ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Методическая разработка комбинированного занятия

 «Представление и кодирование информации»

Методическая разработка комбинированного занятия

Тема. Представление и кодирование информации

Учебные цели

После изучения данной темы студент должен знать:

– методы преобразования информации различных типов;

После изучения данной темы студент должен уметь:

– кодировать и шифровать сообщения;

– распознавать информационные процессы в различных системах.

Воспитательные цели

Изучение данной темы способствует воспитанию:

– заинтересованности в расширении кругозора из области информатики и информационных технологий;

– потребности использовать в трудовой деятельности все новое и  прогрессивное.

В результате освоения данной темы у студента должны формироваться следующие общие компетенции:

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их качество.. 

ОК 10. Бережно относиться к историческому наследию и культурным традициям народа, уважать социальные, культурные и религиозные различия.

Изучение данной темы является базой, на которой будут формироваться следующие профессиональные компетенции, соответствующие основному виду профессиональной деятельности:

ПК 2.6. Вести утвержденную медицинскую документацию.

Общее время занятия – 2 часа.

Место проведения занятия: учебный кабинет колледжа.

Оснащение занятия: компьютер, мультимедийный проектор, варианты заданий.

План проведения занятия

 Тема «Представление и кодирование информации»

План комбинированного занятия

1. Организационный этап.

2. Повторение ранее пройденного материала.

3. Объяснение нового материала.

3.1. Знаковые системы.

3.2. Кодирование информации.

3.3. Кодирование информации в компьютере

3.4. Кодирование и шифрование информации.

4. Самостоятельная работа студентов с заданием в игровой форме.

5. Подведение итогов и задание на дом.

Конспект занятия

1. Организационный этап.

Приветствие. Преподаватель и студенты приветствуют друг друга. Определение отсутствующих студентов. Организация внимания студентов.

2. Повторение ранее пройденного материала.

Фронтальный опрос:

1. Что такое кодирование?

2. Что такое двоичное кодирование?

3. Что такое бит?

4. Что такое байт?

5. Для какой информации в компьютерной технике используется двоичное кодирование?

6. Что такое алфавит?

7. В чем заключается алфавитный подход к определению количества информации?

Эталонные ответы:

1. Кодирование – преобразование информации в единую символьную форму.

2. Двоичное кодирование – это преобразование информации в форму, воспринимаемую компьютером, т.е. двоичный код.

3. Бит – это минимальная единица информации в двоичном коде.

4. Байт – (варианты ответов) – следующая единица измерения информации, 8 бит, одно машинное слово.

5. Двоичное кодирование используется для представления любой информации в компьютерной технике.

6. Алфавит – это набор символов (знаков) в котором определен их порядок.

7. При алфавитном подходе к измерению количество информации зависит от числа знаков в тексте и от полного числа символов в алфавите (его мощности).

3. Объяснение нового материала.

Запишем тему занятия: «Представление и кодирование информации». 

Цель занятия – сформировать понимание процесса обмена информацией, выявить преимущества двоичного кодирования различных видов информации, показать различные виды кодирования и шифрования информации.

Актуальность темы занятия – знания о кодировании информации нужны, чтобы понимать, как обрабатывается и передается информация в компьютерной технике и как возможно скрыть ее от других.

С различным представлением информации вы будете сталкиваться в будущей профессиональной деятельности медицинской сестры и медицинского брата, например, при заполнении документов для идентификации больного, диагноза и выписываемых лекарств, а также будете обрабатывать зашифрованную информацию при внесении этих данных в информационную систему.

3.1. Знаковые системы.

Для обмена информацией с другими людьми человек использует естественные языки (русский, английский). В основе языка лежит алфавит, то есть набор символов (знаков), которые человек различает по их начертанию.

Наряду с естественными языками были разработаны формальные языки (системы счисления, язык алгебры, языки программирования и др.). Основное отличие формальных языков от естественных состоит в наличии строгих правил грамматики и синтаксиса.

Например, системы счисления можно рассматривать как формальные языки, имеющие алфавит (цифры) и позволяющие не только именовать и записывать объекты (числа), но и выполнять над ними арифметические операции по строго определенным правилам.

Некоторые языки используют в качестве знаков не буквы и цифры, а другие символы, например химические формулы, ноты, изображения элементов электрических или логических схем, дорожные знаки, точки и тире (код азбуки Морзе) и др.

Представление информации может осуществляться с помощью языков, которые являются знаковыми системами. Каждая знаковая система строится на основе определенного алфавита и правил выполнения операций над знаками.

