Методика изучения информационных технологий в рамках школьного курса информатики

Дагестанский Государственный Педагогический Университет Кафедра информатики и информационных технологий Выпускная квалификационная работа Методика изучения информационных технологий в рамках школьного курса информатики Гаджиев А.Г.

Научный руководитель:

Мухидинов М.Г., доцент Махачкала 2011

• Введение
• 1. Теоретические основы информационных технологий
• 1.1 Информатика и информационные технологии
• 1.2 Информация и развитие цивилизации
• 1.3 Количество и качество информации
• 1.4 Информационные ресурсы общества
• 1.5 Понятие информационных технологий и их значение в современном обществе
• 1.6 Классификация современных информационных технологий
• 1.7 История развития информационных технологий
• 2. Структура и содержание изучения курса, информационные технологии
• 2.1 Принципы и методы отбора содержания курса информационные технологии
• 2.2 Основы построения информационной модели
• 2.3 Практикум по информационным технологиям
• Заключение
• Литература

Человечество развивается благодаря генерированию информации. Информация растет интенсивно. Если во времена Ньютона выпускалось пять научных журналов, сейчас их 200 тыс. Книжный фонд достигает 1,5 млрд. наименований. Ежегодно публикуются примерно 250 тыс. диссертаций и научных отчетов, 5 млн. научных статей, до 1 млн. патентов. В целом ежегодный мировой информационных ресурс оценивается в 10 млн. наименований. Эксперты подсчитали, что за последние 25 лет в мире произведено разного рода информации больше, чем за предыдущие 5000 лет.

Известно, что сегодня в компьютерных базах данных, имеющих доступ, хранятся более 262 млрд. записей. В сети Internet уже сейчас работают более 5 млн. компьютеров. В пользовании мирового сообщества находится около 180 млн. компьютеров.

Техническую сторону оперирования и поиска информации составляют информационные технологии, являющиеся результатом сочетания компьютерной техники, техники передачи и воспроизведения информации. Они позволяют любому человеку, имеющие технические средства доступа, получить независимо от расстояния нужную информацию в нужное время в удобной форме. За счет разработки новых и использование уже зарекомендовавших себя информационных технологий общество эффективно эксплуатирует информационные ресурсы, создавая наукоемкую продукцию развивая тем самим образование, экономику, торговлю. В основу социально-экономического благополучия развитых стран лежат мирровые информационные ресурсы и умение их эффективно использовать.

Современный курс информатики — беспрецедентное явления в мировой педагогической практике. Обычно, от возникновения научной дисциплины до осознания его общеобразовательной значимости и включение ее основ в школьное образование проходит несколько десятков, а то и сотен лет, в течении этого времени стабилизируется научный аппарат, определяется методология и формируются общие методологические подходы, т. е. устанавливается некий системный взгляд на данную дисциплину.

Для информатики эти процессы еще не завершены, хотя никто сегодня не может оспорить его место как общеобразовательной дисциплины. Предметом его изучения является целая цивилизация — информационная. Как подчеркивал академик А. П. Ершов, информационная цивилизация — «всеобщий и неизбежный период развития человеческой цивилизации, период освоения информационной картины мира, осознания единства законов функционирования информации в природе и обществе, практического их применения, создания индустрии производства и обработки информации» .

Сегодня никто не сомневается в значимости информации и информационных процессов, происходящих в обществе. Имеют место две концепции глобальной информатизации общества концепция «конца цивилизации» (Ф. Фукуяма) популярная в 80-х годах, ныне вызывает большие сомнения. Вторая концепция, которая сегодня вызывает больше доверия, например, мнение С. Ханнингтона, утверждающего, что современный мир стоит перед схваткой цивилизаций. В этом контексте совершенно очевидно, что технологиями особенно информационными не только надо пользоваться, но и создавать. В противном случае есть опасность, что человечество не справится с информационными процессами происходящими внутри цивилизации. Таким образом, «понимание» и «знание» становится необходимым условие выживания человека.

Это подразумевает, в частности, освоение инструмента познания информационной цивилизации — науки информатика. Деятельностный характер этого освоения состоит в том, что изучение обобщающего понятия информатики информационные процессы развертываются в деятельностной логике — по ступеням продвижения к информационным технологиям, с помощью которых создается информационный продукт.

информационный модель информатика школьный Современная школа не может, научит учеников работать со всеми существующими информационными технологиями, так как происходит очень быстрое их обновление. Не успевает, человек привыкнуть к одной информационной технологии она уже устаревает, и появляются новые.

