность (указание послеДовательности шагов); результативность — алгоритм Должен привоДить к решению заДачи за конечное число шагов; массовость — алгоритм решения заДачи разрабатывается в общем виде, то есть он Должен быть примени Для некоторого класса задач, различающихся только исходными Данными.)

 К каким результатам может привести неправильно написанный алгоритм? Приведите примеры. (В самом простом случае алгоритм не привеДет ни к каким результатам. В худшей ситуации можем получить не тот результат, который ожиДали. Более нейтральный вариант, когДа алгоритм будет зациклен и мы просто прекращаем выполнение алгоритма.)

111. Теоретический материал урока

Первой системой гипертекста принято считать толкование на Книгу псалмов Гильберта Порретанского из Пуатье (около 150 года н. э.), где на полях были сделаны специальные пометки, которые отсылали читателя на страницы в других местах книги. Не хватало только компьютера, чтобы гиперссылками стало удобно пользоваться.

Описание первой теории автоматизации этого процесса принадлежит В. Бушу, который представлял гипертекстовую ёистему в виде машины, оперирующей микрофишами (микрофотопленками). В 1945 году Буш описал эту так никогда и не созданную машину, назвав ее Метек. Разумеется, ни о какой возможности перехода запроса от одного Метех к другому не было и речи, так как машина была задумана в виде автономного письменного стола.

Само понятие «гипертекст» впервые употребил Т. Нельсон при описании созданной им системы Xanadu. В 1972 году была представлена система визуализации «параллельных документов», где была использована возможность наглядного отражения ссылок и связей. А первым на практике использовал гипертекст Дуглас Энгельбарт (отец мыши) в 1968 году. Следующим шагом в развитии гипертекстовых систем можно считать продукт под названием HyperCard фирмы Apple, использовавший принципы гипертекста еще до начала эпохи WWW и ставший основой для многих систем гипертекстовой помощи, определив основные инструменты навигации веб-браузеров.

Понятия «гипертекст» и «мультимедиа» вошли в современный лексикон благодаря развитию средств вычислительной техники и появлению персональных компьютеров с мощным процессором и развитой периферией.

Гипертекст — это форма организации текстового материала, при которой его единицы представлены не в линейной последовательности, а как система явно указанных возможных переходов, связей между ними.

Работу с гипертекстовой системой можно сравнить с чтением энциклопедии. В отличие от романа или статьи, которую читают,

как правило, последовательно от страницы к странице, с энциклопедией работают по-другому: встретив в последовательном тексте ссылку на какое-то понятие, читатель либо переходит к странице, где это понятие объясняется, либо продолжает чтение дальше. В текст могут быть вкраплены иллюстрации, карты, схемы, иногда требуется уточнить понятие, встретившееся на иллюстрации. После изучения уточняющего материала (в котором могут встретиться понятия, также нуждающиеся в уточнении) читатель возвращается к исходной точке.

Если материал, по форме напоминающий текст энциклопедии, размещен в памяти компьютера и есть программа, позволяющая «бродить» по такому материалу в произвольной последовательности, то можно говорить, что мы имеем дело с гипертекстовой системой.

Принципиальной особенностью систем мультимеДиа является дальнейшее развитие идеи ассоциативно связанной информации, распространяющееся на графическую (в том числе и видео) и звуковую информацию, хранящуюся в памяти компьютера в цифровой форме.

Мультимедиа часто организованы как гипермеДиа. Гипермедиа состоит из узлов, которые являются основными единицами хранения информации и могут включать страницы текста, графику, звуковую информацию, видеоклип или даже целый документ. При изучении базы данных гипермедиа пользователи могут осуществлять доступ к любому узлу в зависимости от своих потребностей. Во многих системах гипермедиа узлы могут быть удалены или изменены самим пользователем. Пользователь может добавлять или изменять информацию в узле или создавать свои собственные узлы информации. Таким образом, гипертекст может быть динамичной базой знаний, которая продолжает расти, представляя при этом новые и различные точки зрения.

Выделим основные характерные черты, присущие гипертексту:

•    это текст, организованный некоторым способом, который отличается от существующих, называемых традиционными;

•    в большинстве случаев имеются в виду электронные тексты;

•    важную роль в этой организации играют связи между информационными объектами, устанавливающиеся произвольно;

•    связанные информационные объекты рассматриваются как единое целое, большее, чем текст, то есть гипертекст;

•    в разных случаях трактовка гипертекста может приобретать различные оттенки и рассматриваться как метод, средство, форма и т. д.

Современные гипертекстовые системы

Название	Возможности
HyperWave	Сложная система управления документами Web в больших информационных пространствах. Она позволяет проводить иерархическое структурирование, управление связями, полнотекстовый поиск и поиск по атрибутам, интерактивное редактирование связей и документов и многое д ое
Microcosm	Открытая гипермедиа-система для разработки онлайновых учебников, справочников и документации. В ней интегрированы результаты десятилетних исследований в области гипертекста, лингвистики и статистического анализа. Реализовано автоматическое, динамическое связывание информации, обеспечиваются тематический поиск и навигация
Storyspace	Система, которая поддерживает процесс написания гипертекстовых произведений («писательская среда»). Разрабатывалась специально для писателей — гипертекстовых беллетристов, лучше всего подходит для работы с большими, сложными, изощренными гипертекстами. Она аккумулировала многие черты системы lntermedia, фактически является ее наследницей
WebThing	Объектно-ориентированная гипертекстовая система, спроектированная для совместной авторской работы. Предназначена для WWW. Документы в WebThing генерируют НТМГ.-связи из других документов на лету, избавляя авторов от необходимости их создания и устраняя проблему устаревших и оборванных ссылок. Это экспериментальная система, которая вводит понятие Holistic Hypertext в Web самоо ганиз ющийся сайт

С точки зрения компьютерной- науки сущность гипертекста состоит именно в том, что он — гибрид, который нельзя поместить в традиционные таницы. Гипертекст — это метод баз данных, вводящий новую форму прямого доступа к данным. Он совершенно не похож на традиционный метод запросов. В то же время гипертекст есть схема представления данных — вариант семантический сети, где смешивается неформализованный текстовый материал с более формализованными, механизированными операциями и процессами обработки. Наконец, гипертекст характеризуется интерфейсной модальностью, выражающейся в наличии кнопок, пиктограмм, икон связей, которые могут внедряться пользователем в имеющийся материал произвольным образом.

 Гипертекст предлагает новые способы авторской работы и конструкторской деятельности. Авторская работа во многом есть структуризация мысли, их упорядочение для представления и концептуального исследования. В широком смысле авторская деятельность — это дизайн создаваемого документа. Единицей на этом уровне служит идея (мысль) или понятие, и работа здесь эффективно поддерживается гипертекстом, поскольку мысль может быть выражена в гипертекстовом узле. Новые мысли по мере их генерации помещаются автором в их собственные узлы, автор связывает новый узел с уже существующими узлами-мыслями: Далее решается задача перехода от этого сетевого представления к законченному документу.

Гипертекст предлагает и новые возможности для доступа к большим и сложным источникам информации. Хотя эти достоинства гипертекста и сама его концепция были осознаны очень давно, широкая заинтересованность в этой технологии появилась лишь во второй половине 80-х годов прошлого века. Тогда стала дешевой и легкодоступной поддерживающая технология и, кроме того, произошел перелом в сознании людей. Пользователи компьютеров стали воспринимать последние как средства обработки идей (мыслей), слов и символов (в дополнение к числам и просто данным), а также как средства социальной коммуникации. А создатели гипертекста поняли, что их исследования — лишь первые шаги в реализации захватывающих перспектив.

Гиперссылки используются в большинстве случаев для представления информации в сети, но такая возможность заложена и в любых офисных приложениях. Ссылки могут вставляться как

•ма внешние документы, так и в информационные блоки внутри самого документа.

Как видно из рис. 9, для ссылок внутри документа необходимо наличие заголовков и закладок. Тогда для включения в текст гиперссылок необходимо выполнить следующую последовательность действий.

1.  Выделить информационные блоки.

2.  Озаглавить каждый информационный блок, и его название оформить в стиле «Заголовок».

З. Выделить смысловые связи между данными информационными блоками.

4. Выделить базовые информационные единицы, которые буџут  служить гиперссылками.

5. Последовательно выделять данные информационные единицы и, выполнив команду Вставка / Гиперссылка, связать ее с заголовком нужной статьи.

Рис. 9. Окно для создания гиперссылок

lV. Задание

В предложенном электронном варианте текста небольшого словаря выделить семантические (смысловые) связи и соединить их с помощью гиперссылок.

 Моделирование — процесс представления различных характеристик поведения физического или абстрактного объекта (системы, реального физического процесса, явления, состояния и пр.) с помощью другого физического или абстрактного объекта или системы, то есть моделирование — это процесс создания модели объекта. В процессе моделирования должны присутствовать как минимум три участника: моделирующий субъект (человек), моделируемый объект (объект-оригинал) и объект-заменитель — собственно модель. Создание модели с целью познания — это итерационный процесс, при котором модель сравнивается с оригиналом и уточняется, что происходит в условиях постоянного изменения объекта-оригинала. В информатике используется два метода моделирования — информационное моделирование и математическое моделирование.

 Моделирование информационное (informatics simtdation) — процесс представления набора величин, характеризующих какой-либо объект в соответствии с целью моделирования; в информационной модели отражены информационные аспекты моделируемого объекта: структура, элементный состав, отношения между элементами и пр. Информационная модель не имеет внешнего сходства с оригиналом, поскольку представлена в виде знаков, символов, слов, теоретических (абстрактных) построений, теорий, учений, таблиц, алгоритмов, описаний и т. д. Способ представления информационной модели зависит от цели моделирования. Одним из наиболее распространенных видов

йнформационной модели являются формулы (см. модель математическая), таблицы, графики, диаграммы, символические описания и т. д.

МоДелирование математическое (mathematical simulation) — метод моделирования, метод исследования процессов и явлений на их математических моделях. Используется в тех случаях, когда физический эксперимент невозможен, затруднен или нецелесообразен из-за низкой познавательной эффективности. Частным случаем математического моделирования является моделирование аналитическое.

МоДель (model, simulator) — объект-заменитель, знак, символ, слово, реальный предмет, теоретическое (абстрактное) построение, состояние объекта, процесса, явления и т. д., представляющий собой какую-либо характеристику, свойство, признак или совокупность характеристик, признаков или свойств. Модель — это всегда упрощенное отражение объекта-оригинала. Для одного и того же объекта-оригинала можно построить множество моделей в зависимости от цели моделирования. Моделью могут быть физический материальный объект, система математических зависимостей, программа, имитирующая структуру или функционирование имитируемого объекта. Основное требование к модели — ее адекватность объекту-оригиналу относительно моделируемых характеристик. В зависимости от выполняемых функций модель может быть динамической, защиты данных сем и защиты программного обеспечения, имитационной, логической и структурно-функциональной.

 МоДель Белла-Ла ПаДула (T0del Bell-La Padula) — способ оценивания эффективности системы защиты компьютера, работающего в автономном режиме. В основе лежит определение набора ограничений, запрещающих любой программе, работающей в системе, доступ к защищенной информации. Появление данной модели способствовало широкому распространению технологии разграничения доступа к данным, хранящимся в электронном виде.

МоДель Динамически (dynamic том) — отражение свойств, признаков и поведения объекта моделирования в виде структуры, элементного состава, описания отношений между элементами, а таКже диаграмм переходов из одного состояния в другое и диаграмм взаимодействия. Каждый класс объектов имеет, как правило, свою диаграмму переходов из состояния в состояние, по которой можно построить диаграмму взаимодействия и построить информационную модель передачи сообщений.

Модель защиты (security mode[) — способ организации доступа к данным в сети, осуществляющийся либо на уровне ресурсов, либо на уровне пользователей. В первом случае назначается пароль каждому совместно используемому ресурсу: только чтение, полный доступ или доступ в зависимости от введенного пароля. Во втором случае доступ основан на разрешениях, присвоенных учетной записи конкретного пользователя.

Модель имитационная (imitation ntode[) — условный образ объекта или системы объектов, описанный с помощью математической модели,

которая исследуется посредством компьютерного моделирования, имитируя процесс функционирования объектами при условии воздействия на него различных факторов (как правило, случайных) или процесс взаимодействия с другими объектами.

МоДель логическая (logical mode[) — описание перечня и смысла ключевых абстракций и механизмов, которые формируют предметную область или определяют архитектуру объекта (системы). Например, архитектура компьютера.

МоДель структурно-функциональная (structural-functional model) — условный образ объекта или некоторой системы объектов, описанный с помощью взаимосвязанных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов и т. д., которые не только отображают структуру объекта, его элементы и взаимосвязи между ними, но посредством компьютерного моделирования имитируют процесс функционирования объекта при условии воздейстрия на него различных (как правило, случайных) факторов. V. Проведение блицопроса

— Что такое гипертекст? (Форма организации текстового материала, при которой его еДиницы преДставлены в нелинейной послеДовательности, а как система явно указанных возможных переходов, связей между ними.)

    Что такое мультимедиа? (Комплекс аппаратных и программных среДств, объеДиняющих возможности текстового, ауДио-, виДео- и анимационного преДставления информации.)

    Что такое гипермедиа? (ГипермеДиа состоит из узлов, кото-

рые являются ОСнОВНыми еДиницами хранения информации и могут вк,тючать страницы текста, графику, звуковую информацию, виДеоютип шли Даже целый Документ.)

Урок 23. Моделирование различных объектов

 Цели: знать основные подходы к моделированию при решении прикладных задач; уметь моделировать различные ситуации, представленные в прикладных задачах; уметь находить оптимальные способы моделирования в зависимости от условий задачи.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

    Что такое гипертекст? (Способ организации информационных объектов, связанных межДу собой СЛО.ЖНЫ.МИ СМЫСЛОВЫМИ и физическими связями.)

                                    Моделирование различных объектов                    129

— Назовите исторические предпосылки возникновения данного способа представления данных. (Уже при работе с печатным текстом возникла необхоДииость не линейного изложени, а обращения к разным позициям текста, что наглядно можно наблюдать в словарях и справочниках. Много позже появилось описание автоматической системы, где информация Должна была считываться сразличных микрофишею НЗ следующем этапе уже появилось описание партиельных Документов с наглядным описанием связей. Именно способ связи с различными информационными блоками и стали называть гипертекстом.)

