Урок информатики в 10 классе на тему "Измерение информации. Алфавитный подход"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН ТУРШУНАЙСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА «Согласовано» Зам.директора по УВР Мусаева Б.М.________ «___»_________2016г «Утверждаю» Директор школы  Вагабов М.И._________ «___»___________2016г План­конспект открытого урока по информатике в 10 классе на тему: «Измерение информации. Алфавитный подход» Провела учитель математики и информатики МКОУ «Туршунайская СОШ» Мусавузова Г.Н. 2016г. 1Тема: Измерение информации. Алфавитный подход. Цели: образовательные – дать понятие количества информации, познакомить с алфавитным подходом при определении количества информации, повторить единицы   измерения   информации,   формировать   практические   навыки   по определению количества информации. развивающие  –   продолжить   формирование   научного   мировоззрения, расширять словарный запас по теме «Информация». воспитательные  –   формировать   интерес   к   предмету,   воспитывать настойчивость в преодолении трудностей в учебной работе. Требования к знаниям и умениям: Учащиеся должны знать: ­ что такое «алфавит», «мощность алфавита», «скорость передачи дан­ ных»; ­ производные единицы измерения информации; ­ как найти количество информации в тексте. Учащиеся должны уметь: ­ находить количество информации в тексте; ­ переводить количество информации в производные.  Оборудование:  доска,  маркер,   мультимедийная   установка, компьютеры, стенды с тематической информацией, Программное обеспечение: Mytest, PowerPoint, электронные уроки по теме  «Информация и информационные  процессы», «Алфавитный  подход к измерению информации», дидактические карточки с домашним заданием. I. 1. 2. Ход урока Постановка целей урока Сколько символов в компьютерном алфавите? Каков   объем   информации,   содержащейся   в   книге,   на 2аудиокассете, на компакт­диске, в библиотеке? 3. Для   передачи   информации   в   объеме   10   учебников   можно затратить всего 1 минуту. Как это сделать? II. Проверка домашнего задания Задачи уровня знания и понимания проверяю на доске. Задачи уровня применения и творческого уровня проверяю в тетрадях, выбераю правильное решение и прошу рассказать решение задачи устно. III. Изложение нового материала 1. Алфавитный подход к измерению информации Вы научились определять количество информации, которое содержится в   сообщениях,   уменьшающих   неопределенность   наших   знаний,   т.   е.   мы рассматривали информацию со своей точки зрения — с  позиции человека. Для   нас   количество   информации   зависит   от   ее  содержания,   понятности   и новизны.   Например,   в   опыте   по   доставанию   шара   из   корзины   одинаковое количество   информации   содержится   и   в   зрительном   образе   (мы   видим красный   шар),   и   во   фразе   «Красный   шар»,   и   в   длинной   фразе   «Я   достал красный шар». Однако любое техническое устройство не воспринимает содержание ин­ формации.   Здесь   не   работают   «неопределенность   знаний»   и   «вероятность информации». Поэтому в вычислительной технике используется труте подход к измерению информации. Вокруг   нас   везде   и   всюду   происходят   информационные   обмены. Информацией   обмениваются   между   собой   люди,   животные,   технические устройства, органы человека или животного и т.д. во всех этих случаях переда информации происходит в виде последовательностей различных сигналов. В вычислительной технике такие сигналы кодируют определенные смысловые символы, т.е. такие сигналы кодируют последовательности знаков букв, цифр, кодов цвета точек и т.д. С этой точки зрения рассматривает другой подход к 3измерению информации — алфавитный. Каким образом в этом случае можно найти количество информации. Рассмотрим пример. У нас есть небольшой текст, написанный на русском языке. Он состоит из   букв   русского   алфавита,   цифр,   знаков   препинания.   