Перед школой стоит задача формировать у учащихся алгоритмы или методики работы с базовыми информационными технологиями (текстовые редакторы, табличные процессоры, системы управления базами данных, поисковые системы и др.). Существующая практика изучения информационных технологий в курсе информатики средней школе в лучшем случае сводится к формированию, у ученика навыков работы с конкретной информационной технологией (Лексикон, Word, мультимедиа или Paint).

Продолжаются внедрение информационных технологий в учебный процесс школ как объект изучения на уроках, так и как средство обучения, имеющие большой потенциал в совершенствовании различных сторон учебного процесса.

Исследования в области методики преподавания информационных в средней школе (А.А. Кузнецов, С. А. Бешенков, С. А. Жданов, И. В. Роберт и др.) посвящены в основном использованию информационных технологий (ИТ) для повышения эффективности обучения в целом.

Анализ содержания результатов позволяет сделать вывод об отсутствии общего подхода, который позволяет выработать у учащихся знаний, умений и навыков по формированию алгоритмов изучения информационных технологий.

Таким образом, имеет место противоречие между необходимостью в подготовке учеников умеющих самостоятельно изучить ИТ и отсутствием такой методики обучения в школе. Это противоречие определяет проблему исследования. Исследования вопросов формирования общего подхода к изучению того или иного класса ИТ при обучении информатике является актуальным и имеет большое значение для совершенствования методики обучения информационным технологиям.

Объект исследования процесс изучения информационных технологий в курсе информатики средней школы.

Предмет исследования процесс изучения информационных технологий в рамках профильного курса информатики средней школы.

Гипотеза исследования — обучение учащихся работе с информационными технологиями будет более успешной, если предварительно построит информационную модель задачи (модель с учетом информационных процессов происходящих при решении задач).

Для реализации гипотезы в квалификационной работе решены следующие задачи:

· изучить учебно-методическую литературу и научную литературу по теме исследования;

· изучить возможности изучения информационных технологий;

· разработать профильный курс по информатике ориентированный на изучение информационные технологии;

· определить структуру, содержание и разработать методику изучения информационных технологий на основе информационных моделей задач.

Для решения задач исследования будут использованы методы сравнение, анализ, наблюдение, опрос, эксперимент, тестирование, анкетирование.

Методологической основой исследования служат теоретические работы: по дидактике и педагогики (Е.Я. Голант, М. Н. Скаткин, И. Я. Лернер, Б. П. Есипов, М. А. Данилов, Ю. К. Бабанский и др.); по информатике (А.А. Кузнецов, Э. И. Кузнецов, А. П. Ершов, С. А. Бешенков, С. А. Жданов, И. В. Роберт и др.).

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в разработке и обосновании возможности изучения информационных технологий на основе информационных моделей задач.

Практическая значимость исследования заключается в том, что предлагаемая методика обучения апробирована в реальном учебном процессе.

1. Теоретические основы информационных технологий

Переход в новое тысячелетие совпадает со сменой эпох в развитии общества. Эпоха индустриального общества должна смениться эпохой информационных технологий, когда человечество переходит на новый этап развития информационный. В XXI в. уровень развитости государства будет определяться скорее не объемом промышленной продукции, а состоянием науки и образования, характеризующим качество производимых знаний.

Действительно, в современном мире нельзя сделать какой-либо прогрессивный шаг, осуществить решение каких-то общечеловеческих или частных проблем без соответствующего информационного обеспечения, т. е. получения информации из внешней среды, ее соответствующего анализа и оперативного принятия решения. Информация стала стратегическим ресурсом общества, а совокупность знаний стала решающим фактором развития любой страны.

Впервые за всю историю развития цивилизации у человека появились возможности, усиливающие его интеллектуальные способности: компьютер и компьютерная сеть. Создание компьютера и средств обработки и обмена информацией на новом уровне обязано новой естественной науке — информатике, возникшей в середине XX в. на достижениях математики, физики, кибернетики, теории информации.

Из теоретических основ компьютерной техники информатика в наше время превратилась в науку, изучающую законы и методы накопления, обработки, передачи и усвоения информации с помощью компьютеров и средств связи. В недрах информатики рождаются все новые и новые информационные технологии, позволяющие человеку успешно оперировать с возрастающим информационным потоком.

Информатика стала необходимой любому специалисту, желающему улучшить свою интеллектуальную деятельность.

