Методика формування поняття інформації та інформаційної системи.

1.       Вивчення поняття інформації.

2.       Методика вивчення поняття інформаційної системи

3.       Методика навчання учнів роботі на персональному комп'ютері

4.       Вивчення комп‘ютерних мереж.

1.            Вивчення поняття інформації.

Інформація - одне з фундаментальних понять курсу.

Якщо для вивчення понять алгоритму та комп'ютера вже створено певну методику, то, як свідчить практика, поняттю інформації вчителі майже не приділяють уваги. Оскільки за програмою поняття інформа­ції вивчається на перших уроках, то часто в шкільній практиці воно пояснюється формально або зовсім опускається. Крім того, деякі вчите­лі вважають, що курс інформатики повинен починатися не з вивчення теоретичних питань, а з практичної роботи за комп'ютером, і відпо­відно будують шкільний курс. Сьогодні методичною проблемою є також побудова уроків, присвячених формуванню поняття інформації, відсутність відповідної системи завдань та вправ, методичної літера­тури з цього питання.

У більшості навчальних посібників з інформатики багато говорить­ся про комп'ютери, алгоритми, програмні засоби, методи розв'язування задач з використанням комп'ютера, але майже нічого про поняття ін­формації. Тим самим створюється уявлення, що інформація — це дещо очевидне та невизначене, і говорити про це довго і систематично не слід. Разом з тим поняття інформації є ключовим — зв'язує різні теми курсу. Курс інформатики — це насамперед вивчення властивостей інформації, методів і засобів її пошуку, збирання, зберігання, опрацю­вання, подання, передавання, коректного використання.

Процес ознайомлення учнів з поняттям інформації можна поділити на такі етапи:

1.   Введення понять інформації і повідомлення.

2.   З'ясування взаємозв'язків між поняттями інформації і повідом­лення.

3.   Формування уявлень про носії інформації.

4.   З'ясування питань про способи подання інформації.

5.   Формування уявлень про види інформації.

6.   З'ясування питань про оцінювання і вимірювання інформації, про шум та взаємоперетворення інформації і шуму.

7-  Формування уявлень про кодування повідомлень, за допомогою яких передається інформація.

8.   З'ясування властивостей інформації.

9.   Формування уявлень про інформаційні процеси.

Поняття інформації в курсі інформатики є одним із вихідних. На ньому базуються такі поняття інформатики, як знак, знакова система, мова, письмо, повідомлення, алгоритм, інтерпретація повідомлення, подання повідомлень, передавання повідомлень, шум, дезінформація та інші. Ознайомити учнів з поняттям інформації доцільно на перших уро­ках курсу. Це дозволить аргументовано розкрити зміст навчального предмета інформатики, ознайомитись з його завданнями. Основні мето­ди вивчення цього матеріалу — індуктивний за логікою, за джерелами подання інформації — пояснювально-ілюстративний, за ступенем самостійності учнів — репродуктивний. Поняття інформації належить до основних і не визначається через простіші поняття.

Зрештою вчитель повинен пам'ятати, що немає відповіді на запитан­ня — що таке інформація. Інформація — лише одна зі сторін відобра­ження навколишньої дійсності нервовою системою живого організму, свідомістю людини. Тому вводити поняття інформації слід конкретно-індуктивним способом, за допомогою наочних, добре знайомих учням прикладів.

Розглянемо деякі з них.

•   Обмін повідомленнями між людьми здійснюється за допомогою:

а)  світлових сигналів та різних зорових образів;

б)  сукупностей певних знаків (письмо) — книжки, газети, журнали, графічні схеми тощо;

в)  технічних засобів (різні поєднання звукових та світлових сигналів) — радіо, телебачення, телеграф, телефон тощо;

г)  звукових сигналів — мова, музика тощо;

д)  зорових образів — художні твори, кінофільми, відеофільми, графіка тощо.

При цьому одна людина або група людей "породжує”, ство­рює початкові сигнали в певній послідовності, інша — по-своєму сприймає цю сукупність.

•    Обмін відомостями у тваринному світі відбувається також за допомогою звукових і світлових сигналів — крики тривоги, заклику, погрози, зміна забарвлення, запаху, пози тощо.

•    Передавання ознак від клітини до клітини, від організму до організ­му відбувається за допомогою сукупності генів, які зберігають відо­мості про склад, будову та характер обміну речовин в організмі.

•    Обмін сигналами між людиною та автоматом відбувається за допомогою певної сукупності впливів світлових, звукових, елек­тричних та інших сигналів.

