Кодирование и количество информации

Пояснительная записка.

В новом тысячелетии мы вступили в эпоху, которую в противовес уходящей «индустриальной» называют «информационной».

Новое время ставит перед школьным образованием новую проблему – подготовить учеников к жизни и профессиональной деятельности в высокоразвитой информационной среде, к возможности получения дальнейшего образования с использованием современных информационных технологий обучения.

Задачей учителя на уроках информатики является сформировать у ученика информационную компетентность – одного из основных приоритетов в современном общем образовании, который носит общеучебный и общеинтеллектуальный характер. Это понятие включает в себя целостное миропонимание и научное мировоззрение, которое основано на понимании возможности математического описания единства основных информационных законов в природе и обществе, и преобразование в практике информационных объектов с помощью средств информационных технологий, и этические, правовые нормы поведения людей в информационной среде.

Данные методические разработки уроков предназначены для преподавания уроков «Информатика и ИКТ» в 8 классе. Учебник для 8 класса Угринович Н.Д. «Информатика и ИКТ. Базовый курс», Москва, БИНОМ, Лаборатория знаний, 2007 год.

Раздел программы «Информация и информационные процессы».

Урок № 1.

Тема урока: Кодирование информации.

Комбинированный урок. Игровая технология.

Урок № 2.

Тема урока: Количество информации.

Комбинированный урок. Работа в парах.

---

Урок № 1. Кодирование информации.

Цели урока:

• формировать понимание процесса обмена информацией;
• учить работать со знаком и образом, как носителями информации.

Задачи урока:

• Воспитательная – развитие познавательного интереса, логического мышления.
• Учебная – знакомство с различными видами кодирования информации.
• Развивающая – развитие алгоритмического мышления, памяти, внимательности.

Требования к знаниям и умениям:

• Учащиеся должны знать: что такое кодирование, декодирование, основные способы кодирования текста.
• Учащиеся должны уметь: кодировать информацию; восстанавливать информацию по её кодовому представлению.

Ход урока

Проверка домашнего задания.

Ученики поочерёдно рассказывают об использовании компьютеров в профессиональной деятельности родственников. Необходимо выслушать несколько учеников. Учитель акцентирует внимание на интересных моментах в рассказах, технических новинках, особенностях применения компьютера (10 минут).

При наличии времени и интереса у учащихся можно продолжить обсуждение этого вопроса на следующих уроках.

Актуализация знаний.

Фронтальный опрос.

Учитель: Давайте вспомним: Что такое информация?

Ответ: Это сведения, знания, получаемые нами из окружающего мира. Это основное понятие науки информатика.

Учитель: Какие процессы называются информационными?

Ответ: информационные процессы – это процессы создания, передачи, обработки и хранения информации.

Учитель: Каким образом человек получает информацию?

Ответ: С помощью органов чувств.

Учитель: А как передаёт человек информацию?

Ответ: С помощью записей, рисунков, кодов, … С помощью естественных (русский язык) и формальных (язык математики, физики, …) языков.

Изложение нового материала.

Учитель: Представьте на компьютерах с помощью графического редактора PAINT следующую информацию: нахождение площади прямоугольника, правила дорожного движения (3–4 минуты).

Возможные представления:

– нахождение площади прямоугольника:

5 см2, это произведение длин измерений прямоугольника, S=a*b, …

– правила дорожного движения:

проезд запрещён, ...

По завершению работы учащимся предлагается проанализировать их результаты.

Ученик: Мы видим, что каждый представил информацию своим способом – рисунком, описанием, формулой, числом.

Учитель: Мы представили информацию в разных формах или преобразовали
её из одной формы в другую, мы информацию кодировали.

Кодирование информации – процесс формирования определённого представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки. Обратное преобразование называют декодированием.

Учитель: Как вы считаете, зачем кодируют информацию?

Ответ: Сокращение записи, засекречивание (шифровка информации), удобство обработки и т.п.

Учитель: Значит, способ кодирования зависит от цели, ради которой оно осуществляется. Чаще всего кодированию подвергаются тексты на естественном языке. Существуют три способа кодирования текста:

• графический – с помощью специальных рисунков и значков;
• числовой – с помощью чисел;
• символьный – с помощью символов того же алфавита, что и исходный текст.

Полный набор символов, используемый для кодирования текста, называется алфавитом или азбукой.

Закрепление изученного материала.

Учитель: Представим, что вы – группа разведки. Вам дано задание: кто быстро и верно кодирует и декодирует информацию. Первые двое преуспевшие в этом задании будут докладывать в штабе (работа у доски).