В настоящее время трудно, если не сказать невозможно, управлять современным предприятием без знаний об информационных системах и методах, с помощью которых информационные системы делают деятельность любой организации более компетентной и эффективной. Только с помощью информационных систем успешно функционируют фирмы и глобальные корпорации, производящие полезные продукты и осуществляющие необходимый сервис обществу.

Технической основой систем обработки и передачи информации служат информационные технологии, изучению которых на уровне пользователя посвящена настоящая книга. Определим сразу, что под информационными технологиями мы будем понимать методы, системы и средства, используемые для хранения, обработки, восприятия и передачи информации во всех возможных формах и использования ее во всех аспектах нашей многоплановой жизни.

Невозможно назвать ни одной другой технологии, которая могла бы сравниться по своему влиянию на общество с информационной. Информационные технологии интегрируют в себе плоды человеческого разума и мастерства: компьютерные базы данных, компьютерные сети и системы телекоммуникаций в сетях, радиовещание, телевидение, информационное обеспечение общества через спутниковые ретрансляторы, электронная торговля и электронный бизнес, системы искусственного интеллекта, помогающие человеку принимать решения в сложной информационной обстановке.

Благодаря глобальной сети Internet наша планета превращается в систему глобального общения людей и коллективного пользования информационными ресурсами общества. Создается техническая платформа для еще более прогрессивного развития человеческого интеллекта. Как писал академик Н. Н. Моисеев, «скорость развития знаний растет не только с ростом числа людей, задействованных в творческом процессе, но в еще большей степени с интенсивностью информационных обменов», чему способствует развитие глобальных компьютерных сетей.

Для совершенствования своей деятельности человеку необходимы элементарные знания о современных информационных системах, о технических возможностях компьютерных систем и информационных технологий, нужно уметь пользоваться информационным богатством современного общества, уметь самостоятельно решать профессиональные задачи с помощью компьютера. Понимание возможностей информационных технологий становится обязательным элементом культуры современного человека и, одновременно, условием достижения успеха в профессиональной деятельности. Всем этим проблемам посвящена донное исследование. Ее назначение — помочь ученикам и студентам организовать свою профессиональную деятельность на основе грамотного использования информационных технологий.

1.1 Информатика и информационные технологии

Информатика как научное направление обязана своим происхождением идеям создания компьютера. В США науку о вычислительной технике назвали компьютерные науки, во Франции ей дали имя информатика от слов информация и автоматика. У нас это понятие прижилось как «информатика» .

В целом, информатика — это наука о компьютерной технике, принципах ее разработки и функционировании. Значительное место в информатике занимают вопросы аппаратных средств компьютера, его программного обеспечения, взаимодействия программных и аппаратных средств и, конечно, разработки такой операционной системы компьютера, которая обеспечивала бы дружественный интерфейс с пользователем.

Значительное место в информатике принадлежит разработке элементов компьютера — интегральных схем, микропроцессоров, систем компьютерной памяти.

Наряду с развитием информатики развивались методы и средства информационного обмена, и вполне естественно, что средства микропроцессорной техники и программирования стали успешно внедряться в системы передачи информации. Компьютер позволил создавать информационные технологии нового типа.

Кроме этого, компьютер стал играть первостепенную роль в науке, технике, образовании, культуре. Компьютерные методы обработки информации и решения математических задач начинают распространяться на прикладные задачи, расширяется сфера применения компьютерной техники. Вот почему информатика превращается в науку об информационных процессах в современном обществе.

По словам академика Н. Н. Моисеева, «зародившаяся в недрах науки о процессах управления — кибернетики, информатика. буквально на наших глазах из технической дисциплины о методах и средствах обработки данных при помощи средств вычислительной техники превращается в фундаментальную естественную науку об информации и информационных процессах в природе и обществе» .

Такого же мнения придерживался и академик А. П. Ершов, который писал, что «наука о рациональном использовании компьютера для решения различных задач называется информатикой» .

В наше время микропроцессорная техника позволяет создавать эффективные технологии информационного обслуживания, создавая тем самым условия для творческой деятельности. Заметим, что технология представляет собой совокупность методов изготовления или обработки материалов или сырья, осуществляемых в процессе производства продукции или, проще говоря, искусство делать вещи. В научном плане технология состоит в выявлении закономерностей с целью использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов.

Новые информационные технологии — это комплекс научных и инженерных знаний, воплощенных в аппаратных средствах компьютера, алгоритмическом и программном обеспечении с использованием средств связи.