Доцільно запропонувати учням до кожного з виділених пунктів навести конкретні приклади та дати відповіді на запитання: скільки об'єктів можна виділити в наведених прикладах? Що характерно для кожного з виділених об'єктів? Який зв'язок існує між об'єктами, про які йдеться? За допомогою яких засобів передають сигнали чи відомості?

Порівнюючи приклади, учні під керівництвом учителя повинні виді­лити в них спільні суттєві та несуттєві ознаки. Суттєві:розглядається як мінімум дві системи. Одна система "породжує” деяку сукупність сигналів, відомостей, впливів; інша — приймає.Несуттєві: спосіб подання сукупності повідомлень; склад (якісний та кількісний) систем, які видають та сприймають сукупність сигналів.

Потім доцільно підвести підсумок: під повідомленням розуміють вплив на нервову систему живого організму деякої сукупності сигналів, подразників, яка може бути подана різними способами залежно від систем, які її видають та сприймають.

Термін "інформація” походить від латинського informacio, що озна­чає роз'яснення, виклад, обізнаність.

Учитель не повинен намагатися дати точне означення цього поняття і записати його. Він лише звертає увагу на те, що інформація є первин­ним і неозначуваним поняттям, та роз'яснює деякі його властивості.

Особливість цього поняття в тому, що воно використовується в усіх без винятку сферах: філософії, природничих і гуманітарних науках, біології, медицині і психології, фізіології людини і тварин, соціології, техніці, економіці, повсякденному житті. Тому конкретне тлумачення елементів, які пов'язані з поняттям "інформація”, залежить від методів конкретної науки, мети дослідження, конкретної ситуації, моменту часу або просто від життєвого досвіду людини чи навіть її психічного стану.

Інформацію з навколишнього середовища людина сприймає орга­нами чуття.

1)  органи зору (світле, темне, червоне, жовте, яскраве тощо);

2)  органи слуху (окремі звуки, музика, голос людини, шум вітру, плюскіт води, гудіння мотора, голоси тварин та птахів тощо);

3)  органи нюху (запахи містять інформацію про їх джерела та характер цих джерел);

4)  органи дотику (відомості  про температуру тіла, шорсткість поверхонь, жорсткість матеріалу, щільність речовини та  інші властивості деякого предмета людина може здобути, доторкаючись до предмета безпосередньо або за допомогою деяких при­ладів, оцінити його вагу тощо);

5)  інформацію про смакові якості тих чи інших речовин (гірке, кис­ле, солодке, солоне тощо) людина одержує через органи смаку;

6)  інформацію про склад речовини — в результаті хімічних аналі­зів, взаємодії речовин з навколишнім середовищем тощо.

Доцільно запропонувати учням самостійно навести приклади об­міну інформацією між людьми, одержання інформації людиною з навколишнього середовища, при цьому доцільно ставити запитання про способи подання та передавання інформації від дорослих до дітей в процесі гри, харчування, навчання; навести приклади засобів збе­рігання та передавання інформації (навколишнє середовище, різні тех­нічні засоби, книжки, кінофільми, магнітні стрічки, телеграф, пошта тощо) і способів подання і передавання інформації, способів аналізу вхідних даних і синтезу на основі аналізу нової інформації, нових знань про навколишній світ.

Навчальні задачі з цієї теми в основному повинні сформувати від­ношення до поняття інформації як до поняття, яке лежить в основі сучасної інформаційної картини світу, хоч і не має точного означення.

Вивчення цієї теми, відповідні цілі і завдання потребують обго­ворення з учнями можливих проявів дійсності, відповідного проблем­ного діалогу. Основна мета — сформувати в учнів поняття, найбільш адекватне науковому сприйманню та поясненню реалій навколишнього світу.

Учителеві доцільно добирати нерепродуктивні запитання та завдан­ня, наприклад, такі:

1.   Чи є для вас інформацією повідомлення, які містяться в Амери­канській національній науковій бібліотеці? Чому?

2.   Чи є інформацією нерозшифровані послання? Чому?

3.   Чи одержуєте ви інформацію при повторному читанні книжки, підручника?

4.   Чи однаково багато інформації в пачках по 100, 1000, 10000 одних і тих самих книжок? Одних і тих самих оголошень?

Такі завдання сприяють кращому розумінню учнями того факту, що означення поняття інформації не існує і взагалі немає відповіді на запи­тання — що таке інформація. Пошук відповідей на подібні запитання потребує дискусій і, як правило, проходить у вигляді проблемного діалогу. Розгляд таких завдань має не лише світоглядне значення, а й суттєву і важливу прикладну спрямованість, оскільки формує вміння працювати з поняттями.