    Назовите преимущества гипертекстового представления данных. (Использование гипертекста в электронных Документах позволяет оперативно работать с информационными блоками, не обращая внимания на те состааляющие, которые в Данный момент нас не интересуют.)

111. Теоретический материал урока

Моделирование как научный метод использовался задолго до возникновения информатики. Создание моделей реальных объектов и моделирование явлений и процессов использовались как в науке, так и в технике для проверки различных идей, отработки гипотез и экспериментальных данных. При изучении сложных объектов, будь то процессы в недрах звезд, вычисление траектории косми-

ческого корабля или осуществление расчетов технического цикла, приходится использовать модели, так как исследователь не в состоянии учесть все имеющиеся факторы. При этом надо четко осознавать, что не все свойства объекта существенны при решении конкретной задачи.

Оптимальным подходом при описании сложных объектов, как мы уже говорили, является использование модели. Она может быть мысленно представлена либо материально реализована, но в любом случае, отображая и воспроизводя объект исследования, модель способна замещать его так, что ее изучение дает новую информацию о нем.

Наиболее разработанным на сегодняшний день является математическое моделирование. Развитие компьютерной техники позволило расширить возможности вычислительного эксперимента. Назовем некоторые области, где использование математического моделирования способствовало получению существенных результатов:

• при решении энергетических проблем, когда при разработке атомных и термоядерных реакторов моделируются ситуации возможных физических процессов и негативных последствий;

5 А. Х. Шелепаева,                 кл.

•    расчет траекторий летательных аппаратов, задачи обтекания, системы автоматического проектирования;

•    расчет технологических процессов для получения кристаллов и пленок, используемых для создания вычислительной техники, когда разрабатываются материалы с заранее заданными свойствами;

•    моделирование климата и получение долговременных прогнозов погоды;

•    расчет химических реакций, определение их параметров для интенсификации химических технологий; и т. д.

Рассмотрим пример из области авиастроения. Важным элементом проектной и конструкторской работы над новой машиной являются выбор ее форм, оптимизация аэродинамических характеристик, осуществляющихся на основе не теоретических данных, а экспериментальных исследований. Экспериментировать с настоящими самолетами — путь слишком расточительный и опасный. Вот тут и приходят на помощь модели. И реальный самолет, и его уменьшенная копия в воздушном потоке подчиняются одним и тем же законам аэродинамики. При определенных условиях, измерив аэродинамические нагрузки на модели, оказывается возможным пересчитать их на «настоящий» летательный аппарат. Модель и самолет оказываются похожими не только внешне, но и по «физическому содержанию» — их аэродинамические характеристики связаны определенными соотношениями подобия.

На последнем этапе проектирования модель закрепляется на специальном лабораторном стенде, и на нее направляется поток воздуха с той скоростью, с которой должна летать модель. Для получения экспериментальных данных создается аэродинамическая труба, где и исследуется модельная ситуация, соответствующая натуральному объекту и явлению. В данном случае модель соответствует внешним параметрам объекта и подчиняется одинаковым закономерностям. Изучив поведение модели, можно предсказать свойства проектируемой конструкции.

Другая ситуация из области строительной механики, когда необходимо определить напряжение, возникающее в балке призматической формы под действием крутящей нагрузки. Здесь использование предыдущего метода является проблематичным. Ведь разместить внутри бруска достаточное количество датчиков, не повредив его и не повлияв тем самым на результат измерений, дело не прослое. В качестве модели используется труба, сечение которой повторяет сечение балки. Торец трубы необходимо затянуть резиновой пленкой — мембраной и подать воздух под некоторым давлением, тогда мембрана выпучится наружу, прогнется. Вот модель закрученной

балки и готова. Остается лишь тщательно промерить прогиб мембраны и с помощью несложных формул подобия вычислить величину напряжений в деформированной строительной конструкции.

Модель основывается на том положении, что математическая задача, описывающая напряженное состояние балки, в точности совпадает с задачей о прогибе мембраны. Только в одном случае функция, входящая в уравнение, есть напряжение, а в другом — прогиб мембраны. А раз задачи совпадают, то и решения у них одинаковые. Поэтому форма вспучившейся мембраны, которая может быть измерена с высокой точностью, дает детальное представление о другом, недоступном для прямого наблюдения распределении напряжений по сечению балки. Описанная «мембранная аналогия» дает пример физического моделирования одних явлений с помощью других, имеющих иную физическую природу.

При разработке модели необходимо помнить, что полученная модель является неким ограничителем условий, в рамках которой может рассматриваться та или иная ситуация. Иными словами, модель, а конкретно математическая модель, задает границы ее применимости в условиях данной задачи. Нельзя использовать ту же модель при рассмотрении другой ситуации, пусть даже объект описания будет один и тот же.

IV. Выполнение практического задания

1. Разработайте модель вашей территории с использованием условных обозначений, принятых в географии, в виде физической карты, карты природных зон либо комплексной карты.

2. Разработайте модель равномерного движения с помощью графических и математических средств.

Урок 24. Модель процесса управления

Цели: освоить базовое понятие «управление»; уметь находить в объектах живой и неживой природы различные управляемые системы; иметь представление о кибернетике — науке об управлении.

Методические рекомендации. Управление — это одно из наиболее важных и значимых в жизни человека информационных процессов наряду с процессами познания и учения. Для осознания особенностей протекания информационных процессов необходимо понять, как ПРОИСХОДИТ управление в системах различной природы. Получается, что непонимание одного явления, отраженного в понятии, автоматически влечет за собой непонимание другого явления, то есть поле взаимосвязанных понятий, составляющих основу информатики, должно иметь обязательный уровень сложности. 5.

Недооценка какого-либо элемента системы нарушает всю целостность структуры и приводит в первую очередь к плохому усвоению предмета.

Процессы управления должны выступать не только как объекты изучения, но и как средство познания. Познание — одно из самых удивительных способностей людей, которое позволяет им раскрывать секреты окружающего мира. Человек не только познает окружающий мир, законы природы и общественной жизни, но и стремится познать сам процесс познания, который можно воспринимать как иллюстрацию, как конкретную реализацию информационного процесса. Непосредственная и неразрывная связь информатики, философии и психологии через понятие «познание как информационный процесс» делает информатику предметом не просто на стыке наук, а метапредметом.

Ход урока

1. Организационный момент

11. Актуализация знаний

   

Для чего используется модель? (Модель исследуемого объекта используется Для проверки различных идей, отработки гипотез и экспериментсиьных Данных. МоДели разрабатываются при изучении сложных систем и объектов, когДа изучение натурсаьных объектов проблематично.)

    Какие ограничения накладывает ситуация использования модели? (Модель всегда разрабатывается для решения конкретной заДачи, то есть шиеет ограничения в использовании. Решение Других проблем преДполагает созДание Другой моДели с Другими качественными характеристиками.)

    Назовите сферы деятельности, где использование моделей оправданно. (Расчет химических реакций, технологические процессы, расчет траекторий Движения, авиастроение, прогнозирование погоды.)

111. Теоретический материал урока

В результате разработок в военной области возникла идея создания книги «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». В 1941 году группа математиков и биологов получила задание сконструировать устройство для быстрого наведения в качестве дополнения к пушкам. Были перечислены основные требования к новому устройству:

•    система должна работать по принципу да]нет, как работает нерв живого организма;

•    структурной единицей должна быть электрическая лампа, которая зажигается, когда — да, — и не зажигается, когда — нет;

•    устройство должно работать по принципу «черного ящика», когда человек задает параметры на входе и снимает данные на выходе.

Одним из разработчиков был Н. Винер (1894—1964), который интересовался не только математикой, его научные интересы распространялцсь и на области механики, биологии и т. д. Результатом его научных разработок и стала книга «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», которая заложила основу новой прогрессивной науки по одноименному названию. Информация в данном аспекте звучит как мера организованности системы. Чем больше информации, тем сложнее организована система, и наоборот, чем меньше информации, тем выше хаос системы, тем выше ее энтропия.

Само понятие «кибернетика» впервые упоминалось другим ученым. Известный французский ученый-физик А.-М. Ампер ( 1775—1836) в работе «Опыт о фидософии наук, или Аналитическое изложение естественной классификации всех человеческих знаний», первая часть которой вышла в 1834 году, назвал кибернетикой науку о текущем управлении государством (народом), которая помогаег правительству решать встающие перед ним конкретные задачи с учетом разнообразных обстоятельств в свете общей задачи — принести стране мир и процветание. В тот период понятие не нашло своего применения и было забыто.

С кибернетикой связаны имена советских ученых-академиков А.Н. Колмогорова (1903—1987), Л.В. Канторовича (1912—1986). Порой, рассказывая о западных ученых, мы несправедливо умалчиваем значение российских ученых, опыт и знания которых высоко ценятся и представителями Запада. Назовем некоторых из них: академик В.М. Глушков (1923—1982) — математик и автор ряда работ по кибернетике, теории конечных автоматов, теоретическим и практическим проблемам автоматизированных систем управления; академик В.А. Котельников, разработавший ряд важнейших проблем теории информации; академик СА. Лебедев (1902—1974), под руководством которого был создан ряд быстродействующих ЭВМ; член-корреспондент АН СССР АА. Ляпунов (1911—1973) — талантливый математик, сделавший очень много для распространения идей кибернетики в нашей стране; академик АА. Харкевич (1904—1965) — выдающийся ученый в области теории информации и многие другие.

Кибернетика (в переводе с греческого — искусство управления) — это наука об управлении сложными системами с обратной связью.

Объектом изучения кибернетики являются сложные динамические системы. К сложным динамическим системам относятся и живые организмы (животные и растения), и социально-экономические комплексы (организованные группы людей, бригады, подразделения, предприятия, отрасли промышленности, государства), и технические агрегаты (поточные линии, транспортные средства, системы агрегатов).

Однако, рассматривая сложные динамические системы, кибернетика не ставит задачу всестороннего изучения способов их функционирования. Рассматривая работу сложного электронного автомата, исследователю неважно, на основе каких элементов (будь то электромеханические реле, ламповые или транзисторные триггеры, ферритовые сердечники либо полупроводниковые интетральные схемы) функционируют его арифметические и логические устройства, память и др. Основное, что нужно знать пользователю, — это какие логические функции выполняют эти устройства, как они участвуют в процессах управления.

Итак, в кибернетике впервые было сформулировано понятие «черный ящик» как устройства, которое выполняет определенную операцию над входными данными, при этом человек не располагает информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции. Системы изучаются в кибернетике по их реакциям на внешние воздействия, другими словами, по тем функциям, которые они выполняют. Наряду с вещественным и структурным подходом кибернетика ввела в научный обиход функциональный подход как еще один вариант системного подхода в широком смысле слова.

Управление — одно из основных понятий кибернетики, которое описывает изменение поведения системы, направленное на достижение цели ее взаимодействия с ВНеШНИМ миром. При этом действие может осуществляться и несознательно, то есть управление есть естественное состояние природы, возникающее на более высоких уровнях развития материи, если рассматривать данные процессы и относительно живой природы.

Говоря об управлении, имеют в виду такое воздействие на управляемый объект, которое переводит его в состояние, соответствующее цели функционирования системы, непосредственно или опосредованно связанное с сознательной деятельностью человека. На уровне живой природы данные явления протекают несознательно, только в человеческом обществе воздействие управляющего объекта на управляемый, а также определение цели и критерия, к которому должно прийти состояние системы, сознательно устанашиваются человеком.

Итак, процесс управления предполагает два элемента: управляющего и управляемого. Также вводится понятие «упрањтяющее возДействие». Под управлением будем понимать элементарную функцию организованных систем различной природы (биологических, социальных, технических, социотехнических), обеспечивающих сохранение их определенной структуры, поддержание режима и состава деятельности, реализацию совокупности функций, целей и (или) программ.

Процесс управления реализуется по определенной схеме. Существует орган и объект управления, первый элемент формирует управляющее воздействие и фиксирует состояние управляемой системы для сведения к минимуму рассогласования цели и результата. Второй элемент, выполняя определенную совокупность действий, поддерживает связь с управляющим органом через обратную связь. Сами каналы передачи информации называют каналами и цепями обратной связи. При отсутствии обратной связи схема носит название «управление с прямой связью».

Теория управления применима не только к техническим системам. Практика показала, что в фундаментальной схеме управления заложены основы (закономерности) управления любой системой, когда система управления с прямой связью является неэффективной в силу отсутствия необходимой информации о состоянии управляемого объекта. Применительно к человеческому сообществу или коллективу, связанному определенным видом деятельности, можно сказать, что если руководитель не отслеживает результаты деятельности коллектива, то в таком коллективе невозможно получить хорошие результаты.

lV. Проведение блицопроса

— Кто впервые использовал термин «кибернетика»? (А.-М. Ампер кибернетику назвса наукой о текущем управлении госуДарством.)

    В каком смысле употребляется сейчас слово «кибернетика»? (Н. Винер ввел в обихоД понятие «кибернетика» в смысле науки об управлении и связи в животном и машине.)  Кто распространял кибернетические идеи в России? (А.Н. Колмогоров и Л.В. Канторович.)

У. Закрепление изученного материала

    Приведите примеры управляющих систем в живой природе, социальном обществе, технических устройствах.

    Приведите примеры, когда изменение целевых установок существенно влияет на поведение управляющей системы.

                 по

Приведите примеры управляющих систем с прямой и обратной связью.

    Подготовить сообщения об АН. Колмогорове, Л.В. Канторовича, В.М. Глушкове, СА. Лебедеве, АА. Ляпунове.

Урок 25. Различные модели управления

Цели: знать типы моделей управления; знать преимущества и недостатки различных моделей управления; уметь применять различные типы управления к различным ситуациям в зависимости от условий поставленной задачи.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

   Какие изменения в обществе способствовали возникновению науки кибернетики? (Увеличение информационного потока, не регулируемого поДручными среДствами, способствовало увеличению технических устройств, автоматизирующих различные виды Деятельности человека. В качестве образца, поДобия со&ершенной машины, обрабатывающей информачию, смогли рассматривать только человека, и при грубом приближении оказалось, что закономерности протекания информационных процессов в системах различной прироДы аналогичны, что и способствовало появлению новой науки — кибернетики.)

   Почему говорят, что информатика вышла из лона кибернетики? (Кибернетика в основном рассматривала технические аспекты функционирования объектов и в меньшей степени касалась фунДаментааьных проблем информационного функционирования систем различной прироДы. Именно информатика и стала рассматривать Данные аспекты работы.) Что такое управление? (Под управлением будем понимать элементарную функцию организованных систем различной прироДы (биологических, социальных, технических, социотехнических), обеспечивающих сохранение их опреДеленноЙ структуры, поДДержание режима и состава Деятельноспи, реализацию совокупности функций, целей и (или) программ.)

