Урок информатики "Подходы к понятиям информации и измерение информации. Информационные объекты различных видов"

Метод обучения: объяснительно - иллюстративный.

Тип урока: изучение нового.

Формы учебной работы студентов:

фронтальная работа,

работа в группах,

индивидуальная работа.

Цели:

образовательные – дать понятие количества информации, познакомить с содержательным и алфавитным подходом при определении количества информации, познакомить с единицами 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.

Студенты должны знать:

что такое “алфавит”, “мощность алфавита”, “алфавитный подход в измерении информации”, “содержательный подход в измерении информации”;

как измерить информационный объём;

как определяется единица измерения информации бит;

что такое байт, килобайт, мегабайт, гигабайт, терабайт.

Студенты должны уметь:

приводить примеры сообщений, несущих 1 бит информации;

измерять информационный объем текста;

представлять количество полученной информации в различных единицах (битах, байтах, килобайтах, мегабайтах, гигабайтах, терабайтах).

Оборудование:

доска,

мультимедийная установка,

компьютеры,

электронно - образовательная библиотека.

стенды с тематической информацией,

Программное обеспечение: PowerPoint,

Дидактические карточки с домашним заданием.

Основные понятия: алфавит, мощность алфавита, информационный вес символа в алфавите, производные единицы измерения информации.

Ход урока:

1. Организационный этап (приветствие, определение отсутствующих на уроке, готовность учащихся к уроку) (1 мин. )

2. Проверка домашнего задания, активизация знаний (5 мин. )

 - Дома Вы рисовали ребусы, изображая компьютерные термины: информация, алфавит, свойства, графика, текст. Давайте посмотрим на ваши работы и вспомним, что означают главные понятия Главы 1.

3. Объяснение нового материала (см. мультимедийную презентацию)

(10 мин. )

 1. Сегодня мы с вами поговорим об измерении информации, т. е. об определении ее количества. (Студенты записывают тему урока в тетрадь – «Подходы к понятиям информации и измерение информации. Информационные объекты различных видов»)

Мы с вами говорили о том, что в основе нашего мира лежат три составляющие – вещество, энергия и информация.

 - Можно ли измерить вещество? (можно взвесить, определить длину, найти объем и т. д. )

 - Можно ли определить количество энергии? (можно тепловую, электроэнергию и т. д. )

Процесс познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний.

Как же узнать, много получено информации или нет?

Необходимо измерить объём информации. А как это сделать мы сегодня узнаем.

Получение новой информации приводит к расширению знаний или, как иначе можно сказать, к уменьшению неопределённости знания.

Если некоторое сообщение приводит к уменьшению неопределённости нашего знания, то можно сказать, что такое знание содержит информацию(рисунок 1).

Для измерения различных величин существуют эталонные единицы измерения.

Например:

Расстояние измеряют в миллиметрах, сантиметрах, дециметрах…

Массу измеряют в граммах, килограммах, тоннах…

Время измеряют в секундах, минутах, сутках, годах…

Следовательно, для измерения информации должна быть введена своя эталонная единица.

 - Но как измерить количество информации?

Количество информации в одном том же сообщении, с точки зрения разных людей, может быть разным. Пример, для человека, не владеющего китайским языком, вывеска на китайском языке не несёт никакой информации. Информативным для человека является то сообщение, которое содержит новые и понятные сведения.

 Задание № 1. Определите количество информации с позиции «информативно» или «не информативно».

Столица России – Москва (не инф. , т. к. уже знаем).

Сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы (не инф. , уже знаем).

Эйфелева башня имеет высоту 300 метров и вес 9000 тонн (инф. ).

Дифракцией света называется совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и наблюдаются при его распространении в среде с резко выраженной оптической неоднородностью (не инф. , т. к. непонятно).

Следует отличать понятия информация и информативность.