Знаки могут иметь различную физическую природу. Например, для представления информации в письменной форме используются знаки, которые являются изображениями на бумаге или других носителях, в устной речи в качестве знаков языка используются различные звуки, а при обработке текста на компьютере знаки представляются в форме последовательностей электрических импульсов (компьютерных кодов).

Представление информации происходит в различных формах в процессе восприятия окружающей среды живыми организмами и человеком, в процессах обмена информацией между человеком и человеком, человеком и компьютером, компьютером и компьютером и так далее.

3.2. Кодирование информации.

Когда человек или какой-либо другой живой организм или какое-то устройство участвуют в информационном процессе, то все они представляют информацию в той или иной форме. Когда мы представляем информацию в разных формах или преобразуем ее из одной формы в другую, мы информацию кодируем.

Средством кодирования служит таблица соответствия знаковых систем, которая устанавливает взаимно однозначное соответствие между знаками или группами знаков двух различных знаковых систем.

Одну и ту же информацию можно кодировать разными способами. Это зависит от ряда причин, каков носитель информации, какова окружающая обстановка, кто или что является источником информации и получателем, от засекреченности, от удобства обработки и т.д.

Обычно при кодировании информации используется средство кодирования - некоторая таблица, которая устанавливает соответствие между знаками разных кодов.

В медицине тоже существует практика кодирования. Например, у каждого диагноза, который ставится врачом, есть свой специальный код по системе МКБ (Международная статистическая классификация болезней и проблем, связанных со здоровьем). А в медицинской документации предусмотрены графы для вписывания кода диагноза.

3.3. Кодирование информации в компьютере.

Для представления текстовой информации используется таблица нумерации символов или таблица кодировки символов, в которой каждому символу соответствует целое число (порядковый номер). Восемь двоичных разрядов могут закодировать 256 различных символов. Это достаточный, машинный алфавит. Все символы упорядочены, каждому символу соответствует некоторое число от 0 до 255. Таблица ASCII (American Standard Code for Information Intercange) содержит числовые коды этих символов.

В видеопамяти находится двоичная информация об изображении, выводимом на экран. Это сетка точек, называемых пикселями (pixel). Код пикселя содержит информации о его цвете. Каждый цвет измеряется яркостью - величиной от 0 до 255.

Звук в компьютере тоже доводится до числовых значений при помощи различных технологий.

3.4.   Кодирование и шифрование информации.

Выбор способа кодирования информации может быть связан с предполагаемым способом её обработки.

В некоторых случаях возникает потребность засекречивания текста сообщения или документа, для того чтобы его не смогли прочитать те, кому не положено. Это называется защитой от несанкционированного доступа. В таком случае секретный текст шифруется. Шифрование представляет собой процесс превращения открытого текста в зашифрованный, а дешифрование — процесс обратного преобразования, при котором восстанавливается исходный текст. Шифрование — это тоже кодирование, но с засекреченным методом, известным только источнику и адресату. Методами шифрования занимается наука криптография. Для восстановления зашифрованной информации осуществляется обратное преобразование — расшифровка. Для расшифровки информации необходимо наличие соответствующего секретного ключа.

Криптография — это наука о методах и принципах передачи и приема зашифрованной с помощью специальных ключей информации.

Ключ — секретная информация, используемая криптографическим алгоритмом при шифровании/расшифровке сообщений.

4. Самостоятельная работа студентов с заданием в игровой форме.

«Нас всех завораживают детективные или приключенческие книги, фильмы и сериалы, в которых героям приходится взламывать шифры и извлекать спрятанные сообщения. Представьте себя великими сыщиками или детективами: Шерлоком Холмсом, Эркюлем Пуаро или знаменитыми искателями приключений: Индианой Джонс или Эдгаром По.

Однажды некий господин получил странное письмо. Он обратился за помощью к вам. Помогите ему разгадать послание. В письме цепочка заданий, которые нужно выполнять последовательно одно за другим. Решив одно задание, вы получаете подсказку к другому. Также подсказками, господин предполагает, могут служить картинки, предлагающиеся к письму. Только необходимо выбрать те изображения, которые не являются «обманками». Ну что, начинаем!»

Студенты делятся на три микрогруппы и получают задания.

1 микрогруппа

1.   Подсчитать количество информации в тексте набранном на компьютере (достаточный машинный алфавит): Начинаем

2.   В соответствии с полученным числом выбрать устройство, которое подскажет следующий ход:

8 – монитор, 16 – мышь, 40 – принтер, 64 – клавиатура

3.   Расшифровать по выбранному устройству:

Cktle.ott pflfybt dsltktyj hjpjdsv wdtnjv

4.   Рассмотрим различные методы:

Еврейский метод шифрования заключается в следующем (выделяем желтым): Алфавит делится на две части (будем считать, что в русском алфавите 32 буквы). Обе части алфавита записываются друг под другом. Буква из первой части алфавита заменяется на соответствующую букву из второй части и наоборот. Расшифрование происходит в обратном порядке.