— Изменилось ли ваше собственное представление об управлении после предыдущего урока?

Различные модели

Ш. Теоретический материал урока

При моделировании процессов управления обычно рассматривают три типа управления: открытое, или разомкнутое, замкнутое, или управление с обратной связью, и адаптивное. Для раскрытия содержания термина «адаптивность в теории управления» необходимо рассмотреть основные типы управляющих систем.

Первый тип — разомкнутое управление (с прямой связью) (рис. 10). Предполагает наличие цели, которая и определяет необходимое управляющее воздействие для ее достижения. Структура разомкнутого управления предельно проста. Ее линейность и отсутствие обратной связи упрощают управление. При отклонении результата деятельности объекта от ранее запланированного чаще всего проводится анализ, который позволяет объяснить причину отклонения, но не ставит задачи изменения способов управления.

Управляющий		Управляемый

Рис. 10. Управление с прямой связью

Второй тип — замкнутое управление (с обратной связью) (рис. 11). В данном случае учитываются факторы, которые влияют на получение результата. И предполагается существование возможности изменения управления для нейтрализации отрицательных моментов и усиления их положительного влияния. Если же результат воздействия негативного фактора проявляется через достаточно большое время из-за защитных (инерционных) сил живых организмов, то возникают значительные затруднения в методике управления, которая рассчитана в основном на малые промежутки времени.

Управляющий			Управляемый

Рис. 11. Управление с обратной связью

Третий тип — аДаптивное управление. Отличается от замкнутого типа управления наличием блока учета внешних факторов, которые анализируются еще до того, как получен результат деятельности системы. При этом блок управления получает информацию об изменении значения воздействующего фактора одновременно с управляемым объектом. А при наличии прогноза принимаются меры по нейтрализации его влияния (отрицательная связь) либо

по

согласуются меры для увеличения его положительного эффекта. Естественно, что блок анализа при такой методике управления будет значительно сложнее, чем при замкнутом управлении, ибо конечный результат, объективно оценивающий влияние факторов, еще неизвестен в момент упреждающего реагирования системой управления.

Но научно обоснованная правильная реакция возможна лишь при тщательном изучении управляемого объекта, построении максимально точной модели влияния всех факторов и наличии необходимой и объективной информации, адекватно отображающей среду функционирования и сам объект управления.

Основными причинами, обусловливающими необходимость применения адаптивного управления, являются значительная продолжительность процесса, существенная зависимость от стохастических факторов, которые вызывают значительные потери от неверного решения, различного набора технологического оборудования и квалификации персонала. Вторым, не менее существенным фактором, побуждающим исследовать именно адаптивное управление, служит адаптивность управленческого процесса в действиях и мозговой деятельности человека с часто неосознанными процессами упреждающих действий при ожидании неблагоприятных погодных явлений, с определением разумного риска в хозяйствовании.

Задачи управления допускают несколько вариантов решения, ввиду того что существуют разнообразные способы организации процесса, приводящие к достижению поставленной цели. Коль путей решения много, а действовать можно только одним-единственным способом, тогда и приходится вести речь о выборе оптимального пути решения. Для этого используется критерий эффективности, или целевая функция. Основное назначение целевой функции — выяснение предпочтительного пути решения задачи для достижения заданной цели.

IV. Закрепление изученного материала

    Приведите пример открытого и закрытого управления.  Почему мышление человека обладает свойством адаптивности?

    Опишите процесс обучения с позиции управляющих систем.

Урок 26. Самоорганизующиеся системы

Цели: иметь представление о самоорганизующихся системах; знать основные подходы при определении самоорганизующихся систем; иметь представление о синергетике как новое подход при описании сложных систем.

Самоорганизующиеся системы

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

 Дайте определение понятия «управление». (Говоря об управлении, имеют в виду такое возДеЙствие на управляемый объект, которое перевоДит его в состояние, соответствующее цели функционирования системы, непосреДственно иаи опосредованно связанное с сознательной Деятельностью человека.)

Чем отличается данное определение от интуитивно понимаемого вами управления? (Упраиение в обыденном понимании ассоциируется со словом «руководить» коллективом, процессом, организацией и т. д.)

— Как вы считаете, необходимы ли знания об основах управления каждому человеку? Обоснуйте свой ответ. (Ншшчие упрањтенческих ресурсов в виде знаниЙ об управлении может помочь не только в коллективной Деятельности, но и прежДе всего в организации собственной Деятельности по усвоению знаний, получению хороших навыков работы в какой-либо  конкретной области.)

— Можно ли описатьс помощью управляющей системы учебный процесс? Обоснуйте свой ответ. (Можно, так как присутствуют все элементы упрааляющей системы: управляющий объект, управляемый объект и управляющее воздействие. Учитель упрааляет учебным процессом на уроке, оказывает управляющее возДействие на учеников. Ученики, слушая указания учителя, осваивают учебный материал. Если учитель не организует обратную связь в виде опроса, беседы по уровню усвоения учебного материшш, то эффективность от их совместной Деятельности будет МИНИмИЬНОЙ.) Ш. Теоретический материал урока

Существует определенная разница между системами, существующими в, природе, и теми, что созданы человеком. Если для первых характерны устойчивость относительно внешних воздействий, то для других изменение внешних воздействий приводит к ухудшению функционирования системы. Для разработки данной проблемы возникла необходимость создания новой теории описания мира, которая получила название «синергетика». Она рассматривает принципы построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения. Синергетика рассматривает самоорганизующиеся системы.

ло

Самоорганизующаяся система — это система управления, способная постоянно поддерживать свою качественную определенность, осуществлять целенаправленное (программное) функционирование и саморазвитие, самосовершенствование (в плане видоизменения своих программ и способов функционирования).

Говоря о самоорганизующихся системах, уместно выделить

простые и сложные системы. В отличие от простых систем сложные самоорганизующиеся системы состоят из элементов, которые тоже являются самоорганизующимися системами, только НИЗШеГО уровня, будь то клетка у многоклеточного организма (биологиче- ской системы) или отдельный индивид у общества (социальной системы). В этом случае не только система обусловливаег свойства элементов, но и элементы обусловливают в ряде существенных отношений свойства системы.

В самоорганизующихся системах информация проявляется в информационных процессах, представляющих собой полный цикл переработки информации: восприятие, преобразование, передача по каналам связи, хранение и обработка, в соответствии с некоторыми правилами и выполняемыми целями. Информационный процесс есть выражение активности самоорганизующейся системы по отношению к реальной действительности, то есть форма целенаправленного поведения, избирательного взаимодействия.

Нельзя путать информационный процесс и упорядоченное изменение. В первом случае это результат выбора и ассимиляции (отождествления) некоторого разряда изменений внешнего окружения, в другом случае — это процесс изменения физических, химических и т. д. параметров. Параметры информационного процесса также являются переменной величиной, но эти переменные фиксируются самоорганизующейся системой, лишь часть из которых воспринимается, еще меньшая часть бывает значимой для системы, то есть преобразуется в процессе управления.

Для осуществления выбора и ассимиляции необходима определенная дискретизация среды, то есть выделение различных объектов среды (структурирование системы) из реальной действительности. Способ дискретизации заложен в природу самоорганизующихся систем.

Проведем опыт. Стоя, необходимо поднять руки перед собой, образуя некий полукруг, закрыть глаза и попытаться расслабить руки.

Руки сами будут расходиться в стороны и займут положение . наиболее оптимальное для данного человека. При этом человек испытывает в данном состоянии чувство комфорта.

Другой опыт можно провести, сидя за партой. Расположить указательные пальцы параллельно друг другу и начать их раскачивать,

стараясь при этом, чтобы пальцы оставались параллельны друг друГУ. Постепенно развивать скорость движения и попытаться понаблюдать, что происходит. Пальцы будут располагаться симметрично. Данный эффект обнаружил американский физиолог С. Келсо. Все описанные случаи объясняются законами синергетики.

Третий опыт постарайтесь объяснить сами. Необходимо двум ученикам сесть на стулья и начать параллельно раскачивать одну ногу, постепенно увеличивая скорость движения. И понаблюдайте,. что произойди. Объясните результаты опыта. (Ноги первоначсаьно будут Двигаться параиельно, затем постепенно начнут Движение в противоположные стороны.)

1V. Закрепление изученного материала

— Почему целое может обладать свойствами, которыми не обладает ни одна из его частей?

— Почему система стремится к устойчивому состоянию?

 Почему фундаментальные физические законы не позволяют предсказывать поведение простейших биологических объектов?

 Применимы ли законы синергетики к вам как представителям биологической системы?

Урок 27. Подведение итогов за Ш четверть

Цели: обобщить основное содержание учебного курса за IIl четверть; повторить основные понятия курса.

Ход урока

1.  Организационный момент

П. Закрепление изученного материала

   Что такое модель? Почему, на ваш взгляд, данное понятие стало одним из ключевых понятий информатики? (Объект, заменяющий реальный процесс, явление шии преДмет, созданный для понимания закономерностей объективной Действительности, называют моделью. При разработке программных среДств одним из этапов проектирования являются разработка и созДание моДели исслеДуемого объекта Для построения компьютерной моДели. Иными словами, информатика постоянно имеет Дело с моДелями окружающего мира и без Данного понятия невозможно описать теоретические основы самого предметного соДержания.)

   Какие виды моделей вы знаете? Чем они отличаются? (КласёификациЙ моДелей очень много. Например, нагляДно-образные,

мысленные, математические, натурные, физические, информационные.)

   В чем различие процессов моделирования и формализации? (В процессе моДелирования выДеляют существенные для конкретной задачи свойства объекта и разрабатывают моДель, затем описывают Данную моДель с помощью знаковых систем, то есть заДают форму, формализуют с помощью математических зависимостей и формул.)

   Перечислите этапы моделирования. (Различают слеДующие этапы моделирования: постановка задачи; выбор цели моДелирования; анализ моДелируемого объекта; системный анализ (описание системных свойств объекта); выДеление существенных для решения заДанной заДачи свойств; выбор формы оптимального преДставления моДели; форматизация заДачи; анализ соответствия полученной моДели заДанной заДаче; корректировка моДели при несоответствии поставленной задаче и ожиДаемому результату.)

  

Что способствовало возникновению и становлению кибернегики? (Изучение закономерностей протекания информационных процессов в системах различной прироДы позволио обнаружить их схожесть и использовать их для построения технических устройств, выполняющих аналогичные функции.)  Почему информатика, возникшая на основах кибернетики, стала более значимой наукой в современной жизни? (Информатика стала рассматривать более широкие возможности автоматизированных устройств, и наступи обратный процесс, когДа сложности, возникшие при разработке технических устройств позволили больше внимания уДелять человеку как субъекту, облаДающему широкими возможностями по обработке и преДставленшо информации. Информатика не просто приклаДная наука, она стсаа рассматриваться как фунДаментальная наука, изучающая особенности протекания информационных процессов в системах различной прироДы.)

Проведение контрольного тестирования

Объект, заменяющий реальный процесс, предмет или явление и созданный для понимания закономерностей объективной действительности называют:

а) знаком;

б) моделью;

в) объектом;

г) системой;

д) заменителем.

2.  Модель — это:

а) результат моделирования;

            б) процесс моделирования;

в) объект моделирования;

г) способ моделирования;

д) метод опосредованного познания.

З. Наглядно-образные модели относятся:

а) к динамическим;

б) статичным;

в) мысленным;

г) аналитическим;

д) аналоговым.

4.   Текст, представленный на некотором языке кодирования, называют:

а) математической моделью;

б) динамической моделью;

в) информационной моделью;

г) статичной моделью;

д) компьютерной моделью.

5.   Формула является:

а) математической моделью;

б) динамической моделью;

в) информационной моделью;

г). статичной моделью;

д) компьютерной моделью.

б. Словесное описание — это распространенная модель:

а) в физике;

б) математике;

в) информатике;

г) литературе;

д) Языкознании.

7.        Какой из этапов построения модели является системообразующим для получения оптимальной для данной задачи модели?

а) постановка задачи;

б) выбор цели моделирования;

в) формализация задачи;

г) анализ моделируемого объекта;

д) анализ проблемной задачи.

8.        Что отражает спбсоб объединения, взаимосвязь или взаимное расположение нескольких элементов данных, рассматриваемых без ее целевого функционирования?

а) объект;

б) данные;

в) структура;

г) система;

д) знак.

 9. Какие преимущества дает текст при использовании гипертекстовых ссылок?

а) возможность эффективной обработки информации;

б) возможность нахождения необходимой информации;

в) увеличение скорости обработки информации;

г) эффективный способ представления информации;

д) эффективный способ хранения информации.

I О. Возникновению новой науки — кибернетики способствовало развитие:

а) теории информации;

б) теории управления;

в) теории связи;

г) теоретической информатики;

д) квантовой физики. Ответы к тесту:

										10
а
в
д

МОДУЛЬ «ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ»

Основное соДержание модуля

Понятие и типы информационных систем. Базы данных (табличные, иерархические, сетевые). Системы управления базами данных (СУБД). Формы представления данных (таблицы, формы, запросы, отчеты). Реляционные базы данных. Связывание таблиц в многотабличных базах данных.

Знакомство с системой управления базами данных Access. Создание структуры табличной базы данных. Осуществление ввода и редактирования данных. Упорядочение данных в среде системы управления базами данных. Формирование запросов на поиск данных в среде системы управления базами данных. Создание, ведение и использование баз данных при решении учебных и практических задач.

                                Типы информационных         и баз данных

Общеобразовательные цели:

•    знать основные понятия: система, информационная система, структура данных;

•    научиться проектировать базы данных по условию поставленной задачи с выделением основных содержательных информационных элементов;

•    знать основные возможности систем управления базами данных.

Развивающие цели:

•    формирование системного мышления, позволяющего выделять в окружающей действительности системы, элементы систем, адекватные поставленной задаче;  развитие логического мышления;

•    развитие навыков систематизации, структуризации данных. Воспитательные цели:

•    формирование навыков групповой р&ы, самостоятельное распределение ролей при создании многостраничных баз данных;  формирование профессиональных навыков работы.

Урок 28. Типы информационных систем и баз данных

Цели: знать виды информационных систем; знать различия •между информационными системами и базами данных; уметь выделять необходимые атрибуты для описания объекта в зависимости от поставленной задачи.