 - Содержит ли учебник физики 8 класса информацию? (да)

 - Для кого он будет информативным – для ученика 8 класса или 1 класса? (для ученика 8 класса)

Вывод: количество информации зависит от информативности.

Информативность можно обозначить 1, не информативная информация равна 0. Но это не даёт точного определения количества информации.

Весь материал – смотрите документ.

Конспект урока по информатике

"Подходы к понятиям информации и измерение информации. Информационные объекты различных видов»

Акопян Эльза Владимировна

Преподаватель информатики и ИКТ

Тема: «Подходы к понятиям информации и измерение информации. Информационные объекты различных видов»

Информация. Информационные объекты различных видов. Основные информационные процессы: хранение, передача и обработка информации. Роль информации в жизни людей.

Восприятие, запоминание и преобразование сигналов живыми организмами.

Понятие количества информации: различные подходы. Единицы измерения количества информации.

Метод обучения: объяснительно-иллюстративный.

Тип урока: изучение нового.

Формы учебной работы студентов:

фронтальная работа,

работа в группах,

индивидуальная работа.

Цели:

образовательные – дать понятие количества информации, познакомить с содержательным и алфавитным подходом при определении количества информации, познакомить с единицами 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.

Студенты должны знать:

• что такое “алфавит”, “мощность алфавита”, “алфавитный подход в измерении информации”, “содержательный подход в измерении информации”;

• как измерить информационный объём;

• как определяется единица измерения информации бит;

• что такое байт, килобайт, мегабайт, гигабайт, терабайт.

Студенты должны уметь:

• приводить примеры сообщений, несущих 1 бит информации;

• измерять информационный объем текста;

• представлять количество полученной информации в различных единицах (битах, байтах, килобайтах, мегабайтах, гигабайтах, терабайтах).

Оборудование:

• доска,

• мультимедийная установка,

• компьютеры,

• электронно-образовательная библиотека.

• стенды с тематической информацией,

• Программное обеспечение: PowerPoint,

• Дидактические карточки с домашним заданием.

Основные понятия: алфавит, мощность алфавита, информационный вес символа в алфавите, производные единицы измерения информации.

Ход урока:

1. Организационный этап (приветствие, определение отсутствующих на уроке, готовность учащихся к уроку) (1 мин.)

2. Проверка домашнего задания, активизация знаний (5 мин.)

- Дома Вы рисовали ребусы, изображая компьютерные термины: информация, алфавит, свойства, графика, текст. Давайте посмотрим на ваши работы и вспомним, что означают главные понятия Главы 1.

3. Объяснение нового материала (см. мультимедийную презентацию)

(10 мин.)

1. Сегодня мы с вами поговорим об измерении информации, т. е. об определении ее количества. (Студенты записывают тему урока в тетрадь – «Подходы к понятиям информации и измерение информации. Информационные объекты различных видов»)

Мы с вами говорили о том, что в основе нашего мира лежат три составляющие – вещество, энергия и информация.

- Можно ли измерить вещество? (можно взвесить, определить длину, найти объем и т.д.)

- Можно ли определить количество энергии? (можно тепловую, электроэнергию и т.д.)

Процесс познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний.

Как же узнать, много получено информации или нет?

Необходимо измерить объём информации. А как это сделать мы сегодня узнаем.

Получение новой информации приводит к расширению знаний или, как иначе можно сказать, к уменьшению неопределённости знания.

Если некоторое сообщение приводит к уменьшению неопределённости нашего знания, то можно сказать, что такое знание содержит информацию(рисунок 1).

Рис1

Для измерения различных величин существуют эталонные единицы измерения.

Например:

• Расстояние измеряют в миллиметрах, сантиметрах, дециметрах…

• Массу измеряют в граммах, килограммах, тоннах…

• Время измеряют в секундах, минутах, сутках, годах…

Следовательно, для измерения информации должна быть введена своя эталонная единица.

- Но как измерить количество информации?