Например: а заменяется на р, з – на ч, й - на щ, я – на п.

Метод шифрования Цезаря заключается в следующем (выделяем розовым): Текст заменяется на числовой код – по номерам букв по алфавиту (а-1, б-2 и т.д.). К номеру буквы по алфавиту пробавляется или вычитается цифра, которое является ключом шифрования. Это дает новое число, которое определяет номер буквы в алфавите для замены. Расшифрование происходит в обратном порядке.

Например, ключ – 2. Тогда текст УРА становится числом: 20 17 1.

Шифруем: 20+2=22, 17+2=19, 1+2=3  УРА превращается в 22 19 3 и заменяется на ХТВ.

Метод шифрования Гронсфельда заключается в следующем (выделяем зеленым): Текст заменяется на числовой код – по номерам букв по алфавиту (а-1, б-2 и т.д.). Ключом шифрования является длинное число, состоящее из нескольких цифр. К номеру буквы по алфавиту пробавляется или вычитается соответствующая цифра из числа.

Это дает новое число, которое определяет номер буквы в алфавите для замены. Расшифрование происходит в обратном порядке.

Например, ключ – 354. Тогда текст УЧЕБА становится числом: 20 24 6 2 1.

Шифруем: 20+3=25, 24+5=29, 6+4=10, продолжаем использовать тот же ключ: 2+3=5, 1+5=6 

УЧЕБА превращается в 25 29 10 5 6 и заменяется на ШЬЙДЕ.

По указанному методу расшифруйте слова ЧЕЖРНЫЕ  ЕЦПН-ПУЙУЗ (Ключ – количество информации в одной букве русского алфавита).

5.   По подсказке из предыдущего задания расшифруйте: 204 206 203 206 196 214 219

И скажите разгаданное слово преподавателю.

2 микрогруппа

1.   Подсчитать количество информации в тексте набранном на компьютере (достаточный машинный алфавит): Начинаем

2.   В соответствии с полученным числом выбрать устройство, которое подскажет следующий ход:

8 – монитор, 16 – мышь, 40 – принтер, 64 – клавиатура

3.   Расшифровать по выбранному устройству:

Cktle.ott pflfybt dsltktyj ;tknsv wdtnjv

4.   Рассмотрим различные методы:

Еврейский метод шифрования заключается в следующем (выделяем желтым): Алфавит делится на две части (будем считать, что в русском алфавите 32 буквы). Обе части алфавита записываются друг под другом. Буква из первой части алфавита заменяется на соответствующую букву из второй части и наоборот. Расшифрование происходит в обратном порядке.

Например: а заменяется на р, з – на ч, й - на щ, я – на п.

Метод шифрования Цезаря заключается в следующем (выделяем розовым): Текст заменяется на числовой код – по номерам букв по алфавиту (а-1, б-2 и т.д.). К номеру буквы по алфавиту пробавляется или вычитается цифра, которое является ключом шифрования. Это дает новое число, которое определяет номер буквы в алфавите для замены. Расшифрование происходит в обратном порядке.

Например, ключ – 2. Тогда текст УРА становится числом: 20 17 1.

Шифруем: 20+2=22, 17+2=19, 1+2=3  УРА превращается в 22 19 3 и заменяется на ХТВ.

Метод шифрования Гронсфельда заключается в следующем (выделяем зеленым): Текст заменяется на числовой код – по номерам букв по алфавиту (а-1, б-2 и т.д.). Ключом шифрования является длинное число, состоящее из нескольких цифр. К номеру буквы по алфавиту пробавляется или вычитается соответствующая цифра из числа.

Это дает новое число, которое определяет номер буквы в алфавите для замены. Расшифрование происходит в обратном порядке.

Например, ключ – 354. Тогда текст УЧЕБА становится числом: 20 24 6 2 1.

Шифруем: 20+3=25, 24+5=29, 6+4=10, продолжает использовать тот же ключ: 2+3=5, 1+5=6 

УЧЕБА превращается в 25 29 10 5 6 и заменяется на ШЬЙДЕ.

По указанному методу расшифруйте слова ВРСЫШЖР РБЪШ-ЪЮФЮТ

5.   По подсказке из предыдущего задания расшифруйте:

236 238 235 238 228 246 251

И скажите разгаданное слово преподавателю.