МетодическиерекоменДации. Разработка базы данных в любой предметной области активизирует процесс формирования понятий, способствуя формированию в аппарате мышления адекватного образа изучаемого предмета, явления, процесса. Программная среда и технологии разработки и манипулирования в базах данных синтезируют разнообразные приемы структурирования и обобщения информации, а также предоставляет пользователю интеллектуальный инструментарий по комплексному исследованию совокупности данных.

Другим положительным фактором изучения данной темы является возможность рассмотрения на уроках информатики принципов построения и функционирования баз данных; овладение приемами работы с ними позволяет в дальнейшем учащимся самостоятельно проектировать базы данных в любой предметной области. Работа по проектированию базы данных активно включает школьника в целенаправленную предметную деятельность по поиску и выбору

необходимой информации, разработке структуры ее представления, организации ее по соответствующим критериям, обеспечивая развернутый анализ содержания объекта самим учеником.

Наличие в базах данных автоматизированного механизма обработки информации (поиск, фильтрация, сортировка) обеспечивает удобство в манипулировании данными, освобождает пользователя от рутинных операций, повышает эффективность поиска и исследования данных, но при этом требует от учащихся умения строить логически правильные утверждения по их заданным свойствам. Владение операциями информационного поиска позволяет исследовать объект познания в различных аспектах, провести поиск закономерностей, выполнить статистическую обработку данных, а на основе результатов этих действий получить новые знания.

Ход урока

1. Организационный момент

11. Теоретический материал урока

Целью любой информационной системы является обработка данных об объектах и явлениях реального мира и предоставление человеку нужной информации о них. Если мы рассмотрим совокупность некоторых объектов, то сможем выделить множества, обладающие одинаковыми свойствами. Такие объекты выделяют в отдельные классы. Внутри выделенного класса объекты можно упорядочивать как по общим правилам классифицирования, например по алфавиту, так и по некоторым конкретным общим признакам, например по цвету или материалу. Группировка объектов по определенным признакам значительно облегчает поиск и отбор информации.

Систематизированная совокупность данных, снабженная процедурами ввода-вывода и размещения, а также системами поиска называется информационной системой. Именно наличие данных процедур и систем поиска отличает информационные системы от простых хранилищ данных. Другой отличительной чертой является распределенность данных на различных компьютерах. Фактически данный факт и отличает информационные системы от баз данных. Информационные системы (ИС) можно условно разделить на фактографические и документальные.

В фактографических ИС регистрируются факты — конкретные значения данных (атрибутов) об объектах реального мира. Основная идея создания таких систем заключается в том, что все сведения об объектах (фамилии людей и названия предметов, числа, даты) сообщаются компьютеру в каком-то заранее обусловленном формате

(например, дата— в виде комбинации ДД.ММ.ГГГГ). Информация, с которой работает фактографическая ИС, имеет четкую структуру, позволяющую компьютеру отличать одни данные от других, например фамилию от должности человека, дату рождения от роста и т. п. Поэтому фактографическая система способна давать однозначные ответы на поставленные вопросы.

Документсаьные ИС обслуживают принципиально иной класс задач, которые не предполагают однозначного ответа на поставленный вопрос. База данных таких систем включает совокупность неструктурированных текстовых документов (статьи, книги, рефераты и т. д.) и пифических объектов и снабжена тем или иным формализованным аппаратом поиска. Цель системы, как правило, выдать в ответ на запрос пользователя список документов или объектов, в какой-то мере удовлетворяющих сформулированным в запросе условиям.

Указанная классификация ИС в известной мере устарела, так как современные фактографические системы часто работают с неструктурированными блоками информации (текстами, графикой, звуком, видео), снабженными структурированными описателями.

Система управления базами данных (СУБД) — это программа, либо комплекс программ, предназначенных для полнофункциональной работы с данными. Как правило, включает инструменты для создания и изменения структуры хранения наборов данных, а также средства доступа к хранимым данным с возможностью их чтения, добавления, изменения и удаления. При этом у большинства СУБД имеется собственный встроенный язык (возможно, не один) для работы с данными. Сама база данных (БД) обычно находится просто в файлах закрытого (либо открытого) формата.

Реляционная БД отличается способом представления информации, находящейся в ней. Данные в такой базе хранятся в плоских таблицах. Каждая таблица имеет собственный, заранее определенный набор именованных колонок (полей). Поля таблицы обычно соответствуют атрибутам сущностей, которые необходимо хранить в базе. Количество строк (записей) в таблице неограниченно, и каждая запись соответствует отдельйой сущности.

Каждая таблица должна иметь первичный ключ — поле или набор полей, содержимое которых однозначно определяет запись в таблице и отличает ее от других.

Связь между двумя таблицами обычно образуется при добавлении в первую таблицу поля, содержащего значение первичного ключа второй таблицы. Реляционные СУБД (РСУБД) предоставляют средства для всевозможных пересечений и объединений любых

таблиц, отбора записей по разнообразным условиям, группировки и сортировки результатов. Реляционная база данных сочетает наглядность представления информации с простотой (относительной) реализации своей концепции и является на сегодняшний день наиболее популярной структурой для хранения данных.

Постреляционными базами данных часто называют многомерные базы данных. Данные в многомерных базах представляются в виде разреженных многомерных массивов, а не плоских таблиц, как в реляционных базах. Для определенных задач многомерные базы могут давать значительный выигрыш в быстродействии по сравнению с реляционными БД. Наиболее известные многомерные СУБД: Cache, Teradata.

В объектно-ориентированных БД (ООБД) данные представлены в виде объектов различных классов. Как правило, в них заложены следующие возможности: создание новых классов, наследование их от уже имеющихся, задание произвольных атрибутов и методов для классов. Для доступа к объектам в каждой ООБД обычно предусматривается свой собственный язык либо расширение другого языка. Пока еще ООБД недостаточно развиты и не представляют серьезной конкуренции МД-серверам, хотя и выглядят более предпочтительными для разработчиков. Производители SQL-cepBepoB тоже, в свою очередь, иногда делают попытки соорудить над реляционным ядром сервера объектноориентированную надстройку.

SQL (Structured Query Language — язык структурированных запросов) является стандартным языком для работы с реляционными БД. Кроме стандартных реляционных операций этот язык предоставляет возможности для изменений структуры таблиц.

Кроме реляционных, объектно-ориентированных и многомернь1х СУБД также давно известны иерархические и сетевые базы данных. Данные и связи между ними в иерархических БД представлены в виде деревьев. Для некоторых задач такая форма представления данных может оказаться гораздо более эффективной, чем любая другая. В сетевых базах данные могут быть связаны произвольным образом, но эти связи должны создаваться предварительно, вместе со структурой данных. По сравнению с реляционными БД сетевая модель может давать выигрыш в быстродействии при некоторой потере гибкости.

Ш. Выполнение практического задания

Разработать информационную систему для хранения данных об амбулаторных больных с выделением атрибутов и способов представления данных в будущей базе данных.

Геоинформационные

Урок 29. Геоинформационные системы

Цели: знать отличительные характеристики геоинформационных систем, типы данных, используемых для создания данной системы; иметь представление об этапах создания и областях применения геоинформационных систем.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

 Что такое информационная система? (Информационной системой называют систематизированную совокупность Данных, снабженных процеДурами ввоДа-вывоДа, системсми поиска.)

— Чем информационная система отличается от базы данных?  (Информационная система включает множество баз данных, распределенных на разных компьютерах.)

Перечислите типы информационных систем с выделением основания для данной типологии. (В зависимости от вида обрабатываемых Данных различают Два типа информаци онных систем: фактографические и Документальные.)

111. Теоретический материал урока

Географическая информационная система (ГИС) — информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственнокоординированных данных (пространственных данных). ГИС предназначены для решения научных и прикладных задач инвентаризации, анализа, оценки, прогноза и управления окружающей средой и территориальной организацией общества. Основу ГИС составляют автоматизированные картотрафические системы, а главными источниками информации служат различные геоизображения. Пространственные данные — цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах.

Использование рельефа как основы многочисленных геоинформационных систем и разнообразных виртуальных моделей дает возможность по-иному взглянуть на его основные характеристики и показатели. Поэтому вполне вероятно предположить, что развитие и широкое распространение в будущем нового оригинального научного подхода могут базироваться на нескольких моментах:

1. На изучении рельефа как важнейшего информационного ресурса, обладающего уникальными свойствами и особенностями.

2. На высокой степени уровня формализации рельефа при проведении различных манипуляций по моделированию и получению его многочисленных производных.

З . На технологических возможностях ГИС-систем по переработке и совместному анализу огромных массивов информации о различных видах видимого, погребенного, виртуального и любого иного вида рельефа.

4. На возможности совместного использования карт и моделей рельефа с цифровыми аэро- и космоизображениями й т. п.

Геоинформационные системы — это интегрированные информационные системы, как включающие методы обработки данных многих уже существующих автоматизированных систем, так и обладающие спецификой в организации и обработке данных. Разработка подобных систем началась в 70-е годы прошлого столетия, но бурное развитие получила лишь в последнее десятилетие. В основе систем используются географические данные, но называть системы географическими было бы неправильно. ГИС — это автоматизированная система, предназначенная для обработки пространственновременных данных, использующая в качестве интегрирующей основы географические данные.

(Угличительными характеристиками ГИС являются следующие особенности:

•    использует различные виды интеграции (данных, технических средств, технологий);

•    включает независимый комплекс, в котором выполняются все процессы обработки, обмена и представления информации;  простейшим циклом обработки типизированных данных является задача, связанная как с алгоритмами обработки, так и с технологическими процессами.

Создание геоинформационных систем предполагает выполнение последовательности согласованных этапов деятельности:

•    описание объекта исследований, целей, критериев исследования и получение результатов без должной формализации;

•    разработка концепции представления процесса или системы;

•    постановка проблем, декомпозиция на задачи, формализация технологии;

•    анализ и выбор методов и моделей для получения решений;

•    оптимизация решений;

•    реализация системы и решение задач;

•    сопровождение, анализ и модернизация.

В более широком виде этапы разделяются на три составляющие: создание инфологической модели, логическое проектирование, физическое построение системы. На различных уровнях решаются

разные задачи. Для первого уровня характерны задачи первичной обработки информации: распознавания, структуризации, декомпозиции, компоновки, измерения, сжатия, контроля, унификации. На втором уровне решаются задачи типизации, геометрического преобразования, экспертной оценки, построения цифровых моделей, синтеза и т. п. На третьем уровне решаются вопросы оптимизации, компоновки, синтеза и т. д.

ГИС в целом выполняет пять основных процедур с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию. Географические изображения для использования в ГИС вводятся в векторном или растровом виде напрямую, если такие данные уже существуют в подходящем цифровом формате, либо с помощью дигитайзера или сканера. Каждый элемент или объект изображения имеет географическую привязку. Тем самым любые свойства и характеристики этих объектов или элементов имеют ссылку на местоположение. Понятно, что число и разнообразие свойств и характеристик зависят только от потребностей пользователя. Любая информация, которая содержит прямые или косвенные сведения о названиях, географических или других координатах, ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ, номер участка, километровый столб и т. п., может быть включена в ГИС.

•    Средства манипулирования представляют собой различные способы преобразования и выделения данных (например, приведение всей геоинформации к единому масштабу и проекции для удобства совместной обработки). Для хранения, структурирования и управления данными в ГИС чаще всего используются реляционные базы данных, где для связывания таблиц служат общие поля. Запрос и анализ в ГИС можно выполнять на разных уровнях сложности: от простых вопросов, например, где находится объект и каковы его свойства (для чего нужно просто щелкнуть по объекту кнопкой мыши), до поисков по сложным шаблонам и сценариям вида «а что, если.. .». Очень важны в ГИС средства анализа близости и наложения объектов. Первый инструмент связан с выделением буферных зон вокруг заданных объектов по комбинации различных параметров (например, выделить населенные пункты, расположенные не далее двух километров от автодороги). Второй — позволяет рассчитывать пересечение, объединение и другие сочетания двух и более площадных объектов, расположенных в разных тематических слоях (так называемые оверлейные операции).

Развитые средства визуализации позволяют ГИС легко управлять отображением данных. Традиционным результатом обработки и анализа проскранственных данйых является карта, которая легко дополняется отчетными документами, трехмерными

изображениями, таблицами, диаграммами, фотографиями и другим мультимедийными средствами. Кроме базовых операций ГИС и специальные группы функций, реализующих задачи прокладку маршрута, поиска кратчайших расстояний, пространственной ста тистики и т. д.

По своему назначению ГИС можно разделить на четыре широ кие функциональные категории: простые инструменты составленш карт и диаграмм; настольные ГИС-пакеты широкого применения полнофункциональные системы и ГИС уровня предприятия (кор поративные системы).

Методические рекомендации. Для проведения практическю занятий можно скопировать одну из многочисленных бесплатньп программ с географическими картами. Конечно, данные программы не дают полного представления обо всех возможностях ГИС но с пространственными данными учащиеся знакомятся и учатся манипулировать графическими объектами. Карту «Модель Москвы» можно скачать с сайта http://mom.mtu-net.ru.

lV. Выполнение практического задания

Познакомиться с виртуальной картой Москвы и перечислить возможности, предоставленные данной программой.

Урок 30. Реляционные базы данных

Цели: освоить ключевые понятия раздела «Реляционные базы данных»; знать основные этапы разработки баз данных; уметь представлять данные в реляционной базе данных для их дальнейшей эффективной обработки.

Ход урока

1. Организационный момент

11. Актуализация знаний

 Что включает термин «ГИС»? (Информационную систему, обеспечивающую сбор, хранение, обработку, Доступ, отображение и распространение пространственнокоорДинированных Данных (пространственных Данных), называют географической информационной системой.)  Почему данная система названа географической? (Главными источниками Данных Для построения информационных систем служат различные геоизображения, то есть простанственные Данные. Именно поэтому система названа географической (геоинформационной).)

Реляционные базы

Какими данными манипулирует геоинформационная система? (ГИС манипулирует пространственными Данными, то есть цифровыми Данными о пространственных объектах, вютючающими свеДения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах.) Ш. Теоретический материал урока

Технология развития баз данных, истоки которой относятся к началу 1960-х годов, прошла путь совершенствования в течение тех двух десятилетий, которые предшествовали появлению персональных ЭВМ. С самых первых шагов интенсивно развивающегося производства персональных ЭВМ с их богатейшими функциональными возможностями создание новых информационных технологий и разработка информационных систем разнообразного характера стали одной из наиболее важных и массовых сфер их применения. В этих условиях для технологии БД открылась новая, чрезвычайно широкая сфера практического использования.