Учащиеся получают карточки с заданием.

Карточка «Кодирование информации».

1. Мальчик заменил каждую букву своего имени её номером в алфавите. Получилось 4 6 15 1. Как зовут мальчика? (Гена).

2. Задано правило кодирования: после каждой гласной буквы вставляется буква А, а после согласной – Т.

Расшифруйте слова: ИАНТФТОАРТМТААТТИАКТАА, ПТРТИАНТТТЕАРТ. (ИНФОРМАТИКА, ПРИНТЕР).

• Дана кодировочная таблица (первая цифра кода – номер строки, вторая – номер столбца):

	0	1	2	3	4	5	6	7	8
0	А	Б	В	Г	Д	Е	Ё	Ж	З
1	И	Й	К	Л	М	Н	О	П	Р
2	С	Т	У	Ф	Х	Ц	Ч	Ш	Щ
3	Ъ	Ы	Ь	Э	Ю	Я	_	.	,
4	?	:	;	-	«

Используя эту таблицу, расшифруйте текст:

26211640360304054036121603040040. (Что?_Где?_Когда?).

4. С помощью кодировочной таблицы из задания 3 зашифруйте фразу:

Я УМЕЮ РАБОТАТЬ С ИНФОРМАЦИЕЙ.

5. Дана кодовая таблица азбуки Морзе:

А · -	Д - · ·	И · ·	М - -	Р · - ·	Ф · · - ·	Ш - - - -	Ь - · · -
Б - · · ·	Е ·	Й · - - -	Н - ·	С · · ·	Х · · · ·	Щ - - · -	Э · · - · ·
В · - -	Ж · · · -	К - · -	О - - -	Т -	Ц - · - ·	Ъ · - - · - ·	Ю · · - -
Г - - ·	З - - · ·	Л · - · ·	П · - - ·	У · · -	Ч - - - ·	Ы - · - -	Я · - · -

Расшифруйте (декодируйте), что здесь написано (буквы отделены друг от друга пробелами):

- -

- - -

· - · ·

- - -

- · ·

- · - ·

- · - -

(молодцы)

Первые два, выполнивших работу, ученика переносят свои ответы на закрытую доску, после чего одновременно представляют свои результаты на обсуждение классу.

Итоги урока. При верном выполнении задания ученики у доски получают оценку «5».

Домашнее задание.

• прочитать с. 19–26, ответить устно на контрольные вопросы;
• придумать свой шифр и с его помощью зашифруйте своё имя и фамилию (оформить на альбом листе).

---

Урок № 2. Количество информации.

Цели урока:

• ввести понятия «количество информации»;
• учить находить количество информации.

Задачи урока:

•  Воспитательная – развитие познавательного интереса, логического мышления.
•  Учебная – знакомство с понятием «количество информации», единицами измерения информации, формулой нахождения количества информации.
•  Развивающая – развитие алгоритмического мышления, памяти, внимательности.

Требования к знаниям и умениям:

• Учащиеся должны знать: единицы количества информации.
• Учащиеся должны уметь: определять количество информации.

Ход урока

Проверка домашнего задания.

Конкурс «Самый трудный код». Ученики, которые придумали свои коды, демонстрируют их на доске. Итоги подводятся на следующем уроке.

Актуализация знаний.

Учитель: Вы можете передать другу килограмм конфет, получить у продавца 5 штук карандашей. А как получить или передать некоторое количество информации?

Ответ: Необходимо знать количество информации.

Изложение нового материала.

Учитель: Количество информации, заключённое в сообщении, определяется объёмом знаний, который это сообщение несёт получающему его человеку. Сообщение содержит информацию для человека, если заключённые в нём сведения являются для этого человека новыми и понятными и, следовательно, пополняют его знания.

При содержательном подходе возможна качественная оценка информации: полезная, безразличная, важная, вредная… Одну и ту же информацию разные люди могут оценить по разному.

Процесс познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний. Получение новой информации приводит к расширению знаний или, как иногда говорят, к уменьшению неопределённости знания. Если некоторое сообщение приводит к уменьшению неопределённости нашего знания, то можно говорить, что такое сообщение содержит информацию.

Например, после сдачи зачётной работы вы мучаетесь неопределённостью – зачёт или незачёт. Наконец, учитель объявляет результаты, и вы получаете одно из двух информационных сообщений: «зачёт» или «незачёт», которое приводит к уменьшению неопределённости вашего знания в два раза.