3 микрогруппа

1.   Подсчитать количество информации в тексте набранном на компьютере (достаточный машинный алфавит): Начинаем

2.   В соответствии с полученным числом выбрать устройство, которое подскажет следующий ход:

8 – монитор, 16 – мышь, 40 – принтер, 64 – клавиатура

3.   Расшифровать по выбранному устройству:

Cktle.ott pflfybt dsltktyj ptktysv wdtnjv

4.   Рассмотрим различные методы:

Еврейский метод шифрования заключается в следующем (выделяем желтым): Алфавит делится на две части (будем считать, что в русском алфавите 32 буквы). Обе части алфавита записываются друг под другом. Буква из первой части алфавита заменяется на соответствующую букву из второй части и наоборот. Расшифрование происходит в обратном порядке.

Например: а заменяется на р, з – на ч, й - на щ, я – на п.

Метод шифрования Цезаря заключается в следующем (выделяем розовым): Текст заменяется на числовой код – по номерам букв по алфавиту (а-1, б-2 и т.д.). К номеру буквы по алфавиту пробавляется или вычитается цифра, которое является ключом шифрования. Это дает новое число, которое определяет номер буквы в алфавите для замены. Расшифрование происходит в обратном порядке.

Например, ключ – 2. Тогда текст УРА становится числом: 20 17 1.

Шифруем: 20+2=22, 17+2=19, 1+2=3  УРА превращается в 22 19 3 и заменяется на ХТВ.

Метод шифрования Гронсфельда заключается в следующем (выделяем зеленым): Текст заменяется на числовой код – по номерам букв по алфавиту (а-1, б-2 и т.д.). Ключом шифрования является длинное число, состоящее из нескольких цифр. К номеру буквы по алфавиту пробавляется или вычитается соответствующая цифра из числа.

Это дает новое число, которое определяет номер буквы в алфавите для замены. Расшифрование происходит в обратном порядке.

Например, ключ – 354. Тогда текст УЧЕБА становится числом: 20 24 6 2 1.

Шифруем: 20+3=25, 24+5=29, 6+4=10, продолжает использовать тот же ключ: 2+3=5, 1+5=6 

УЧЕБА превращается в 25 29 10 5 6 и заменяется на ШЬЙДЕ.

По указанному методу расшифруйте слова ФЕЖРНЫЕ  ЕЦПН-ПУЙУЗ (Ключ – 55).

5.   По подсказке из предыдущего задания расшифруйте:

11001100 11001110 11001011 11001110 11000100 11010110 11011011

И скажите разгаданное слово преподавателю.

Критерии оценки для бригад:

При решении важны:

А) скорость – побеждает самая быстрая микрогруппа;

Б) последовательность – задания не пропускаем и не меняем их порядок;

В) правильность – неправильные действия не дадут желаемого результата и не позволят перейти к следующей задаче.

Оценка «5» ставится, если

• бригада выполнила задание в полном объеме первой.

Оценка «4» ставится, если

• бригада выполнила задание в полном объеме второй;

• ответы удовлетворяют в основном требованиям на оценку «5», но в изложении ответов допущены неточности, в целом не исказившие содержание ответа.

Оценка «3» ставится оставшейся бригаде.

Модельные ответы:

1 микрогруппа

1.   НАЧИНАЕМ: 8 БУКВ*8 БИТ = 64

2.   64 – клавиатура

3.   По клавиатуре в раздаточном материале заменяем:

C-С, k-л, t-е, l-д, e-у, .-ю, o-щ, t-е, t-е, , p-з, f- а, l-д, f-а, y-н, b-и, t-е, , d-в, s-ы, l-д, t-е, k-л, t-е, y-н, j-о, , h-р, j-о, p-з, j-о, d-в, s-ы, v-м, , w-ц, d-в, t-е, n-т, j-о, v-м.

Следующее задание выделено розовым цветом.

4.   Используем метод Цезаря.

ЧЕЖРНЫЕ  ЕЦПН-ПУЙУЗ превращаем по таблице буквы в числа:

24 6 7 17 14 28 6     6 23 16 14-16 20 10 20 8

Ключ – количество информации в одной букве русского алфавита -5.

Декодируем: 24-5=19, 6-5=1, 7-5=2, 17-5=12, 14-5=9, 28-5=23, 6-5=1, 6-5=1,

23-5=18, 16-5=11, 14-5=9, 16-5=11, 20-5=15, 10-5=10, 20-5=15, 8-5=3 

19 1 2 12 9 23 1      1 18 11 9-11 15 5 15 3 превращаем по таблице числа в буквы

Таблица Аски-кодов.

5.   По таблице из раздаточного материала расшифровываем:

204-М,  206-О,  203-Л,  206-О,  196-Д,  214-Ц, 219-Ы.