Создателем системы dBASE П был инженер из НАСА У. Рэтлифф. Первоначальный вариант программы он сделал в свободное от основной работы время и пытался — правда, без особого успеха — продавать ее под названием «Вулкан». Так продолжалось до тех пор, пока «Вулкан» не попался на глаза Дж. Тэйту — ловкому дельцу, занимавшемуся программным бизнесом. Прослышав о существовании малоизвестной тогда системы «Вулкан», Дж. Тейт и Х. Лашли заключили с Рэтлиффом контракт, который предусматривал их исключительное право на распространение этой программы. Их рекламный агент предложил изделие именовать иначе — dBASE П. И хотя никакого предшественника системы dBASE не существовало, это звучало весьма респектабельно. В январе 1981 года началась шумная реклама этой системы, очень скоро ставшей новым бестселлером.

Вскоре к ним присоединился еще один разработчик программного обеспечения — М. Кэпор. Его программа Lotus 1—2—3 завоевала широкое признание, поскольку соединяла лучшие качества системы «Visicalc» с графическими возможностями и средствами информационного поиска. Система Lotus 1—2—3 была объявлена в конце 1982 года, причем на ее рекламу ушел млн долларов. Расходы окупились очень скоро.

Основы реляционной модели данных были впервые изложены в статье Е. Кодда в 1970 году. Эта работа послужила стимулом для большого количества статей и книг, в которых реляционная модель представления данных получила дальнейшее развитие. Наиболее распространенная трактовка реляционной модели данных принадлежит

К. Дейлу, согласно его представлению реляционная модель состоит из трех частей: структурной, целостной и манипуляционной.

Структурная часть описывает, какие объекты рассматриваются реляционной моделью. Постулируется, что единственной структурой данных, используемой в реляционной модели, являются нормализованные п-арные отношения. Целоутная часть описывает ограничения специального вида, которые должны выполняться для любых отношений в любых реляционных базах данных. Эго целостность сущностей и целостность внешних ключей. Манипуляционная часть описывает два эквивалентныхспособа манипулирования реляционными данными — реляционная алгебра и реляционное исчисление.

 Мы уже рассматривали данный раздел в 9 классе, насколько сложно вам понять предложенный текст? Что именно вам непонятно? Почему мы вам предлагаем рассмотреть данный фрагмент без изменения?

Данные в реляционной БД хранятся в плоских таблицах. Каждая таблица имеет собственный, заранее определенный набор именованных колонок (полей). Поля таблицы обычно соответствуют атрибутам сущностей, которые необходимо хранить в базе. Количество строк (записей) в таблице неограниченно, и каждая запись соответствует отдельной сущности.

Записи в таблице отличаются только содержимым их полей. Две записи, в которых все поля одинаковы, считаются идентичными. Каждая таблица должна иметь первичный ключ — поле или набор полей, содержимое которых однозначно определяет запись в таблице и отличает ее от других. Отсутствие первичного ключа и наличие идентичных записей в таблице обычно возможны, но крайне нежелательны.

Простейшая связь между двумя таблицами образуется при добавлении в первую таблицу поля, содержащего значение первичного ключа второй таблицы. В общем случае реляционные БД предостав.ляют очень гибкий механизм для всевозможных пересечений и объединений любых таблиц с разнообразными условиями. Для описания множеств, получающихся при пересечении и объединении таблиц, используется специальный математический аппарат — реляционная алгебра. Она оперирует множествами, в которых порядковый номер элемента не несет никакой смысловой нагрузки. Записи отличаются только содержимым их полей.

Выделим следующие основные понятия реляционных баз данных: тип данных, домен, атрибут, кортеж, отношение, первичный ключ.

Значения данных, хранимые в реляционной базе данных; являются типизированными, то есть известен тип каждого хранимого значения. Понятие типа «данных в реляционной модели данных»

полностью соответствует понятию «тип данных в языках программирования». Напомним, что традиционное (нестрогое) определение типа данных состоит из трех основных компонентов: определение множества значений данного типа; определение набора операций, применимых к значениям типа; определение способа внешнего представления значений типа.

Обычно в современных реляционных базах данных допускается хранение символьных, числовых данных (точных и приблизительных), специализированных числовых данных (таких, как деньги), а также специальных темпоральных данных (дата, время, временной интервал). Активно развивается подход к внедрению в реляционные системы возможностей задания пользователями собственных типов данных.

Понятие «домена» более специфично для баз данных. Определение домена осуществляется путем задания некоторого базового типа данных, к которому относятся элементы домена, и произвольного логического выражения, применяемого к элементу этого типа данных (отраничения домена). Элемент данных является элементом домена в том и только в том случае, если вычисление этого логического выражения дауг результат — истина (для логических значений мы будем попеременно использовать обозначения истина и ложь или true и false). С каждым доменом связывается имя, уникальное среди имен всех доменов соответствующей базы данных.

Наиболее правильной интуитивной трактовкой понятия «домена» является его восприятие как допустимого потенциального, ограниченного подмножества значений данного типа. Например, домен ИМЯ определяется на базовом типе символьных строк, но в число его значений могут входить только те строки, которые могут представлять имена (в частности, для возможности представления русских имен такие строки не могут начинаться с мягкого или твердого знака и не могут быть длиннее, например, 20 символов).

1V. Выполнение практического задания

Построить реляционные модели различных объектов: систем обслуживания покупателей, расценок компьютерного оборудования, параметров физического состояния школьников.

Урок 31. Проектирование баз данных

Цели: знать основные подходы к проектированию баз данных; уметь выбирать оптимальную модель баз данных в зависимости от условий решаемой задачи; иметь представление о возможностях баз данных.

Ход урока

Организационный момент П. Актуализация знаний

 Что такое база данных? (Совокупность структурированных

Данных, хранящихся во внешней памяти, называют базой Данных.)

    Для чего используются СУБД? (Системы управления базами

Данных используются для манипулирования Данными, храняЩИМИСЯ в БД.)

    Каково основное назначение информационных систем и баз данных? (Информационные системы и базы Данных используются для хранения больших объемов информации, Для быст-

рого их поиска и использования в профессиональной сфере Деятельности.)

— Чем отличаются базы данных и информационные системы? (Основное отличие информационных систем от баз Данных — их распреДеленность на несколько компьютеров.) Ш. Теоретический материал урока

Интегрированная база данных, состоящая из нескольких таблиц, используется лишь в очень маленьких организациях, осуществляющих деятельность без взаимодействия с другими структурами. Информационные системы больших организаций содержат несколько десятков БД, нередко распределенных между несколькими взаимосвязанными компьютерами различных подразделений.

Отдельные БД могут объединять все данные, необходимые для решения одной или нескольких прикладных задач, или данные, относящиеся к какой-либо предметной области. Первые обычно называют прикладными БД, а вторые — предметными БД (соотносящимся с предметами организации, а не с ее информационными приложениями). Предметные БД позволяют обеспечить поддержку любых текущих и будущих приложений, поскольку набор их элементов данных включает наборы элементов данных прикладных БД. Вследствие этого предметные БД создают основу для обработки неформализованных, изменяющихся и неизвестных запросов и приложений (приложений, для которых невозможно заранее определить требования к данным). Такая гибкость позволяет создавать на основе предметных БД достаточно стабильные информационные системы, то есть системы, в которых большинство изменений можно осуществить без вынужденного переписывания старых приложений.

Основывая же проектирование БД на текущих и предвидимых приложениях, можно существенно ускорить создание высокоэффективной информационной системы, то есть системы, структура которой учитывает наиболее часто встречающиеся пути доступа к данным. Поэтому прикладное проектирование до сих пор привлекает некоторых разработчиков. Однако по мере роста числа приложений таких информационных систем быстро увеличивается число прикладных БД, резко возрастает уровень дублирования данных и повышается стоимость их введения.

Процесс проектирования информационных систем является достаточно сложной задачей. Он начинается с построения инфологической модели данных, то есть идентификации сущностей. Затем необходимо.выполнить следующие шаги процедуры проектирования даталогической модели:

1. Представить независимую сущность таблицей базы данных (базовой таблицей) и выделить первичный ключ этой базовой таблицы.

2.

Представить каждую ассоциацию (связь вида многие-комногим или многие-ко-многим-ко-многим и т. д. между сущностями) как базовую таблицу. Использовать в этой таблице внешние ключи для идентификации участников ассоциации и выделить ограничения, связанные с каждым из этих внешних ключей.

З. Представить каждую характеристику как базовую таблицу с внешним ключом, идентифицирующим сущность, описываемую этой характеристикой. Специфицировать ограничения на внешний ключ этой таблицы и ее первичный ключ по всей вероятности комбинации этого внешнего ключа и свойства, которое гарантирует «уникальность в рамках описываемой сущности».

4. Представить каждое обозначение, которое не рассматривалось в предыдущем пункте, как базовую таблицу с внешним ключом, идентифицирующим обозначаемую сущность. Отметить связанные с каждым таким внешним ключом ограничения.

5. Представить каждое свойство как поле в базовой таблице, представляющей сущность, которая непосредственно описывается этим свойством.

6. Для того чтобы исключить в проекте непреднамеренные нарушения каких-либо принципов нормализации, выполнить описанную процедуру нормализации.

7. Если в процессе нормализации было произведено разделение каких-либо таблиц, то следует модифицировать

инфологическую модель базы данных и повторить перечисленные шаги.

8. Указать ограничения целостности проектируемой базы данных и дать (если это необходимо) краткое описание полученных таблиц и их полей.

Проектирование реляционной базы данных фактически сводится к устранению избыточных функциональных зависимостей (а при необходимости избыточных многозначных зависимостей и зависимостей по соединению) из предварительного набора отношений, полученного каким-либо способом (например, из диаграммы сущность-связь). В том случае, когда проектируемая база данных сравнительно невелика (общее число атрибутов не превышает 20—30), предварительный набор отношений можно представить в виде одного отношения, называемого универсальным. В него включаются все представляющие интерес атрибуты.

Основная цель проектирования БД — это сокращение избыточности хранимых данных, а следовательно, экономия объема используемой памяти, уменьшение затрат на многократные операции обновления избыточных копий и устранение возможности возникновения противоречий из-за хранения в разных местах сведений об одном и том же объекте. Так называемый чистый проект БД можно создать, используя методологию нормализации отношений.

Нормализация — это разбиение таблицы на две части или более, обладающие лучшими свойствами при включении, изменении и удалении данных. Окончательная цель нормализации СВОдИТСЯ к получению такого проекта базы данных, в котором каждый факт появляется лишь в одном месте, то есть исключена избыточность информации. Эго делается не столько с целью экономии памяти, сколько для исключения возможной противоречивости хранимых данных.

В качестве примера построим универсальное отношение для базы данных «Домашняя библиотека»:

БИБЛИОТЕКА (АВТОР, НАЗВАНИЕ, ГОД, ИЗДАТЕЛЬСТВО,

ИЗД_АДРЕС, САЙТ, АДРЕС САЙТ)

Функциональные зависимости, имеющиеся в полученном отношении, представлены на следующей схеме: (1) НАЗВАНИЕ ГОД

(2)          ИЗДАТЕЛЬСТВО ИЗД_АДРЕС

(3)          САЙТ АДРЕС САЙТ

Для устранения избыточной функциональной зависимости (З) декомпозируем исходное отношение на два:

БИБЛИОТЕКА (АВТОР, НАЗВАНИЕ, ГОД, ИЗДАТЕЛЬСТВО,

ИЗД_АДРЕС, САЙТ)

ВЕБСАЙТ (САЙТ, АДРЕС_САЙТ)

Приняв во внимание, что атрибут САИТ требует типа данных «строка» и, следовательно, его использование в качестве первичного ключа не очень удобно, введем в отношении ВЕБСАЙТ первичный ключ КОД_САИТ, основанный на целом типе данных. Такая подстановка, хотя и ведет к избыточности с точки зрения теории на практике позволяет ускорить обработку данных. Поэтому в дальнейшем примем за правило заменять подобным образом строковые первичные ключи. Теперь наши отношения примут вид:

БИБЛИОТЕКА (АВТОР, НАЗВАНИЕ, ГОД, ИЗДАТЕЛЬСТВО,

ИЗД_АДРЕС,КОД_ САЙТ)

ВЕБСАЙТ (КОД_САЙТ, САЙТ, АДРЕС_САЙТ)

Устраним функциональную зависимость (2):

БИБЛИОТЕКА (АВТОР, НАЗВАНИЕ, ГОД, КОД_ИЗД,

КОД_ САЙТ)

ИЗДАТЕЛЬСТВО СОД_ИЗД, , ИЗДАТЕЛЬСТВО, ИЗД_АДРЕС)

ВЕБСАЙТ (кощсдйт, САЙТ, АДРЕС_САЙТ)

Теперь мы имеем следующие избыточные функциональные зависимости в отношении PUBLICATIONS:

НАЗВАНИЕ =>ГОД

КОД_ИЗД

Для их устранения необходимо вынести атрибуты НАЗВАНИЕ, ГОД и КОД_ИЗД в отдельное отношение:

БИБЛИОТЕКА (АВТОР, КОД_НАЗВ, ГОД, КОД_ САЙТ)

НАЗВАНИЕ (КОД_НАЗВ, НАЗВАНИЕ, ГОД, КОД_ИЗД)

ИЗДАТЕЛЬСТВО (КОКИЗД , ИЗДАТЕЛЬСТВО, ИЗД_АДРЕС)

ВЕБСАЙТ (КОД_САЙТ, САЙТ, АДРЕС_САЙТ)

Теперь наша база данных находится в третьей нормальной форме, однако мы видим, что полученный набор отношений не совпадает с набором, полученным из модели «сущность-связь». Для того чтобы разобраться в причинах этого противоречия, рассмотрим отношение БИБЛИОТЕКА вместе с его данными. Добавим автора, который имеет Две книги и две веб-страницы:

АВТОР	КО НАЗВ	ко с	т
П Шкин АС.
П шкин АС.	2
П шкин АС.		2
П шкин АС.	2	2

Из этой таблицы становится ясно, что в рассматриваемом отношении существует многозначная зависимость АВТОР=> КОД_ НАЗВ КОД_САЙТ. Для ее устранения приведем отношение к четвертой нормальной форме, для чего разобьем его на три:

	АВТОР (КО АВТОР, АВТОР)
БИБЛИОТЕКА(АВТОР, КО НАЗВ, КО САЙ	НАЗВ_АВТОР (КОД_НАЗВ, КОД_ АВТОР
	ВЕБС ТАВТОР (КОКАВТОР, КОД_ САЙТ

Окончательно получим:

АВТОР (КОД_АВТОР, АВТОР)

НАЗВ АВТОР (КОД_НАЗВ, КОД_АВТОР)

ВЕБСАЙТАВТОР (КОКАВТОР, КОД_САЙТ)

НАЗВАНИЕ (КОД_НАЗВ, НАЗВАНИЕ, ГОД, КОД_ИЗД)

ИЗДАТЕЛЬСТВО (код_изд, ИЗДАТЕЛЬСТВО, ИЗД_АДРЕС)

ВЕБСАЙТ (КОД_САЙТ, САЙТ, АДРЕС САЙТ)

lV. Выполнение практического задания

Разработать проект базы данных «Школа» с нормализацией данных.