Количество информации в одном том же сообщении, с точки зрения разных людей, может быть разным. Пример, для человека, не владеющего китайским языком, вывеска на китайском языке не несёт никакой информации. Информативным для человека является то сообщение, которое содержит новые и понятные сведения.

Задание № 1. Определите количество информации с позиции «информативно» или «не информативно».

1. Столица России – Москва (не инф., т.к. уже знаем).

2. Сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы (не инф., уже знаем).

3. Эйфелева башня имеет высоту 300 метров и вес 9000 тонн (инф.).

4. Дифракцией света называется совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и наблюдаются при его распространении в среде с резко выраженной оптической неоднородностью (не инф., т.к. непонятно).

Следует отличать понятия информация и информативность.

- Содержит ли учебник физики 8 класса информацию? (да)

- Для кого он будет информативным – для ученика 8 класса или 1 класса? (для ученика 8 класса)

Вывод: количество информации зависит от информативности.

Информативность можно обозначить 1, не информативная информация равна 0. Но это не даёт точного определения количества информации.

Существует 2 подхода при определении количества информации – содержательный и алфавитный. Содержательный применяется для измерения информации, используемой человеком, а алфавитный – компьютером.

Компьютер не понимает смысла информации, поэтому для её измерения нужен другой подход. Информация передаётся с помощью сигналов. Горит зелёный свет – можно переходить улицу, горит красный – стой. Поднял руку на уроке – учитель понял, что ты можешь ответить на его вопрос. В этих примерах сигнал имеет два состояния, их двух вариантов мы выбираем один.

Сообщение содержит информацию, если оно приводит к уменьшению неопределенности наших знаний.

Количество информации можно рассматривать как меру уменьшения неопределенности знания при получении информационных сообщений. (Выделенное курсивом учащиеся записывают в тетрадь).

Для количественного выражения любой величины необходимо определить единицу измерения. Например, для измерения длины выбран определенный эталон метр, массы – килограмм.

Минимальная единица информации называется бит.

1 бит – это такое количество информации, уменьшающее неопределенность знаний в два раза.

Игра «Угадай число».

- Маша загадай число от 1 до 20. На мои вопросы отвечай больше/меньше.

- это число больше 10.

- это число больше 15.

- это число больше 18.

Вывод: я уменьшала неопределенность знаний в 2 раза и угадал число.

Чтобы закодировать все символы нужна комбинация из 8 нулей и единиц, подобный набор называют двоичным кодом и это составляет

1 байт = 8 бит = 1 символ.

1 килобайт=1024 байт

1мегабайт=1024 килобайт

1 гигабайт=1024 мегабайт

1 терабайт=1024 гигабайт

//Для человека получение новой информации приводит к расширению знаний, или к уменьшению неопределенности. Например, сообщение о том, что завтра среда, не приводит к уменьшению неопределенности, поэтому оно не содержит информацию.

Пусть у нас имеется монета, которую мы бросаем на ровную поверхность. Мы знаем до броска, что может произойти одно из двух событий – монета окажется в одном из двух положений: «орел» или «решка». После броска наступает полная определенность (визуально получаем информацию о том, что выпал, например, «орел»). Информационное сообщение о том, что выпал «орел» уменьшает нашу неопределенность в 2 раза, так как получено одно из двух информационных сообщений.

В окружающей действительности достаточно часто встречаются ситуации, когда может произойти больше, чем 2 равновероятных события. Так, при бросании шестигранного игрального кубика – 6 равновероятных событий. Событие выпадение одной из граней кубика уменьшает неопределенность в 6 раз. Чем больше начальное число событий, тем больше неопределенность нашего знания, тем больше мы получим информации при получении информационного сообщения.//

2. Содержательный подход к измерению информации (5 мин.)

N = 2 ^I, где N – количество возможных событий, I – количество информации.

Задача № 1. Сколько бит информации несет сообщение о том, что из колоды карт достали даму пик?

