Методические рекомендации определения понятия информации и информационные процессы

Изучаемые вопросы

- Чем является информация для человека.

- Декларативные и процедурные знания (информа­ция).

- Три типа информационных процессов.

- Роль органов чувств человека в процессе восприя­тия им информации.

- Естественные и формальные языки.

Основные содержательные и методические пробле­мы изучения всего материала связаны с проблемой определения понятия «ин­формация». Информация — фундаментальное понятие науки, поэтому определить его исчерпывающим образом через какие-то более простые понятия невозможно. В базовом курсе рассматри­ваются два различных подхода к информации:

- субъективный подход, при котором информация рассматривается с точки зре­ния ее роли в жизни и деятельности человека. С этой позиции информация — это знания, сведения, кото­рыми обладает человек, которые он получает из окру­жающего мира.

- кибернетический подход. С этой точки зрения информация — это содер­жание последовательностей символов (сигналов) из не­которого алфавита. В таком случае все три вида инфор­мационных процессов (хранение, передача, обработка) сводятся к действиям над символами.

При изучении материала следует отталкивать­ся от интуитивных представлений об информации, имеющихся у детей. Целесообразно вести беседу в фор­ме диалога, задавая ученикам вопросы, на которые они в состоянии ответить. Не следует сразу требовать от них определения информации, но подвести их к этому определению с помощью понятных вопросов вполне возможно.

Учитель вместе с учениками при­ходит к определению: информация для человека — это знания, которые он получает из различных источни­ков. Далее на многочисленных знакомых детям приме­рах следует закрепить это определение.

Разговор переходит к теме анализа человеческих знаний. Предлагается один из вариан­тов классификации знаний: деление знаний (и, следо­вательно, информации) на декларативные и процедур­ные. Здесь достаточно добиться от учеников умения приводить примеры того и другого типа знаний, испо­льзуя схему: «Я знаю, что...» (декларативные знания) и «Я знаю, как...» (процедурные знания). Учителю следует понимать, какое продолжение имеет этот вопрос в дальнейшем содержании базового курса. Когда речь пойдет об информации в компьюте­ре, то ученики узнают, что вся она делится на данные и программы. Данные можно отнести к информации де­кларативного типа, программы — к процедурной ин­формации.

При формировании понятия информация и знания используется понятие «сообще­ние», интуитивно понятное ученикам. Сообщение — это информационный поток, который в процессе передачи информации поступает к приемнику.

Вопрос об информативности сообщения следует об­суждать на примерах, предлагаемых учителем и уче­никами. Правило: информативным назовем сообщение, которое пополняет знания человека, то есть не­сет для него информацию. Для разных людей одно и то же сообщение с точки зрения его информативности мо­жет быть разным. Информативно то сообщение, которое содержит новые и понятные сведения.

Обсуждая проблему восприятия человеком ин­формации из внешнего мира, нужно обратить внима­ние учеников на то, что человек обладает множеством каналов, по которым в его мозг (память) поступает ин­формация. Эти каналы — наши органы чувств. Их пять: зрение, слух, вкус, обоняние, осязание. Если роль первых двух для восприятия информации оче­видна, то для понимания того, что вкусовые и осязате­льные ощущения, запахи также являются источника­ми информации, требуется пояснение. Объяснение этому следующее: мы помним запахи знакомых пред­метов, вкус знакомой пищи, на ощупь узнаем некото­рые вещи. Но то, что мы помним — хранится в нашей памяти. Значит, это тоже наши знания, а стало быть — информация.

Понятие об языке, как некотором знаковом (сим­вольном) способе представления информации также является одним из фундаментальных в информатике. Впервые встречаясь с этим понятием в базовом курсе, следует систематизировать представления учеников, разделив языки на естественные и формальные. Языковая форма представления информации — это последовательности знаков, сигналов (звуков). Но не всякую информацию, с которой имеет дело человек, можно свести к знакам. Не углубляясь в эти очень сложные вопросы, находящиеся на стыке информати­ки, физиологии, психологии и других наук, принима­ем следующее допущение: всякую информацию, не сводящуюся к символьной форме, будем называть об­разной, которая воспринимается всеми органами чувств человека.