И скажите разгаданное слово преподавателю – МОЛОДЦЫ.

2 микрогруппа

1.   НАЧИНАЕМ: 8 БУКВ*8 БИТ = 64

2.   64 – клавиатура

3.   По клавиатуре в раздаточном материале заменяем:

C-С, k-л, t-е, l-д, e-у, .-ю, o-щ, t-е, t-е, , p-з, f- а, l-д, f-а, y-н, b-и, t-е, , d-в, s-ы, l-д, t-е, k-л, t-е, y-н, j-о, , ;-ж, t-е, k-л, n-т, s-ы, v-м, , w-ц, d-в, t-е, n-т, j-о, v-м.

Следующее задание выделено желтым цветом.

4.   Используем еврейский метод.

ВРСЫШЖР РБЪШ-ЪЮФЮТ превращаем по таблице в текст:

Таблица Аски-кодов.

5.   По таблице из раздаточного материала расшифровываем:

236-м, 238-о, 235-л, 238-о, 228-д, 246-ц, 251-ы.

И скажите разгаданное слово преподавателю – молодцы.

3 микрогруппа

1.   НАЧИНАЕМ: 8 БУКВ*8 БИТ = 64

2.   64 – клавиатура

3.   По клавиатуре в раздаточном материале заменяем:

C-С, k-л, t-е, l-д, e-у, .-ю, o-щ, t-е, t-е, , p-з, f- а, l-д, f-а, y-н, b-и, t-е, , d-в, s-ы, l-д, t-е, k-л, t-е, y-н, j-о, , p-з, t-е, k-л, t-е, y-н, s-ы, v-м, , w-ц, d-в, t-е, n-т, j-о, v-м.

Следующее задание выделено зеленым цветом.

4.   Используем метод Гронсфельда:

ЧЕЖРНЫЕ  ЕЦПН-ПУЙУЗ превращаем по таблице буквы в числа:

24  6   7  17 14 28 6     6  23 16 14-16 20 10 20 8    Ключ -55.

Декодируем: 24-5=19, 6-5=1, 7-5=2, 17-5=12, 14-5=9, 28-5=23, 6-5=1, 6-5=1,

23-5=18, 16-5=11, 14-5=9, 16-5=11, 20-5=15, 10-5=10, 20-5=15, 8-5=3 

19 1 2 12 9 23 1      1 18 11 9-11 15 5 15 3 превращаем по таблице числа в буквы

Таблица Аски-кодов.

5.   По таблице из раздаточного материала расшифровываем:

11001100-М, 11001110-О, 11001011-Л, 11001110-О, 11000100-Д, 11010110-Ц, 11011011-Ы.

И скажите разгаданное слово преподавателю – МОЛОДЦЫ.

5. Подведение итогов и задание на дом.

- выучить основные понятия;

- найти ответ на вопрос: «Чем кодирование отличается от шифрования и что у них общего?» и подготовить устный ответ-рассуждение.

4.     Рекомендуемая литература

Основные источники:

1.     Плотникова, Н. Г. Информатика и информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) [Текст] : учеб. пособие для СПО / Н. Г. Плотникова. - М. : РИОР [и др.], 2017. - 124 с. - Библиогр.: с. 123.

2.      Сергеева, И. И. Информатика [Текст] : учеб. для сред. проф. образования / И. И. Сергеева, А. А. Музалевская, Н. В. Тарасова. - 2-е изд., перераб. и доп. – М. : ФОРУМ [и др.], 2017. - 384 с. : ил.

3.     Угринович, Н. Д. Информатика и ИКТ. Профильный уровень. Учебник для 10 класса [Текст] : для общеобразоват. учреждений общ. образования / Н. Д. Угринович. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - 387 с.

Дополнительные источники:

1.     Акулов, О. А. Информатика: базовый курс [Текст] : учеб. пособие для вузов, бакалавров, обучающихся по направлениям 552800, 654600 «Информатика и вычислительная техника» / О. А. Акулов, Н. В. Медведев. – М.: Омега-Л, 2005. - 551 с.: ил.

2.     Симонович, С.В. Специальная информатика [Текст] :  учеб. пособие : университетский курс / С. В. Симонович, Г. А. Евсеев, А. Г. Алексеев ; под ред. С. В. Симоновича. – М. : АСИ_ПРЕСС Инфорком-пресс, 2005. – 479 с.: ил.

3.     Степанов, А. Н. Информатика для студентов гуманитарных специальностей [Текст] : учеб. пособие для вузов / А. Н. Степанов–СПб. : Питер, 2002. – 608 с.: ил.

4.