Таким чином, поняття інформації і повідомлення доцільно ввести на деяких конкретних прикладах, не намагаючись дати означення.

Інформація і повідомлення. Поняття про шум

Важливо, щоб учні зрозуміли на інтуїтивному рівні відмінність між поняттями інформації і повідомлення.

Інформацію передають за допомогою повідомлень.

Повідомлення передають за допомогою послідовності сигналіввід джерела до приймача інформації. Середовище, через яке здійснюється передавання сигналів від джерела до приймача, називають каналом зв'язку.

Повідомлення можуть бути усними, письмовими чи організованими якимось іншим чином. Прикладами повідомлень є: показання вимі­рювального пристрою, дорожні знаки, текст телеграми, розповідь опо­відача, відповідь учня тощо.

Учителеві доцільно звернути увагу учнів на те, що не існує взаємно-однозначної відповідності між інформацією і повідомленням: одну і ту саму інформацію можна передати за допомогою різних повідомлень. І навпаки, одне і те саме повідомлення може нести різну інформацію залежно від того, якінтерпретують (тлумачать) повідомлення різні люди чи одні й ті самі люди за різних обставин, щодо якого предмета (властивостей) досліджується той чи інший об'єкт (явище природи) деякимсуб'єктом (людиною). Це твердження вчителеві необхідно пояс­нити за допомогою достатньої кількості наочних прикладів.

• Про місце, де дозволяється переходити вулицю пішоходам, можна повідомити написом на спеціальному щиті "Перехід”, або пофарбувавши місце переходу на дорозі білими смугами, або встановивши спеціальний дорожній знак.

• Слова "хороша погода” можуть означати і сонячну погоду, і дощову, і теплий літній день, і морозний зимовий. Слова "най­краща пора року” для одних людей можуть означати весну, для інших осінь, ще для інших — літо або зиму.

• Слово "голова” може означати реальну голову людини чи твари­ни або зображення голови, або людину, якщо це голова зборів, або мати значення, як у виразі "хліб — усьому голова”.

• Кивок головою згори донизу в українців є знаком згоди, а в болгарів — знаком заперечення.

• Оливова гілка — знак миру.

Разом з тим учні повинні розуміти, що є ціла низка різноманітних повідомлень, команд, вимог, правил вуличного руху, правил техніки безпеки, правил поведінки, моралі, етики, законів суспільного життя, стосовно яких розбіжність тлумачень і відповідної поведінки дуже небажана, а часто і неприпустима.

Оскільки кожна людина в одному і тому самому повідомленні бачить свою інформацію, по своєму його тлумачить, то краще говорити про носії повідомлень, а не про носії інформації, оскільки інформація в одному і тому самому повідомленні може бути різна.

Особливої уваги потребує поняття шуму. Необхідно, щоб учні зро­зуміли такі положення:

1.   Якщо повідомлення не несе корисної інформації, тоді воно несе шум.

2.   Інформація може перетворюватися на шум, і навпаки, шум може перетворюватись на інформацію.

Засвоїти ці положення учням допоможуть приклади.

•    Досить часто різні розповіді про ліки та відповідні оголошення і описи на телебаченні, радіо, на рекламних щитах не приверта­ють уваги глядача і не несуть для нього корисної інформації, тоб­то несуть шум. Однак, може трапитись, що багато разів бачене оголошення чи опис раптом приверне увагу глядача і він знайде в ньому корисну інформацію, наприклад в описах ліків в разі за­хворювання. В такий спосіб шум перетворюється на інформацію. Після цього це повідомлення знову перестане нести корисну для глядача інформацію: інформація знову перетворюється на шум.

•    Якщо кілька разів повідомляється про одну і ту саму таємницю, то перше повідомлення несе інформацію, а наступні такі пові­домлення для однієї і тієї самої людини — шум. У такий спосіб інформація перетворюється на шум.  Навпаки, якщо якомусь повідомленню спочатку не надавали значення і вважали, що воно не несе корисної інформації, а пізніше в цьому повідомленні виявили корисну інформацію, то в такий спосіб шум перетво­рюється на інформацію.

Доцільно зауважити, що з'ясування сутності всіх зазначених понять та термінів потребує наведення значної кількості прикладів. Причому, як свідчить практика, приклади повинні бути наочними, тобто вчителю потрібні відповідні малюнки або, для підвищення мотивації та інтересу учнів, можна зробити з потрібних малюнків комп'ютерну презентацію за допомогою засобів типу MicroSoftPower Point та запропонувати учням, переглянувши її, зробити відповідні висновки.