Количество информации можно рассматривать как меру уменьшения неопределённости знания при получении информационных сообщений.

Данный подход к информации позволяет количественно измерять информацию.

Существует формула, которая связывает между собой количество возможных информационных сообщений N и количество информации I, которое несёт полученное сообщение: N=2I (1). Формулу учащиеся записывают в тетрадь.

Для количественного выражения любой величины необходимо сначала определить единицу измерения. Так, для измерения длины в качестве единицы выбран метр, для измерения массы – килограмм. За единицу количества информации принимается такое количество информации, которое содержится в информационном сообщении, уменьшающем неопределённость знания в два раза. Такая единица называется битом. Бит – минимальная единица измерения количества информации.

В компьютере информация кодируется с помощью двоичной знаковой системы, и поэтому в кратных единицах измерения количества информации используется коэффициент 2n.

1 байт = 8 битов = 23 битов.

1 килобайт (Кбайт) = 210 байт = 1024 байт

1 мегабайт (Мбайт) = 210 Кбайт = 1024 Кбайт

1 гигабайт (Гбайт) = 210 Мбайт = 1024 Мбайт

Единицы измерения информации учащиеся записывают в тетрадь.

Задача: Представьте себе, что вы управляете движением робота и можете задавать направление его движения с помощью информационных сообщений: «север», «северо-восток», «восток», «юго-восток», «юг», «юго-запад», «запад», «северо-запад». Какое количество информации будет получать робот после каждого сообщения?

Решение: Всего возможных информационных сообщений N=8, поэтому, применяя формулу (1), получаем уравнение относительно I: 8 = 2I. Зная, что 8=23, получаем 23=2I. Равенства левой и правой частей уравнения справедливо, если равны показатели степени числа 2. таким образом, I = 3 бита, т.е. количество информации, которое несёт роботу каждое информационное сообщение, равно 3 битам.

Для решения задач будем использовать таблицу значений степени n с основанием 2.

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
2n	2	4	8	16	32	64	128	256	512	1024

Закрепление изученного материала.

Учитель: Предлагаю вашему вниманию 5 задач, которые вы решаете самостоятельно в течение 10–12 минут. После выполнения меняетесь тетрадями с соседом по парте – взаимно проверяете решения и выставляете оценку своему соседу (за верно решённую задачу – 1 балл).

Учащиеся получают карточки с заданием.

Карточка «Количество информации».

1. Дайте следующим сообщениям оценки «важная», «полезная», «безразличная», «вредная» информация:

• сейчас идёт дождь;
• занятия факультатива по информатике проводятся каждый вторник;
• завтра будет контрольная работа по химии;
• чтобы родители не узнали про двойку, надо вырвать страницу из дневника;
• лёд – это твёрдое состояние воды;
• Юрий Гагарин – первый космонавт;
• номер телефона скорой помощи 03.

2. «Вы выходите на следующей остановке?» – спросили человека в автобусе. «Нет», – ответил он. Сколько информации содержит ответ? (1 бит).

3. В корзине лежит 8 шаров. Все шары разного цвета. Сколько информации несёт сообщение о том, что из корзины достали красный шар? (3 бита).

4. Была получена телеграмма: «Встречайте, вагон 7». Известно, что в составе поезда 16 вагонов. Какое количество информации было получено? (4 бита).

5. В школьной библиотеке 16 стеллажей с книгами. На каждом стеллаже 8 полок. Библиотекарь сообщил Пете, что нужная ему книга находится на пятом стеллаже на третьей сверху полке. Какое количество информации библиотекарь передал Пете? (7 битов).

При проверке выполненной работы решения задач демонстрируются на доске.

Итоги урока. Каждый учащийся получает оценку за решение задач.

Домашнее задание.

• прочитать с. 27–33, ответить устно на контрольные вопросы.
• выполнить в тетради задания для самостоятельного выполнения с. 29 № 1.4, 1.4; с. 30 № 1.5, 1.6, 1.7.
• творческое задание – составить кроссворд «Количество информации» (10–12 слов).

Список литературы:

1. Учебник для 8 класса Угринович Н.Д. «Информатика и ИКТ. Базовый курс». – М.: БИНОМ; Лаборатория знаний, 2007.
2. Информатика. Задачник-практикум в 2 т. / Л.А.Залогова, М.А.Плаксин, С.В. Русаков и др. ; под ред. И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера: Том 1. – 3-е изд., испр. – М.: БИНОМ; Лаборатория знаний, 2006.