Урок 32. Разработка многотабличных баз данных

Цели: знать возможности создания многотабличных баз данных; иметь представление о распределенных базах данных; уметь разрабатывать оптимальные БД с использованием нескольких таблиц.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

 Перечислите этапы проектирования базы данных. (ВыДелить объект для описания с помощью таблицы с выДелением первичного њшоча; описать элементы объекта с помощью зависимыХ таблиц и задать им внешние ключи; преДставить кажДую характеристику как базовую таблицу с внешним ключом, иДенпшфицирующим сущность, описываемую этой характеристикой; преДставить кажДое обозначение, которое не рассматрившюсь в преДыДущем пункте, как базовую таблицу с внешним ключом, иДентифицирующим обозначаемую сущность; преДставить кажДое свойство как поле в базовой таблице. представляющей сущность, которая непосреДственно описывается этим свойством; выполнить процеДуру нормализации.)

— Что такое нормализация базы данных? (Нормализация — это разбиение таблицы на две части или более, обладающие

лучшими свойствами при включении, изменении и уДстении Данных.)

— Существует ли возможность создания базы данных без ее предварительного проектирования? (Нет, для разработки качественной базы Данных, которую можно и нужно использовать в работе, необхоДимо проДумать мельчайшие Детали.)

Теоретический материал урока

На предыдущем уроке при рассмотрении этапов проектирования базы данных мы разработали БД «Домашняя библиотека». На ее примере мы убедились, что при создании эффективной базы данных нельзя обойтись только одной таблицей, то есть приходится разбивать ее на несколько частей. Базы данных, включающие несколько таблиц, называют многотабличными.

Процедура создания многотабличной базы данных аналогична процедуре создания одной таблицы. Можно использовать как Конструктор, так и Мастера таблиц. Единственное условие — все таблицы создаются в одной среде.

Методические рекомендации. Очень часто учащиеся допускают подобную ошибку, когда закрывают приложение и следующую

таблицу создают в новой базе данных. Необходимо обращать внимание, что несколько баз данных и многотабличная база данных — это не одно и то же.

lV. Выполнение практического задания

Используя приложение Access 7Ю, разработать многотабличную базу данных «Домашняя библиотека». Заполнить таблицы следующими данными:

Авто	Название	год	Изд-во	Ад		Сайт	Ад сайта
Бешенков СА.	Систематический курс	2001	Лаборатория базовых знаний	Москва		Корпо-	www.lbz.ru
Молодцов В.А.	Современные открытые ки	2003	Феникс	Ростовна-Дону		Корпо- рапш-	www.phoenix Rostov.ru
Кузнецов АА.	Основы информатики	1999	Дрофа	Москва		Корпо-	www.drofa.ru
Касаткин В.Н.	Информация, алгоритмы, эвм	1991	Просвещение	Москва		Корпо-	www.prosv.ru

Шелепаева, кл

В итоге мы должны получить базу данных, представленную на рис. 12.

Урок 33. Манипулирование данными

Цели: освоить способы манипулирования данными; уметь составлять запросы в зависимости от условий поставленной задачи.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

 — Какие базы данных называют многотабличными? (База данных, состоящая из нескольких таблиц, называется многотабличной.)

Mierosott

		Домашняя бибпиотека : база данных (формат Ассен

Рис. П. Вид окна MS Access с базой данных «Домашняя библиотека»

Манипулирование данными

— Чем отличается совокупность баз данных от многотабличной БД? (Совокупность баз Данных — это базы Данных, хранящихся вразных файлах и под разными именами. Многотабличная база Данных включает в одну базу (файл под оДним именем) несколько таблиц.)

 Для чего создаются ключевые поля при разработке БД? (Юючевые поля позволяют иДентифицировать записи по какомулибо признаку.)

111. Теоретический материал урока

На предыдущем уроке была создана многотабличная база данных «Домашняя библиотека». Для манипулирования данными необходимо связать созданные таблицы между собой. Ключевые поля могут служить не только для выделения отдельной записи, но и для упрощения возможности объединения базы данных. Для связывания таблиц в MS Access есть специальное диалоговое окно, называемое Схема данных. Для его открытия достаточно нажать на одноименную кнопку в панели инструментов или воспользоваться командой Сервис Схема данных.

Если до этого момента связи между таблицами не были заданы, то дополнительно будет открыто окно Добавление таблицы. В этом окне будут перечислены все уже имеющиеся в базе данных таблицы, из которых необходимо выбрать те, которые необходимы для включения в структуру межтабличных связей. Выполняется это выделением названия соответствующей таблицы и нажатием кнопки Добавить. При необходимости можно выделись сразу несколько Имен, удерживая при этом клавишу <Ctrl>. В случае если связи уже были заданы, для дополнения в схему данных новой таблицы нужно щелкнуть правой кнопкой мыши в поле окна схемы данных и в появившемся дополнительном контекстном меню выбрать пункт Добавить таблицу.

Добавив в окно схемы данных все необходимые таблицы, можно приступить к созданию связей между ними. Связь устанавливается путем простого перетаскивания имени поля, которое необходимо связать, из одной таблицы в другую поверх соответствующего поля, с которым необходимо создать связь. Сразу после отпускания кнопки мыши, открывается диалоговое окно Связи, в котором можно более детально настроить свойства образующейся связи.

Обеспечение условия целостности данных — флаг — служит для защиты от случаев, когда при удалении записей из одной таблицы связанные с ними данные в других таблицах останутся без изменения. Для создания связи с таким условием целостности необходимо, чтобы поле основной таблицы было ключевым и оба поля имели одинаковый тип.

Все созданные связи прописываются и сохраняются в структуре БД. Само окно Схема данных (рис. З) служит для более наглядного отображения этих связей. Чтобы удалить уже имеющуюся связь или отредактировать ее свойства, необходимо установить указатель на линию связи и нажать правую кнопку мыши для вызова соответствующего контекстного меню.

После связывания таблиц можно осуществлять манипулирование данными. Основным видом манипулирования является запрос. Различают запросы на выборку, с параметром, перекрестные и на изменение. Запросы на выборку возвращают данные из одной или нескольких таблиц и отображают их в виде таблицы, записи в которой можно обновлять (с некоторыми ограничениями). Запросы на выборку можно также использовать для группировки записей и вычисления сумм, средних значений, подсчета записей и нахождения других типов итоговых значений.

Запрос с параметрами — это запрос, при выполнении отображающий в собственном диалоговом окне приглашение ввести данные, например условие для возвращения записей или значение, которое требуется вставить в поле. Условие является ограничителем для отбора записей, включаемых в список результатов запроса. Можно разработать запрос, выводящий приглашение на ввод нескольких

Рис. 13. Окно MS Access «Схема данных»

единиц данных, например двух дат. Запросы с параметрами также удобно использовать в качестве основы для форм, отчетов и страниц доступа к данным.

Перекрестные запросы используют для расчетов и представления данных в структуре, облегчающей их анализ. Перекрестный запрос подсчитывает сумму числовых данных, среднее число значений или выполняет другие статистические расчеты, после чего результаты группируются в виде таблицы по двум наборам данных, один из которых определяет заголовки столбцов, а другой — заголовки строк.

Запросом на изменение называют запрос, который за одну операцию изменяет или перемещает несколько записей. Существует четыре типа запросов на изменение: удаление записи, обновление, добавление и создание таблицы.

lV. Выполнение практического задания         

1. Создать запрос на выборку данных: автора, названия произведения, названия издательства и года выпуска.

 2. Определить произведения, вышедшие из срока годности (три года), с использованием запроса с параметром.

З. Удалить из базы те произведения, которые вышли из срока годности, с использованием запроса на изменение.

Урок 34. Подведение итогов за год

Цели: обобщить учебный материал за год; выделить ключевые понятия и позиции в рассмотренных областях информатики; сформировать целостное представление об информатике как фундаментальной науке.

Ход урока

1. Организационный момент

П. Закрепление изученного материала         

— Что такое запрос? (Запрос — это среДство БД, позволяющее просматривать, изменять, анализировать Данные различНЫМИ способами.)

— Какие виды запросов допускаются в Access? (СУБД Ассем позволяет созДавать несколько видов запросов: запросы на выборку, запросы с параметрами, перекрестные запросы, запросы на изменение.)

 Каковы режимы работы с запросами в СУБД Access? (Запросы можно созДавать с помощью Мастера или Конструктора в зависимости от того, с каким видом запроса мы работаем.)

— Что является результатом запроса? (Результатом запроса являются выбранные элементы БД, Данные, соответствующие условию запроса.)

Ш. Проведение контрольного тестирования

1.        Объект, использующийся для хранения и передачи информации, называют:

а) знаком;

б) сигналом;

в) алфавитом;

г) носителем информации;

д) языком.

2.        Какой подход рассматривает информацию как результат отражения информационного взаимодействия самоорганизующихся систем?

а) информационный подход;

б) атрибутивный подход;

в) системный подход;

г) коммуникативный подход;

д) функциональный подход.

З. Совокупность символов, соглашений и правил, используемых для общения, отражения, обмена, отображения и передачи информации называют:

а) знаком;

б) сигналом;

в) алфавитом;

г) носителем информации;

д) языком.

4.        Самым предпочтительным носителем информации на современном этапе являются:

а) бумага;

б) средства видеозаписи;

в) лазерный компакт-диск;

г) дискета, жесткий диск;

д) магнитная лента.

5.        На остановке стоит человек в ожидании автобуса № З . Какое количество информации несет сообщение о том, что к остановке подъехал автобус № 4?

а) бит;

б) нулевая информация;

в) ненулевая информация;

г) 4 бита;

д) 2 бита.

6.        Информация отличается для человека и компьютера:

а) способом интерпретации;

б) типом носителя;

            в) способом получения;

г) способом хранения;

д) способом обработки.

 7. Данные, хранящиеся в памяти компьютера, становятся активными (могут быть подвергнуты обработке) лишь в случае:

а) интерпретации ее человеком;

б) загрузки информации из внешней памяти в оперативную;

             в) приведения компьютера в рабочее состояние;         

г) наличия управляющих сигналов;

д) возможности программного управления.

8.   Данные, которые передаются по магистрали, сопровождаются:

а) своим адресом;

б) интерпретацией сигнала;

в) контроллером;

г) физическими параметрами сигнала;

            д) способом обработки.          

9.   Тип информации, хранящейся в файле, можно определить:

а) по имени файла;

б) расширению файла;

в) файловой структуре диска;

            г) каталогу;      

д) организации файловой структуры.

 I О. Информацию, представленную в виде, пригодном для обработки компьютером, называют:

а) знаком;

б) сведениями;

в) блоком;

г) данными;

д) кодом.

11. Программа должна обладать следующими свойствами:

а) упорядоченная последовательность команд, реализуемость заданного алгоритма;

б) системность, дискретность, понятность;

в) дискретность, массовость, понятность, результативность;

г) однозначность, дискретность, точность, понятность, результативность, массовость;

             д) однозначность, дискретность, точность, понятность.

12.         Проверка полномочий пользователя при обращении его к данным называется:

а) контролем доступа;

б) аутентификацией;

в) обеспечением целостности данных;

г) шифрованием;

д) верификацией.

13.         Текст, представленный на некотором языке кодирования, называют:

а) математической моделью;

б) динамической моделью;

в) информационной моделью;

г) статичной моделью;

д) компьютерной моделью.

14.         Какой из этапов построения модели является системообразующим для получения оптимальной для данной задачи модели?

а) постановка задачи;

б) выбор цели моделирования;

в) формализация задачи;

г) анализ моделируемого объекта;

д) анализ проблемной задачи.

15.         Изменение поведения системы, направленное на достижение цели при ее взаимодействии с внешним миром, называют:

а) постановкой задачи;

б) выбором цели моделирования;

в) управлением;

г) анализом моделируемого объекта;

д) анализом проблемной задачи.

Ответы к тесту:

		2	3 ,1 -5 6 7 8 9							10	11	12	13	14	15
в
д

1 1 КЛАСС

МОДУЛЬ «КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ»

Основное соДержание модуля

Универсальность дискретного (цифрового) представления информации. Двоичное представление информации в компьютере. Двоичная система счисления. Двоичная арифметика. Компьютерное представление целых и вещественных чисел. Представление текстовой информации в компьютере. Кодовые таблицы.

Два подхода к представлению графической информации. Растровая и векторная 1рафика. Модели цветообразования. Технологии построения анимационных изображений. Технологии трехмерной графики.

Представление звуковой информации: MIDI и цифровая запись. Понятие о методах сжатия данных. Форматы файлов.

Общеобразовательные цели:

•    знать способы представления данных в памяти компьютера;

•    иметь представление о кодовых таблицах;

•    уметь переводить числа из одной системы в другую;

•    иметь представление о двоичном представлении трафической информации.

Развивающие цели:

•    развитие общего кругозора;

•    становление познавательного интереса.

Воспитательные цели:

•    развитие профессионального самоопределения;

•    • формирование ответственного отношения к труду.

Урок 35. дискретное представление информации

Цели: знать виды представления информации; иметь понятие о различиях в видах представления информации; знать области применения оцифрованных данных.