Способи подання інформації

На наступному етапі ознайомлення учнів з поняттям інформації доцільно ввести поняття мови. Розповідь учителя можна побудувати так.

Поняття мови не обмежується випадком спілкування між людьми, воно використовується і у випадку порівняно високо розвинених форм спілкування між іншими живими істотами. Так, можна говорити про мову орієнтації бджіл, мову спілкування птахів, звірів (крики тривоги, заклику і загрози, різноманітні рухи, пози тощо).

Можливість переходу від одного способу подання інформації до іншого необхідно проілюструвати на конкретних прикладах. Подання однієї і тієї самої інформації за допомогою різних наборів символів та переходу від одного набору до іншого, наприклад від текстового пові­домлення до графічного тощо.

Важливим є розуміння того, від чого залежить подання інформації саме обраною мовою і в яких випадках одне і те саме повідомлення подається різними мовами.

Як правило, подання повідомлення добирається так, щоб його пе­редавання було якомога швидшим і надійнішим, а його опрацювання було якомога зручнішим для адресата. Тому часто до текстів додають уточнюючі малюнки, схеми, фотографії, і навпаки, до малюнків, схем, фотографій — пояснювальні тексти.

Важливо також, щоб повідомлення за можливості було коротшим, тобто його можна було якомога швидше прийняти і опрацювати, і, ра­зом з тим, за його допомогою можна було передати якомога більше ін­формації. До такого типу повідомлень відносяться, як правило, графічні образи з відповідними короткими текстовими поясненнями — геогра­фічні карти, схеми, креслення, таблиці, діаграми, спеціальні коди тощо.

Носії повідомлень

З поняттям носіїв повідомлень учні зустрічаються протягом освоєн­ня всієї практичної частини шкільного курсу інформатики. При цьому доцільно описово ввести поняття носія повідомлень, звернути увагу учнів на існування довгоіснуючих і недовгоіснуючихносіїв повідомлень та окремо виділити носії, які використовуються при роботі з комп'ю­терною технікою.

Важливо, щоб учні розуміли, що виникнення поняття носія повідом­лень спричинилося необхідністю зберігати та передавати інформацію між людьми на відстані та через різні проміжки часу, навіть між дале­кими поколіннями людей. Необхідність передавання і зберігання пові­домлень виникла давно — відколи існують люди. Колись повідомлення зберігали на камінні — наскальні малюнки, клинописи тощо.

Учитель може побудувати мотивацію введення поняття носія пові­домлень таким чином.

Зростаючі потоки повідомлень, необхідність зберігання їх у великих обсягах сприяли розробці і застосуванню носіїв повідомлень, що забез­печують можливість довготривалого їх зберігання в досить компактній формі. Носій — фізичне середовище, в якому зберігаються повідомлення. Прикладами носіїв для тривалого зберігання повідомлень можуть бути: камінь, дерев'яна чи металева поверхня, папір, фото- і кіноплівка, магнітна, аудіо- та відеоплівка, магнітні та оптичні диски тощо.

Особливе значення має подання повідомлень надовгоіснуючих носіях. Таке подання називають письмом.Прикладом може бути послі­довність друкованих чи рукописних знаків, що сприймаються зором, письмо, що сприймається на дотик сліпими. Фіксація зображень, наприклад в кіно, також є письмом. Листи і газети — один із найдавні­ших прикладів передавання інформації через записи на довгоіснуючих носіях. Сьогодні, крім паперових та інших поверхонь, для подання повідомлень використовують магнітні плівки і диски, світловідбиваючі поверхні (лазерні диски), електронні схеми та інші пристрої.

Прикладами повідомлень на недовгоіснуючих носіях є повідомлен­ня, що передаються телефоном, жестами.

Носії інформації можна розрізняти не тільки за матеріалом, із якого вони виготовлені, а й за способом їх виготовлення (наприклад, руко­писні, машинописні), за специфікою призначення (мікрофотокопії, креслення, книги для сліпих, надруковані шрифтом Брайля).

Для засвоєння поняття носія повідомлень доцільно запропонувати вправи на визначення носія повідомлень при різних способах їх подання, передавання і зберігання: задача з математики, картина, опера, радіопередача, телевізійна передача, аромат квітки, смак лимону тощо.

Слід мати на увазі, що поняття носія повідомлень є важким для учнів, особливо, якщо мається на увазі не матеріальний предмет, а наприклад, хвиля (електромагнітна, акустична), стан речовини тощо.