Ответ: 32=2 ^I, т.е. I=5 бит

3. Алфавитный подход к измерению информации (5 мин.)

Наименьшую мощность имеет алфавит,используемый в компьютере (машинный язык), его называют двоичным алфавитом, т.к. он содержит только два знака “0”, “1”.

Информационный вес символа двоичного алфавита принят за единицу измерения информации и называется 1 бит.

Попробуйте определить объём информационного сообщения:

Информация, записанная на машинном языке,весит:

01110 - … бит

010010 - … бит

010 - … бита

0111111011110 - … бит

При алфавитном подходе считают, что каждый символ текста, имеет информационный вес.

Информационный вес символа зависит от мощности алфавита.

С увеличением мощности алфавита, увеличивается информационный вес каждого символа.

Для измерения объёма информации необходимо определить сколько раз информация равная 1 биту содержится в определяемом объёме информации.

Например:

1) Возьмём четырёхзначный алфавит (придуманный), (рисунок 2).

Все символы исходного алфавита можно закодировать всеми возможными комбинациями,используя цифры двоичного алфавита.

Получим двоичный код каждого символа алфавита.Для того чтобы закодировать символы алфавита мощность которого равна четырём, нам понадобится два символа двоичного кода.

Следовательно, каждый символ четырёхзначного алфавита весит 2 бита.

2) Закодируйте с помощью двоичного кода каждый символ алфавита, мощность которого равна 8 (рисунок 3) .

Вывод. Весь алфавит, мощность которого равна 8можно закодировать на машинном языке с помощью трёх символов двоичного алфавита (рисунок 4).

- Как вы думаете, каков информационный объём каждого символа восьмизначного алфавита?

Каждый символ восьмизначного алфавита весит 3бита.

3). Закодируйте с помощью двоичного кода каждый символ алфавита, мощность которого равна 16.

- Какой можно сделать вывод?

Алфавит из шестнадцати символов можно закодировать с помощью четырёхзначного двоичного кода.

- Решите задачу.

Задача:

Какой объём информации содержат 3символа 16 – символьного алфавита?

Решение:

Так как каждый символ алфавита мощностью 16знаков можно закодировать с помощью четырёхзначного двоичного кода, каждый символ исходного алфавита весит 4 бита.

Так как всего использовали 3 символа алфавита мощностью 16 символов, следовательно: 4 бит • 3 = 12бит

Ответ: объём информации записанный 3 знаками алфавита мощностью 16 символов равен 12 бит.

Запишем таблицу соответствия мощности алфавита (N) и количеством знаков в коде (b) -разрядностью двоичного кода.

- Найдите закономерность (рисунок 5)!

- Какой вывод можно сделать?

Вывод.

Информационный вес каждого символа, выраженный в битах (b), и мощность алфавита (N) связаны между собой формулой: N = 2^b

Алфавит, из которого составляется на компьютере текст (документ) состоит из 256символов.

Этот алфавит содержит символы: строчные и прописные латинские и русские буквы, цифры, знаки арифметических операций, всевозможные скобки,знаки препинания и другие символы.

- Узнайте, какой объём информации содержится в одном символе алфавита, мощность которого равна256.

Решение. Из формулы N = 2^b следует 256 = 2⁸.

Вывод. Значит, каждый символ алфавита используемого в компьютере для печати документов весит 8 бит.

Эту величину приняли так же за единицу измерения информации и дали название байт.

8 бит = 1 байт

Задача.

Статья содержит 30 страниц, на каждой странице - 40 строк, в каждой строке 50 символов.Какой объём информации содержит статья?

Ход решения.

1) На каждой странице 50 • 40 = 2000 символов;

2) во всей статье 2000 • 30 = 60000 символов;

3) т.к. вес каждого символа равен 1 байту,следовательно, информационный объём всей статьи60000 • 1 = 60000 байт или 60000 • 8 = 480000 бит.