МетоДические рекоменДации. Данная тема позволяет раскрыть особенности восприятия информации человеком, в связи с чем необходимо нацелить внимание учащихся на особенности протекания информации внутри человека. Урок как единица учебного процесса рассматривается с позиции открытой базовой информационно-коммуникационной системы, где субъекты коммуникации сами выступают в форме информационных подсистем. Информацирнная система характеризуется, как правило, своими специфическими для информационной системы параметрами: структурой данных, информационным объемом, скоростью обмена информацией между структурными элементами системы и пр. Любое последовательное изменение этих параметров будет свидетельствовать о наличии некоего процесса и характеризовать этот процесс: «есть изменения какого-либо параметра — есть информационный процесс».

Рассмотрим процесс передачи информации. В этом случае информационные подсистемы выполняют последовательно роль источника и приемника информации. Строго говоря, конкретной передачи между источником и приемником информации нет, передаются знаки (В.М. Солнцев), в приемнике информации возникает не переданная информация, а аналогичная (в случае адекватной интерпретации знака) мысль. Информация не передается, а лишь резонансно возбуждается. Поэтому понятие, являясь формой абстрактного мышления, должно иметь адекватное отражение в любых информационных системах для осуществления информационного обмена.

Тема достаточно сложно воспринимается учащимися ввиду их неспособности к детализации непрерывного процесса. Необходимо попытаться визуализировать данный процесс, например, показом рисунка, сделанного штрихами (линиями), и рисунка, выполненного точками. Если отвлечься от их способов представления, мы в том и другом случаях увидим рисунок или образ, изображенный художником.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

 Какие основные аспекты теоретической информатики мы рассматривали в О классе? (Мы рассматривали самые важные

вопросы теоретической информатики: информация и информационные процессы, моДелирование и формализация, системы и упраюение. КажДый из этих разДелов позволяет суДить о том, что информатика не приклаДная наука. Она изучает Достаточно широкий спектр теоретических вопросов, которые существенно влияют на развитие общества, четовека и произвоДственных сфер взашиоДеЙствия.)

— Насколько изменились ваши представления об информатике как науке?

— В каких областях производственной деятельности человека информатика способствует качественному изменению труда? (Возрастает Доля в сфере информационной Деятельности. Причем возникает потребность в развитии таких качеств человека, которые считались .несущественными в период развития инДустршиьного общества. Оперирование большими массивами информации требует наличия таких качеств, как умение структурировать и систематизировать Данные, критически относиться к получаемым знаниям и Др.)

— Перечислите основные понятия информатики. (ВыДелим основные пять понятиЙ: информация, информационный процесс, система, модель, управление. Для информатики как приклаДной науки важное значение имеет и понятие «алгорипио.)

— Изменилось ли ваше представление о содержании некоторых понятий?

Ш. Теоретический материал урока

Мы начинаем рассматривать вопросы достаточно сложные для понимания и усвоения, но необходимые для общего развития и дальнейшей успешной учебы в тех направлениях, которые вы для себя выберете. Давайте подумаем об информации как сигнале. Мы знаем, что сигнал рассматривается с позиции носителя информации по техническим средствам передачи. Какие виды информации различают в системах передачи информации?

Для передачи информации, или, правильнее сказать, данных, используется физический процесс, который может быть описан математической формулой и называется сигналом. Именно сигналы различают по способу их представления как аналоговые и дискретные (рис. 14 и 15). В литературе постоянно ставят знак равенства между дискретными и цифровыми сигналами. Но их все-таки необходимо различать.

— Каковы различия между аналоговыми, дискретными и цифровыми сигналами?

Рис. 14. Аналоговый сигнал

Рис. 15. Дискретный сигнал

Ана,тоговая информация характеризуется плавным изменением ее параметров. Основные параметры наиболее простых синусоидальных аналоговых сигналов могут непрерывно и плавно меняться. Дискретная информация базируется на ряде фиксированных уровней представления заданных параметров, взятых в определенные промежутки времени. Если этих уровней много, можно говорить о цифровом представлении информации, то есть когда в определенные дискретные моменты времени они принимают конкретные дискретные значения. К счастью, аналоговую информацию легко преобразовать в цифровую. Это делают так называемые аналогоцифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование обеспечивают цифроаналоговые преобразователи (ЦАП).

В качестве носителей аналоговой информации могут использоваться различные физические величины, принимающие различные

значения на некотором интервале, например электрический ток, радиоволна и т. д. При дискретизации, то есть при преобразовании непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов, за основу берется какое-либо конкретное значение, а любые другие, отличающиеся от нормы, просто игнорируются.

— Какие устройства можно отнести к аналоговым, а какие к дискретным?

Аналоговыми устройствами являются:

•    телевизор — луч кинескопа непрерывно перемещается по экрану, чем сильнее луч, тем ярче светится точка, в которую он попадает. Изменение свечения точек происходит плавно и непрерывно;

•    проигрыватель грампластинок — чем больше высота неровностей на звуковой дорожке, тем громче звучит звук; телефон — чем громче мы говорим в трубку, тем выше сила тока, проходящего по проводам, тем громче звук, который слышит собеседник.

К дискретным устройствам относятся:

• монитор — яркость луча изменяется не плавно, а скачкообразно (дискретно). Луч либо есть, либо его нет. Если луч есть, то мы видим яркую точку (белую или цветную). Если луча нет, мы видим черную точку. Поэтому изображение на экране мо-

нитора получается более четким, чем на экране телевизора;

•    проигрыватель аудиокомпакг-дисков — звуковая дорожка представлена участками с разной отражающей способностью;

•    струйный принтер — изображение состоит из отдельных точек разного цвета.

Человек благодаря своим органам чувств привык иметь дело с аналоговой информацией, а в компьютере информация представлена в цифровом виде. Преобразование графической и звуковой информации из аналоговой формы в дискретную производится путем дискретизации, то есть разбиения непрерывного графического изображения или звукового сигнала на отдельные элементы.

Дискретизация — это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.

При передаче дискретных данных по каналам связи применяются два основных типа физического кодирования — на основе синусоидального несущего сигнала и на основе последовательности прямоугольных импульсов. Первый способ часто называется также модуляцией или аналоговой модуляцией, подчеркивая тот факт, что кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового сигнала. Второй способ обычно называют цифровым

кодированием. Эти способы отличаются шириной спектра результирующего сигнала и сложностью аппаратуры, необходимой для их реализации.

В настоящее время все чаще данные, изначально имеющие аналоговую форму (речь, телевизионное изображение), передаются по каналам связи в дискретном виде, то есть в виде последовательности единиц и нулей. Процесс представления аналоговой информации в дискретной форме называется Дискретной моДуляциеЙ. Аналоговая модуляция применяется для передачи дискретных данных по каналам с узкой полосой частот, типичным представителем которых является канал тональной частоты (телефонная сеть).

В простых вычислительных машинах, в таких, как цифровые электромеханические или аналоговые, перенастройка на различные задачи осуществлялась с помощью изменения системы связей между элементами на специальной коммутационной панели. В современных универсальных компьютерах такие изменения производятся с помощью запоминания в специальном устройстве, накапливающем информацию, той или иной программы ее работы.

В отличие от аналоговых машин, оперирующих непрерывной информацией, современные компьютеры имеют дело с дискретной информацией, на входе и выходе которых в качестве такой инфорМтдИИ могут выступать любые последовательности десятичных цифр, букв, знаков препинания и других символов. Внутри системы эта информация кодируется в виде последовательности сигналов, принимающих лишь два различных значения.

В то время как возможности аналоговых машин ограничены преобразованиями строго ограниченных типов сигналов, современные компьютеры обладают свойством универсальности, иными словами, компьютер может производить преобразования любых буквенно-цифровых данных благодаря программе, составленной для выполнения той или иной задачи. Эта способность компьютера достигается за счет универсальности его системы команд, то есть элементарных преобразований информации.

 Свойство универсальности компьютера не ограничивается возможностью оперирования одной лишь буквенно-цифровой информациеЙ. В данном виде может быть представлена (закодирована) любая дискретная информация, а также — с любой заданной степенью точности — произвольная непрерывная информация. Таким образом, компьютеры могут рассматриваться как универсальные преобразователи информации. Свойство универсальности современных компьютеров открывает возможность моделирования с их помощью любых других преобразователей информации, в том числе любых мыслительных процессов.

Технологии цифровой обработки акустических сигналов и изображений находят все более широкое применение в различных областях, в частности при идентификации пользователей или для построения многоуровневых систем защиты. Вместе с тем в перечне основных предъявляемых к соответствующим системам требований на первом месте стоит универсальность, быстрота и эффективность выполнения различных процедур обработки на основе использования стандартных недорогих технических средств, входящих в комплект традиционной офисной техники и компьютерной телефонии: персонального компьютера, сканера, принтера, звуковой платы, модема. Для реализации таких систем нужны подходы, позволяющие обрабатывать акустический сигнал и речь.

Практически 80⁰/0 информации человек получает через зрение, что означает доминирование зрительных рецепторов в жизнедеятельности человека. Вся информации в аппарате мышления-человека сохраняется в виде образов, причем в этом образе сконцентрирована информация, полученная всеми рецепторами человека. Можем сделать вывод, что информация в памяти человека хранится в виде графических объектов. Развивая гипотезу о том, что любая информация, получаемая человеком извне, проходит стадию преобразования в изображения с последующей их целенаправленной обработкой, можно вывести последовательность процедур, пригодную для реализации в автоматизированных системах обработки данных различного рода, в том числе и в речи:

•    предобработка, когда независимо от вида полученной информации осуществляется ее преобразование к общему виду первичных описаний в виде двухмерных матриц данных, имеющих неотрицательные значения, которые можно рассматривать как изображения, образы;

•    обработка предполагает, что на основе каких-либо общих принципов, методов и алгоритмов осуществляются преобразования полученных первичных данных для достижения поставленных целей (сжатие, «шумоочистка», сравнение, распознавание и др.);

•    получение новых знаний и принятие решений основываются  на заключении из характера и вида полученной из внешнего мира информации, а также результатов ее обработки для выполнения конкретных действий в соответствии с общей  стратегией поведения человека.

Практическая значимость этой гипотезы состоит в том, что интеллектуальные возможности человека по анализу и обработке визуальной информации, а также наработанный научный потенциал в области восстановления, распознавания и обработки изображе-

ний можно распространить сегодня на существующие технологии обработки информации иного рода, в том числе и на акустические сигналы и речь.

Люди воспринимают пространство как «глубину», и изображения, формируемые мысленным взором, представляются им трехмерными. Однако в точных дисциплинах редко применяется обработка трехмерных изображений, что объясняется очевидными техническими трудностями работы с ними, а также недостаточным пониманием природы процесса восприятия изображений. В большинстве практических приложений исследователи имеют дело с квазитрехмерными изображениями, когда по двум известным параметрам, например частоте и времени, строится некая двухмерная матрица, значения которой определяются значениями третьего известного параметра, например мощностью или амплитудой рассчитанного мгновенного спектра.

IV. Закрепление изученного материала

    Приведите примеры, где используются аналоговые и дискретные способы представления информации.

    Перечислите преимущества, которые предоставляет цифровая форма представления данных.

    Ответьте письменно на вопрос, вся ли дискретная информация является цифровой или нет. Приведите примеры.

Домашнее задание

Создайте два графических объекта с одним образом, с использованием в первом случае точек, в другом — прямых линий.

Урок 36. Способы представления данных в памяти компьютера

Цели: знать способы представления информации в памяти компьютера; иметь представление о сходстве и различии способов представления текстовой, числовой и графической информации.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

 Назовите, какие виды представления информации мы рассматривали на предыдущем уроке. (Информация в различных носителях информации может быть представлена в двух виДах: аналоговой и Дискретной. Параметры аналоговой информации плавно меняются, а Дискретная информация имеет Два фиксированных состояния.)

                        Способы представления данных в памяти компьютера       177

— Каковы отличительные черты аналогового и дискретного представления информации? (Информация, циркулирующая в живой природе, преДстањиена в аналоговом виде, а Дискретная информация используется в технических устройствах. Первые технические устройства разрабатывались исходя из преДстаютений восприятия живых организмов. Поэтому такие устройства, как телефон, татевизор, проигрыватель, относятся к аНСИОГОВЫМ устройствам.)

— Чем отличается видеокамера от цифровой камеры? (Первые видеокамеры использоват для хранения аншюговые сигналы, а цифровые камеры используют Дискретные, которые затем преобразуются в цифровые.)

Ш. Теоретический материал урока

Данная тема была рассмотрена в 8—9 классах. Теперь нам нужно обобщить общие представления о способах представления информации.

— Назовите основные виды информации, которыми оперирует память компьютера. Существует ли разница в способах обработки информации в памяти компьютера в зависимости от ее вида?

Основным способом представления данных в памяти компьютера является двоичное представление, когда в качестве основного кода используют набор из двух символов О и 1. Кодирование символов означает представление набора символов в виде последовательности цифр. Символами называют буквы, цифры, знаки препинания и т. п., которые представляются двоичными числами.

Отсюда следует, что современные компьютеры оперируют числовыми данными в двоичной системе счисления, а нечисловые данные (текст, звук, изображение) так или иначе переводят в цифровую форму (оцифровывают). В силу аппаратных ограничений процессор оперирует числами фиксированной разрядности. Количество двоичных разрядов, обрабатываемых процессором за единицу времени, определяет разрядность процессора.

Рассмотрим основные способы представления данных.

Два основных способа представления рациональных чисел, используемых в компьютерах, — это представления с фиксированной и плавающей точкой. Представление числа с фиксированной точкой является наиболее простым, когда определенное количество младших разрядов числа составляет дробную часть в позиционной записи. Сложение и вычитание таких чисел могут выполняться при помощи обычных целочисленных команд, только после умножения и деления необходимо передвинуть двоичную запятую на место.

Современные процессоры не осуществляют арифметические операции над данными с фиксированной точкой, однако их можно реализовать на основе стандартных целочисленных операций и команд битового сдвига. Только необходимо помнить, что подобные операции дают определенную погрешность.

Вычислительные системы широко используют представления чисел с плавающей точкой, только не десятичной, а двоичной. Идея этого представления СОСТОИТ в том, чтобы нормализовать позиционную двоичную дробь, избавившись от незначащих старших нулевых битов и освободив место для значащих младших разрядов. Сдвиг, который нужен для нормализации, записывается в битовое поле, называемое порядком. Само же число называется мантиссой. Число с плавающей точкой, таким образом, состоит из двух битовых полей — мантиссы М и порядка Е. Число, представленное двумя такими полями, равно М х 2Е. Нормализация состоит в отбрасывании всех старших нулей, поэтому старший бит нормализованной двоичной мантиссы всегда равен 1. Большинство современных реализаций чисел с плавающей точкой используют этот факт для того, чтобы объявить незначащими не только старшие нули, но и эту единицу, и, таким образом, выигрывают дополнительный бит точности мантиссы.