Для   просто   будем считать, что символы в тексте присутствуют с одинаковой вероятностью. Множество используемых в тексте символов называется алфавитом. В информатике под алфавитом понимают не только буквы, но и цифры, и знаки препинания, и другие специальные знаки. У алфавита  есть размер (полное количество его символов), который называется мощностью алфавита. Обозначим мощность алфавита через  N.  Тогда воспользуемся форму, для нахождения количества информации их вероятностного подхода: log2N. Для расчета количества информации по этой формуле нам необходимо найти мощность алфавита N. На самом деле мы уже рассчитывали мощность алфавита, когда рассматривали кодирование текстовой информации. Найдем N для нашей задачи. Пример 1 Найти объем информации, содержащейся в тексте из 3000 символов, написанном русскими буквами. Решение: 1) Найдем мощность алфавита: N  = 33 русских прописных буквы + 33 русских строчных букв + 21 специальный знак = 87 символов. Подставим в формулу и рассчитаем количество информации: 2) I = log287 = 6,4 бита. Такое количество информации ­ информационный объем ­ несет символ в русском тексте. Теперь, чтобы найти количество информации во всем тесте, нужно   найти   общее   количество   символов   в   нем   и   умножить   на 4информационный   объем   одного   символа.   Пусть   в   тексте   3000   символов. Значит: 6,4­3000= 19140 бит. 3) Теперь дадим задание переводчику перевести этот текст на немецкий язык. Причем так, чтобы в тексте осталось 3000 сим волов. Содержание ста при   этом   осталось   точно   такое   же.   Поэтому   с   точки     зрения   вероятного подхода   количество   информации   также   не   изменится,   т.е.  HOI  понятных знаний не прибавилось и не убавилось. Пример 2 Найти количество информации, содержащейся в немецком тексте с та­ ким же количеством символов. Решение: Найдем мощность немецкого алфавита: 1) N = 26 немецких прописных буквы + 26 немецких строчных букв + 21 специальный знак = 73 символа. Найдем информационный объем одного символа: 2) I = log273 = 6,1 бит. Найдем объем всего текста. 3) 6,1­3000 = 18300 бит. Сравнивая объемы информации русского текста и немецкого, мы видим, что на немецком языке информации меньше, чем на русском. Но ведь со­ держание не изменилось! Следовательно, при алфавитном подходе к изме­ рению  информации  ее  количество  не зависит от  содержания,  а  зависит  от мощности алфавита и количества символов в тексте. С точки зрения алфа­ витного подхода, в толстой книге информации больше, чем в тонкой. При этом содержание книги не учитывается. Правило для измерения информации с точки зрения алфавитного под­ хода. 51. 2. Найти мощность алфавита — N. Найти информационный объем одного символа — 1 = log2N. Найти количество символов в сообщении ­ К. Найти информационный объем всего сообщения — K I. 3. 4. Пример 3 Найти объем текста, записанного на языке, алфавит которого содержит 128 символов и 2000 символов в сообщении. Дано: К = 2000, N = 128. Найти'. Iт — ? Решение: 1) I = log2N = log2128 = 7 бит ­ объем одного символа. 2) Iт = I K = 7­2000 = 14000 бит — объем сообщения. Ответ: 14000 бит. 2. Другие единицы измерения информации В   компьютере   также   используется   свой   алфавит,   который   можно назвать компьютерным. Количество символов, которое в него входит, равно 256 символов. Это мощность компьютерного алфавита. Также мы выяснили, что закодировать 256 разных символом можно с помощью 8 бит. 8 бит яв­ ляется настолько характерной величиной, что ей присвоили свое название — байт. Итак, следующая по величине единица измерения информации — байт. 1 байт = 8 битам. Используя   этот   факт   можно   быстро   подсчитать   количество информации, содержащееся в компьютерном тексте, т.е. тексте, набранном с помощью компьютера. А учитывая, что большинство статей, книг, публикаций и т.д. написаны с помощью текстовых редакторов, то таким способом можно найти   информационный   объем   любого   сообщения,   созданного   подобным образом. 