-

Как видно из задачи байт “мелкая” единица измерения информационного объёма текста,поэтому для измерения больших объёмов информации используются более крупные единицы.

Единицы измерения информационного объёма:

1 килобайт = 1 Кб = 210 байт = 1024 байт

1 мегабайт = 1 Мб = 210 Кб = 1024 Кб

1 гигабайт = 1 Гб = 210 Мб = 1024 Мб

- Попробуйте перевести результат задачи, в более крупные единицы измерения:

60000 байт • 58,59375 Кб

60000 байт • 0,057 Мб

Суть алфавитного подхода к измерению информации определяется по количеству использованных для ее представления знаков некоторого алфавита. Например, если при представлении числа XVIII использовано 5 знаков римского алфавита, то это и есть количество информации. То же самое число, т. е. ту же самую информацию, можно записать в десятичной системе (18). Как видим, получается 2 знака, т. е. другое значение количества информации.

Алфавит – конечный набор символов, используемых для представления информации.

Мощность алфавита – число символов в алфавите.

(записать определение в тетрадь)

Для того чтобы при измерении одной и той же информации получалось одно и то же значение количества информации, необходимо договориться об использовании определенного алфавита. Так как в технических системах применяется двоичный алфавит, то его же используют для измерения количества информации.

Количество знаков в алфавите N=2, N=2 ⁱ , I – количество информации, I = 3 бита.

N=2 ⁱ , где N – мощность алфавита, количество символов в алфавите,

i - информационный вес каждого символа, измеряется в битах. I – информационный объем текста, высчитывается по формуле. I=K*i, где К – количество символов в тексте.

Чем большее количество знаков в алфавите, тем большее количество информации несет 1 знак алфавита.

4. Физкультминутка. (1 мин.)

Раздаю детям карточки с единицами измерения информации, надо встать и собрать равенства.

5. Закрепление нового материала. Решение задач на определение количества информации. (15 мин.)

№ 1. Определите самостоятельно количество информации, которое несет 1 буква русского алфавита.

Ответ: буква русского алфавита несет 5 битов информации (при алфавитном подходе к измерению информации).

№ 2. Два текста содержат одинаковое число символов. Первый текст составлен в алфавите мощностью 32 символа, второй – мощностью 64 символа. Во сколько раз отличается количество информации в этих текстах?

Ответ: 1) 32=2 ⁱ , I = 5 бит

2) 64 = 2 ⁱ , I = 6 бит

№ 3. 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 различна, 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.

6. 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 количества 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.

7. Домашнее задание (3 мин.)

1. $4 (С.И.Семакин «Информатика. Базовый курс. 8 класс»)

2. Приведите примеры информационных сообщений, которые несут 1 бит информации.

3. Раздаю каждому ученику задание № 4 на карточках.

4. Выучить наизусть единицы измерения информации. Правила перевода.

Практическая работа

Определение количества информации в текстовом сообщении (технический или алфавитный подход к измерению информации).

Задание 1.

Определите количество информации в символах и байтах, содержащееся в следующем сообщении:

Количество информации, которое несет в себе знак, зависит от вероятности его получения.

В русской письменной речи частота использования букв в тексте различна, 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).

Примечания:

1. пробел тоже символ;

2. количество символов в сообщении можно подсчитать приблизительно (количество символов в строке * количество полных строк – воспользуйтесь калькулятором);

3. количество символов при двоичном восьмиразрядном кодировании = количеству байтов.

Задание 2.

1. Откройте программу Блокнот (Пуск  Программы  Блокнот)

2. Введите текст сообщения из задания 1 данной практической работы.

3. Сохраните этот текст на рабочем столе (Файл  Сохранить  установить папку Рабочий стол  ввести имя файла, например 1  сохранить  закрыть Блокнот)

4. Определите информационный объем этого файла с помощью компьютера (Выделите объект ПКМ  Свойства).