Способы представления текстовых данных сводятся к нумерации символов алфавита и хранения полученных целых чисел наравне с обычными числами. Способ нумерации называется кодировкой, а числа — кодами символов. Для большинства кодировок языков, использующих алфавитную письменность (латиница, кириллица, арабский алфавит, еврейский и греческий языки), достаточно 127 символов. Самая распространенная система кодирования латиницы (ASCll) использует 7 бит на символ. Другие алфавиты обычно кодируются более сложным образом: символы алфавита получают коды в диапазоне от 128 до 255, а коды от О до 127 соответствуют кодам ASCII.

Арифметические операции над такими данными не осуществляются, а используются операции сравнения. Операции сравнения в современных процессорах реализованы как неразрушающее вычитание, когда запоминается не сам результат, а лишь флаги знака, переноса и равенства результата нулю. На основании значений этих флагов можно определить результат сравнения: если разность равна нулю, сравниваемые символы одинаковы, если она положительна  или отрицательна, один из символов больше или меньше другого.

В каком виде хранятся целые числа в памяти компьютера, мы уже рассматривали. Сейчас рассмотрим вариант представления чисел правильной и неправильной дробей. Для перевода правильных дробей в систему счисления с основанием S умножают последовательно исходную дробь на основание системы счисления S.

Двоичная арифметика

Полученные в результате умножения целые части произведения являются соответствующими разрядами дробного числа в системе счисления с основанием S. Пример.

0,725 х 2 = 1,450 0,900 х 2 = 1,800 2 =

Результат: 0,72510 = 0,101

Стрелкой указано направление записи числа, начиная со старшего разряда.

Для перевода неправильных дробей в систему счисления с основанием S необходимо целую и дробную части перевести отдельно по обычным правилам. Затем данные части объединяются в одну запись — неправильную дробь, представленную уже в новой системе счисления.

Мы научились переводить дробные числа из одной системы в другую (для нас главное — умение переводить в двоичную систему). Для представления вещественных чисел с плавающей запятой необходимо при записи числа переводить ее в нормализованную форму с выделением и отдельным хранением знака мантиссы, знака порядка, порядка и мантиссы. Для представления числа отводится несколько машинных слов. Для того чтобы представить их, нам необходимо познакомиться с нормализованной формой, а это материал следующего урока.

lV. Выполнение практического задания

I. Перевести в двоичную систему числа: 0,651; 45,34; 0,005.

 2. Перевести в восьмиричную и шестнадцатиричную систему числа: 0,846; 79,81.

Домашнее задание

Перевести в двоичную систему десятичные числа: 5, 765; 7 ,45; 10,01 ; перевести полученные двоичные числа в восьмиричную и шестнадцатиричную систему.

 Урок 37. двоичная арифметика

Цели: знать основы двоичной арифметики; иметь представление об использовании различных кодов для осуществления арифметических действий с помощью технических средств; уметь осуществлять операции с использованием обратного и дополнительного кодов.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

    Перечислите способы представления чисел в памяти компьютера. (Для преДставления рациональных чисел используются два способа: с фиксированной и такающей точкой.)

    Назовите основные различия в способах представления чисел в памяти компьютера. (Числа с фиксированной точкой преДставлены в памяти компьютера в виде Дробного числа, где для Дробной части выделено жестко фиксированное количество ячеек. Для числа с плавающей точкой Для ЛИт)ШИХ разряДов остаюшют Достаточное количество места за счет незначащих старших разрядов.)

    Какие операции могут осуществляться над числовыми и нечисловыми данными? (Над числовыми Данными могут осуществляться арифметические Действия, над иными нет.)

111. Теоретический материал урока

Вспомним, что мы знаем о двоичной системе. Любая инфорМаЦИЯ (числа, команды, записи и т. п.) представляется в памяти компьютера в виде двоичных кодов фиксированной или переменной длины. Отдельные элементы двоичного кода, имеющие значение О или 1 , называют разрядами или битами. Двоичный код, состоящий из 8 разрядов, носит название байта. Для записи чисел также используют 32-разрядный формат (машинное слово), 16-разрядный формат (полуслово) и 64-разрядный формат (двойное слово).

Действия над двоичными числами принято называть двоичной арифметикой. Она использует следующие правила, заданные таблицами сложения, вычитания и умножения:

Сложение	Вычитание	Умножение
0+0=0 0+ l = l	0- 0 =0 1 -0= 1 1 - 1 =0 10 - 1 = 1	0                 х 0= 0 1                 х 0=0l x l = l

Двоичная арифметика легла в основу машинной арифметики, но использование выше описанных правил проблематично из-за технических особенностей вычислительных систем. Мы рассмотрим возможности двоичной арифметики с позиции ее технической реализации.

Для упрощения выполнения арифметических операций применяют специальные коды для представления чисел. Использование кодов

Двоичная арифметика

позволяет свести операцию вычитания чисел к арифметическому сложению кодов этих чисел. Применяются прямой, обратный и дополнительный коды чисел. Прямой код используется для представления отрицательных чисел в запомйнающем устройстве компьютера, атакже при умножении и делении. Обратный и дополнительный коды используются для замены операции вычитания операцией сложения, что упрощает устройство арифметического блока процессора. Коды должны удовлетворять следующим требованиям:

•    разряды числа в коде должны быть жестко связаны с определенной разрядной сеткой;

•    для записи кода знака в разрядной сетке отводится фиксированный, строго определенный разряд (7 + 1, первые семь разрядов будут использоваться для представления числа, один разряд — для представления кода);

•    прямой код двоичного числа совпадает по изображению с записью самого числа, если значение знакового разряда для положительных чисел равно О, тогда для отрицательных чисел — 1.

Пример. Пусть даны 2 двоичных числа: и -10011. Предсгавим в виде, в котором данные числа хранятся в памяти компьютера. Для первого числа имеем:

Для второго числа имеем:

Чем отличаются данные числа?

Отличаются крайним значением, то есть в первом случае стоит О, во втором — 1. Знаковый разряд располагается слева и указывает на знак перед числом, положительное — О, отрицательное — 1.

Для положительных чисел представление числа с прямым, обратным и дополнительным кодом совпадают Для отрицательных чисел:

•     при обратном коде все значения числа (кроме знакового разряда) инвертируются, то есть вместо записываются значения — О, и наоборот, вместо нулей — единицы;

•     при дополнительном коде к значению с обратным кодом добавляется единица.

Для описанного числа имеем: Прямой код:

Обратный код:

Дополнительный код:

Для выполнения арифметических операций удобнее использование записи числа, когда знаковый разряд отделяется запятой.

Основные подходы при сложении с обратным и дополнительным кодом:

•     при сложении чисел в дополнительном коде возникающая единица переноса в знаковом разряде отбрасывается;

•     при сложении чисел в обратном коде возникающая единица переноса в знаковом разряде прибавляется к младшему разряду суммы кодов;

•     если результат арифметических действий является кодом отрицательного числа, необходимо преобразовать его в прямой код. При этом обратный код преобразуется в прямой заменой

цифр во всех разрядах, кроме знакового, на противоположные. Дополнительный код преобразуется в прямой так же, как  и обратный, с последующим прибавлением единицы к младшему разряду.

Пример. Сложить двоичные числа Х и У в обратном и дополнительном кодах, если Х = 1011, У = -101.

Первый этап: сложение чисел правилами двоичной арифметики (для последующей проверки значений): lOll

0110

Второй этап: Получение обратного и дополнительного кода.

Значение	Прямой код	Обратный код	Дополнительный код
х	0,0001011	0,0001011	0,0001011

1,0000101

Третий этап: сложение чисел с использованием кодов. Сложение с обратным кодом:

0,0001011

10,0000101

Переносим единицу от разряда в младший разряд и складываем: 0,0000101

0,0000110 Сложение в дополнительном коде:

0,0001011

Единицу в знаковом разряде отбрасываем. lV. Выполнение практического задания

1.   Записать число в прямом, обратном и дополнительном кодах:

           а) 1010; 6) -1101; в)             г) -10011.

2.   Перевести Х и У в прямой, обратный и дополнительный коды. Сложить их в обратном и дополнительном кодах. Результат перевести в прямой код. Проверить полученный результат, пользуясь правилами двоичной арифметики:

Домашнее задание

1.  Перевести числа в прямой код:

а) 10001; б) -lOOl П; в) -1001100.

2.  Преобразуйте прямой код в двоичное число:

           а) 1,110001; б)            П; в) l,1001100.

Урок 38. Кодовые таблицы

Цели: знать принцип представления данных в памяти компьютерт, знать основное назначение и возможности кодовых таблиц; иметь представление о существующих кодовых таблицах.

МетоДическиерекоменДации. Тема достаточно проблематичная для восприятия учащихся. Возможно, в какой-то мере ученикам не хватает образного представления, поэтому с целью наглядности на доске или в готовой презентации продемонстрировать процесс кодирования и декодирования информации в результате обработки данных устройствами компьютера.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

— Для чего используется двоичная арифметика? (Двоичная арифметика используется для сложения, вычитания,

умножения и Деления Двоичных чисел. Можно использовать станДартныЙ поДхоД вычислений, как в Десятичной системе, но такой поДхоД сложно реализовать в технических устройствах.)

 Почему, по вашему мнению, двоичная арифметика рассмотрена под заданным углом, или, другими словами, в данном контексте? (Использование ДвоичноЙ арифметики в вычисЛИТсЛЬнЫх системах Достаточно проблематично, поэтому все Действия осуществляются через сложение чисел.)  Чем отличается рассмотренный подход от того, который был описан в 8 классе? (В 8 классе мы рассматривали сложение чисел в двоичной системе и вычитание через сложение. А здесь мы рассматривали возможность использования специальных кодов Для преДстааления чисел, когДа вычитание чисел сводится, например, к арифметическому сложению кодов этих чисел.)

111. Теоретический материал урока

Кодовая таблица — это таблица соответствий символов (например, букв русского языка) и их компьютерных кодов. Исторически сложилось так, что в России есть несколько несовместимых кодировок, то есть одинаковые символы имеют различные коды в разных кодировках. В России распространены следующие кодировки: WIN1251 (Windows), КОТ-8 (Unix), CP866(DOS), Macintosh, ВО-8859—5 (Unix). Создание кодовой таблицы является условным соглашением, то есть определенная категория людей разработала

соглашение, на основании которой и были приведены в соответствие символы заданным кодам.

Кодирование чисел происходит стандартным образом с помощью двоичной системы, просто недостающие разряды дополняются нулями. Для кодирования текстбвой информации принят международный стандарт ASCll (American Standard Code for 1nformation lnterchange), в кодовой таблице которого зарезервировано 128 семиразрядных кодов для кодирования:

•     символов латинского алфавита;

•     цифр;

•     знаков препинания;

•     математических символов.

Для включения символов, например, русского алфавита возникла необходимость включения 8-го разряда, что позволило увеличить количество кодов таблицы ASCIl до 255. Оставшуюся часть кодов использовали для кодирования символов псевдографики, которые можно использовать, например, для оформления в тексте различных рамок и текстовых таблиц.

Рассмотрим наиболее распространенную кодовую таблицу Windows (рис. 16).

В настоящий момент принят еще один стандарт кодирования Unicode, в котором определены символы вне зависимости от национальной принадлежности. Этот стандарт использует 16-битовое кодирование символов (в отличие от 8-битового в ASCll). Это позволяет определить 65 536 разных символов (в ASCII — 256), что оказывается достаточным для всех существующих языков, матемагических, служебных символов и других знаков. Со временем к стандарту Unicode добавились свойства другого многобайтного стандарта — lSO 10646. Все индексы в стандарте разделены на группы и страницы, по 256 символов в каждой, причем часть индексного пространства оставлена для будущего развития.

1V. Выполнение практического задания

1. 

С использованием кодовой таблицы Windows (СР-1251) закодируйте слова «информатика», «АЛГОРИТМ», «система счисления».

			ле			20	21	22		24
2		17							23				43	44		46	47
3
	96	97		99				102	103		xos		107		109	110
		113					117			120	121	122
			130	131		132	133	134	135	136	137		139
	144						149	150				lS4	iSs	xs6		1se	159
				163		164			167		169	170
														1ев		190
	192	193	194				197		199				203		205	206	207
	208	209	210	211		212	213	214		216	217			220	221	ги	• из
	224	225		227		228	229	230	231	232	233	234	235	236	237	ив	239
				243		244		246	247		249		251	252	253	254	2ss

Рис. 16. Кодовая таблица Windows (СР-1251)

2.  Придумайте собственную систему кодирования и возможную область ее применения с выделением отличительных свойств вашей системы от тех, что знакомы вам.

Методические рекомендации. Задание может быть творческим. Например: узник в темнице может общаться с соседом только с помощью перестукивания. Каким образом можно начать общаться, если у них не было возможности для согласования способов обмена информацией? Другой вариант: был разработан летательный аппарат, который направляется в межгалактическое пространство. Велика вероятность порчи электронной информации, поэтому возникла необходимость передачи информации с помощью письменных сообщений. Каким способом можно описать жизнь на Земле? Придумайте подходящую систему кодирования.

Урок 39. Способы представления графической информации

Цели: знать способы представления графической информации; знать основные форматы графических изображений; иметь представление о механизмах отображения данных на мониторе.

Ход урока

1. Организационный момент П. Актуализация знаний

Что такое кодовая таблица? (КоДовая таблица — это таблица соответствий СИМВОЛОВ (например, букв русского языка) и их компьютерных кодов.)

 С какими кодовыми таблицами вы сталкивались? (В России распространены слеДующие кодировки: WINl 251 (Windows), k01-8 (Unix), CP866(DOS), Macintosh, 60-8859-5 (Unix).)

— Чем обусловлено появление большого количества кодовых таблиц? (В кодовой таблице кроме станДартных символов английского языка представлены и Символы национальных шфавитов. КажДая страна имеет собственную таблицу коДировки, чем и объясняется наличие большого количества кодовых таблиц.)

 Назовите наиболее распространенные кодовые таблицы. (К наиболее распространенным кодовым таблицам можно отнести kOI-8 и Unicode.)

Ш. Теоретический материал урока

Все известные форматы представления изображений (как неподвижных, так и движущихся) можно разделить на растровые