6Пример 4 Найти   информационный   объем   страницы   компьютерного   текста. Пояснение: возьмите в качестве  примера реальный текст из какого­нибудь учебника без картинок. Расчеты производить приблизительно. Решение: 1) Найдем информационный объем одного символа: I =  log2N,  N  = 256, I = log2256 = 8 бит = 1 байт. 2) Найдем количество символов на странице. Примерно. — Как можно это сделать быстро? (Найти количество символов в строке и умножить на количество строк.) Пояснение:  пусть   дети   выберут   произвольную   строку   и   подсчитают количество   символов   в   ней,   учитывая   все   знаки   препинания   и   пробелы. Упростите до целого значения. 40 символов ­50 строк = 2000 символов. 3) Найдем информационный объем всей страницы: 2000 • 1 = 2000 байт. Ответ: 2000 байт. Вывод: дело в том, что информационный объем одного символа несет как   раз   1   байт   информации.   Поэтому   достаточно   подсчитать   количество символов в тексте, которое и даст объем текста в байтах. Например, если в тексте 3000 символов, то его информационный объем равен 3000 байтам. Согласитесь, что байт — маленькая единица измерения информации. Пример 5 Найти информационный объем небольшой книги в 130 страниц. Пояснение: страницы из предыдущей задачи. Решение. 2000 байт 130 = 260000 байт. Ответ: 260000 байт. 7И это информационный объем только одной книги! А если взять объем целой библиотеки? Получится очень большое число. Для измерения больших объемов информации используют следующие единицы: 1 килобайт = 1 Кб = 210 байт = 1024 байта; 1 мегабайт = 1 Мб = 210 Кб = 1024 Кб; 1 гигабайт = 1 Гб = 210 Мб = 1024 Мб. Примеры объемов информации. Страница книги Учебник БСЭ Газета Черно­белый   кадр Цветной кадр из трех цветов 1,5­часовой художественный фильм   телевизионный цветной 2,5 Кбайт 0,5 Мбайт 120 Мбайт 150 Кбайт 300 Кбайт 1 Мбайт 135 Гбайт В 100 Мб можно уместить: Страница текста Цветных   слайдов   высочайшего качества Аудиозапись Музыкальный   фрагмент   качества CD — стерео Фильм высокого качества записи Протоколы   банковским счетам операций по   50 000 150 1,5 часа 10 минут 15 секунд За 1000 лет Обмен информацией происходит с разной скоростью. Если говорить о людях, то темп речи очень важен для взаимопонимания. Некоторые люди раз­ говаривают очень медленно, другие — наоборот быстро (тараторят). И с теми и с другими иногда слушателю бывает некомфортно. Скорость чтения также у людей бывает разная. Конечно, хорошо обладать высокой скоростью чтения, больше   книг   можно   прочитать.   Существуют   даже   специальные   приемы 8развития   высокой   скорости   чтения.   Скорость   передачи   информации   назы­ вается скоростью информационного потока и выражается в битах в секунду (бит/с), байтов в секунду (байт/с), Кбайтов в секунду (Кб/с) и т.д. Скорость чтения и скорость речи можно вычислить. Скорость   информационного   потока   в   случае,   когда   он   происходит между техническими устройствами, намного выше, чем между людьми. Прием и передачи информации в этом случае происходит по каналам связи. К ос­ новным характеристикам каналов связи относятся:  максимальная   скорость   передачи   информации   по   каналу   связи называется пропускной способностью канала;  надежность;  стоимость;  резервы развития. В   следующей   таблице   приведены   характеристики   некоторых   каналов связи. 'Гйп связи Электрический кабель: — витая пара — коаксиальный кабель Телефонная линия Оптические   светодиоды (сверхтонкие   силиконо­ вые волокна) Скорость передачи данных (Мбит/с) 10­100  до 10 1­2 10­200 Помехоус тойчивость Наращиваемость Низкая Высокая Низкая Абсолютная Простая Проблематичная Без проблем Без проблем Пояснение:   таблицу   подготовьте   заранее   на   доске   или   на   бумаге   и раздайте детям. Анализируя  эту   таблицу,   можно   сказать,   что   сегодня   предпочтение отдается   высокоскоростному  оптоволокну.  Информация   по   таким   каналам связи  передается   в   виде   светового   сигнала,   посылаемого   лазерным излучателем.   