Фундаментальное понятие информатики — ин­формационные процессы. Следует дать понять учени­кам, что какую бы сложную работу с информацией не выполнял человек, она сводится к трем составляющим: хранению, передаче, обработке. Объяснение этих во­просов также можно проводить в форме диалога. Сле­дует отталкиваться от жизненного опыта учеников, их школьной практики. Ключевыми понятиями здесь яв­ляются: память, носители информации, источник ин­формации, приемник информации, канал связи. При обсуждении различных вариантов обработки информа­ции следует обратить внимание учеников на то, что об­работка всегда происходит по определенным правилам, которые сами являются информацией (процедурной).

Во многих учебниках информатики рассматривается вопрос о роли информации для чело­века, о взаимодействии человека и информации. Обычно такие разделы носят названия «Информация вокруг нас», «Человек и информация». В ней реализуется еще одна цель: описать информацион­ную функцию человека, то есть рассмотреть человека как высокоразвитую «биологическую информационную машину».

Методические подходы к измерению информации. Основные цели: Познакомить учащихся с методом измерения информации в символьном сообщении. Ввес­ти понятие алфавита, мощности алфавита. Научить де­тей вычислять количество информации, заключенное в тексте, составленном из символов определенного алфа­вита. Ввести основные единицы измерения информа­ции, установить связь между ними.

Изучаемые вопросы.

□ Что такое алфавит, мощность алфавита.

□ Представление о двоичном алфавите.

□ Что такое информационный вес символа в алфавите.

□ Что такое бит, байт, килобайт, мегабайт.

□ Как измерить информацию.

Речь идет об измерении ко­личества информации в тексте (символьном сообще­нии), составленном из символов некоторого алфавита. Алфавитный подход — это единствен­ный способ измерения информации, который может применяться по отношению к информации, циркулиру­ющей в информационной технике, в компьютерах. Опорным в этой теме является понятие алфави­та — конечного множества символов, используемых для представления информации. Число символов в ал­фавите называется мощностью алфавита.

В рассматриваемом приближении количество информации, которое несет в тексте каждый символ, вычисляется из уравнения Хартли: 2ⁱ = N, где N — мощность алфавита. Величину i можно назвать инфор­мационным весом символа. Если данная тема изучает­ся в 7 классе, то возникает методическая проблема, связанная с тем, что ученики еще не знакомы из курса математики с операцией возведения в степень. Водится определение операции возведения в целую степень, как многократного умно­жения числа самого на себя.

Полезно обсудить с учениками следующий во­прос: какова минимальная мощность алфавита, с помо­щью которого можно записывать (кодировать) инфор­мацию? Предположим, что используемый алфавит состоит всего из одного символа, например, «1». Интуитивно понятно, что сообщить что-либо с помощью единствен­ного символа невозможно. Но это же доказывается строго с точки зрения алфавитного подхода. Информа­ционный вес символа в таком алфавите находится из уравнения: 2ⁱ= 1. Но поскольку 1 = 2ⁱ, то отсюда следу­ет, что i = 0 битов. Полученный вывод можно проиллю­стрировать следующим образным примером. Предста­вьте себе толстую книгу в 1000 страниц, на всех стра­ницах которой написаны одни единицы (единственный символ используемого алфавита). Сколько информа­ции в ней содержится? Ответ: нисколько, ноль. При­чем такой ответ получается с любой позиции, как с со­держательной, так и с алфавитной.

Определение единицы измерения информации — бита дается в связи с введе­нием представления о двоичном алфавите: один символ двоичного алфавита несет 1 бит информации.

Вводится дополнительные единицы измере­ния информации. Следует обратить внимание учени­ков на то, что в любой метрической системе существу­ют единицы основные (эталонные) и производные от них. Например, основная физическая единица дли­ны — метр. Но существуют миллиметр, сантиметр, ки­ллометр. Так же обстоит дело и с измере­нием информации. 1 бит — это исходная единица. Следующая по величине единица — байт. Байт вводится как информационный вес символа из алфавита мощно­стью 256. Поскольку 256 =2⁸, то 1 байт = 8 битов.

Количество информации во всем тексте (I), со­ стоящем из К символов, равно произведению информа­ционного веса символа на К: I = i x К. Эту величину можно назвать информационным объемом текста. Та­кой подход к измерению информации еще называют объемным подходом.

Представляя ученикам более крупные единицы из­мерения информации: килобайт, мегабайт, гигабайт, следует обратить их внимание на то, что мы привыкли приставку «кило» воспринимать, как увеличение в 1000 раз. В информатике это не так. Килобайт больше байта в 1024 раза, а число 1024=2¹⁰.