Например,   при   скорости   50   Мбайт/с   в   течение   1   минуты 9передается объем информации, равный содержанию 10 школьных учебников. IV. 4. Физкультминутка.  Раздаю   детям   карточки   с   единицами   измерения   информации,   надо встать и собрать равенства. Закрепление изученного материала V. № 1. Ответьте на вопросы, поставленные в начале урока. Решите задачи: №2. Перевести   объем   книги   из   примера   5   в   другие   единицы   измерения. Решение: 260000/1024 = 253,90625 Кб. 253,90625/1024 = 0, 247955 Мб. №3. Найти х из соотношения: 16х байт = 256 Мбайт. Решение: 24х байт = 28­220 байт; 24х = 28.220; 94х = 928­ 4х = 28;’ х = 7. Ответ: х = 7. № 4.  Практическая работа (раздаточный материал – инструкционная карта для   выполнения   практической   работы)   по   определению   количества информации с помощью калькулятора: Определите информационный объем следующего сообщения в байтах (сообщение напечатано на карточке, карточки на каждой парте): Количество   информации,   которое   несет   в   себе   знак,   зависит   от вероятности его получения.  В   русской   письменной   речи   частота   использования   букв   в   тексте 10различна, так в среднем на 1000 знаков осмысленного текста приходится 200 букв «а» и в сто раз меньше количество букв «ф» (всего 2). Таким образом, с точки зрения теории информации, информационная емкость знаков русского алфавита различна (у буквы «а» она наименьшая, а у буквы «ф» ­ наибольшая). ­   Определяем   количество   символов   (количество   символов   в строке*количество строк) – 460 символов = 460 байт ­   Введите   и   сохраните   этот   текст   на   рабочем   столе   с   помощью программы   Блокнот.   Определите   информационный   объем   этого   файла   с помощью   компьютера   (Выделите   объект,   щелкнуть   правой   кнопкой   мыши выбрать  Свойства) Ответ: 460 байт.  VI. Подведение   итогов   урока   в   форме   теста   созданного   в программе  MyTest (5 мин.) ­ Какие существуют подходы к определению количества информации?  Ответ: существует 2 подхода к измерению количества информации – смысловой и технический или алфавитный. ­ В чем состоит отличие одного подхода от другого?   Ответ:   при   смысловом   подходе   количество   информации   –   мера уменьшения   неопределенности   знания   при   получении   информационного сообщения, при алфавитном – количество знаков в сообщении * количество информации, которое несет 1 знак алфавита.  ­   Назовите   единицы   измерения   информации   от   самых   маленьких   до самых больших.  Ответ: бит, байт, Кб, Мб, Гб, Тб. ­ На какую величину отличается байт от Кб, Кб от Мб, Мб от Гб?  Ответ: 1024 (210).  ­ Сколько битов содержится в 1 байте?  Ответ: 8. ­ Что такое бит при смысловом и алфавитном подходе к определению 11количества информации?  Ответ:   при   смысловом   подходе   бит   –   уменьшение   неопределенности знания в 2 раза при получении информационного сообщения;                         при алфавитном подходе бит – информационная емкость одного знака при двоичном кодировании. Домашнее задание §4 (И.Г.Семакин  «Информатика. Базовый курс. 10 класс»)  Уровень знания: 1) Как  определяется  количество   информации  с алфавитной  точки зрения?   Выучить   правило   для   измерения   информации   с   точки   зрения алфавитного подхода. 2) Выучить единицы измерения информации. Уровень понимания: 1) В чем отличие алфавитного подхода к измерению информации от ве­ роятностного? Выразите: 2) — 3 Кбайта в байтах и битах; — 81920 бит в байтах и Кбайтах; — 3072 Мбайта в Гбайтах и Кбайтах. 3) Мощность некоторого алфавита равна 64 символам. Каким будет объем информации в тексте, состоящем из 100 символов. Уровень применения: определите свою скорость речи и скорость чтения с точки зрения информатики. Творческий уровень: 1) Наберите   на   домашнем   компьютере   текст,   информационный объем которого равен 2400 байт. 2) Наберите на домашнем компьютере текст, содержащий не нулевое количество символов и информационный объем которого равен нулю. 1213