Информационные технологии существенным образом повышают эффективность человеческой деятельности за счет автоматизации обработки информации и вычислений.

Информационные технологии обладают интегрирующим свойством по отношению ко всем остальным технологиям. Так, в информационных системах, в которых моделируются процессы реальных отношений (промышленное предприятие, транспортная фирма, банк, спортивная ассоциация, страховая компания и пр.), на компьютерной базе происходит своеобразный синтез разнообразных знаний в определенной предметной области. За счет предварительной формализации этими знаниями можно манипулировать и анализировать ситуации. Базы данных, а затем и базы знаний позволяют осуществить некоторую автоматизацию научной деятельности.

Можно без преувеличения сказать, что информационные технологии формируют передний край научно-технического прогресса, создают информационный фундамент развития науки и других технологий.

1.2 Информация и развитие цивилизации

Цивилизация — это прежде всего информация, информация делает народы человечеством. С. Залыгин «К вопросу о бессмертии» Информированные всегда будут властвовать над незнающими. И народ, подразумевающий в своем обществе наличие народовластия, должен обладать силой, которую дает ему информация.

Джон Адаме, 4 авг. 1822 г. (надпись у входа в Библиотеку Конгресса США)

Возникновение речи положило начало человеческой истории. Именно речь позволила человеку подняться над другими биологическими объектами. Владение речью — это принципиальное отличие человека от всех живых организмов. В сущности язык — это метод кодирования сообщения, которое воспроизводит человек. Хотя сообщения формируют и другие живые существа, и даже растения, сообщение человека отличается сложностью применяемого кода и весьма высокой его произвольностью.

Передача информации посредством речи не только породила возможность быстрого обмена знаниями, но и сыграла решающую роль в превращении людей в человеческую цивилизацию. С тех пор, как человек стал источником и потребителем информации, знание оказалось главным результатом его жизнедеятельности. Недаром четыре века тому назад английский философ Фрэнсис Бэкон, лорд-канцлер Англии, сказал: «знание — это сила». Сила информации и знаний состоит в том, что с их помощью вскрываются новые возможности для человека.

На протяжении развития цивилизации произошло несколько информационных революций, связанных в основном со способами представления и обработки информации. С каждой такой революцией человечество переходило на новую ступень развития.

Пожалуй, исторически первым этапом информационной технологии следовало бы назвать письменность, следующим этапом — изобретенное в XV в. книгопечатание. Стимулируемое книгопечатанием развитие наук ускоряло темпы накопления профессиональных знаний. Знания, реализованные через трудовой процесс в станках, машинах, сооружениях, исследованиях и т. п., становились источником новых идей и научных направлений.

Следующие после книгопечатания революционные этапы развития информационных технологий связаны с изобретением средств передачи информации на большие расстояния: телеграфом, телефоном и радио.

Основным рычагом развития цивилизации, национальным достоянием стран всегда были и будут Интеллект и Знания, воплощенные в полезные дела и изделия. Источником знаний является информация. Первостепенное значение в развитии цивилизации играет феномен Мастера. Там, где понимают, что наличие Мастеров в стране определяют ее процветание, там заботятся о системе передачи знаний, мастерства и традиций от одного поколения к другому, т. е. стремятся поддерживать на высоком уровне свою систему образования.

К нам уже давно пришло понимание того, что не выплавленная сталь и не выработанная электроэнергия определяют потенциал общества, а думающие люди и та техника, которая помогает им быстрее, точнее решать новые интеллектуальные задачи.

Весьма поучительный пример приводит академик Н. Н. Моисеев в книге «Время определять национальные цели». Когда прусский фельдмаршал Мольтке в 1866 г. докладывал германскому королю Вильгельму о своей победе над австрийцами, присутствовавший при этом первый рейхсканцлер Германии Бисмарк произнес знаменитую фразу: «Это не прусские генералы победили австрийских, а прусский учитель победил австрийского» .

Древнейшим средством приобретения знаний является система образования. Знания, преобразованные руками Мастера в конкурентоспособную продукцию, уже давно признаны в цивилизованном мире самой большой ценностью. Как метко заметил Карел Чапек, «вероятность того, что неосведомленный человек выскажет глубокую мысль, так же мала, как возможность попасть в сапоги, спрыгнув с колокольни». В странах с развитой экономикой внимательно относятся к своей системе образования.

Экономическая и информационная поддержка образования во многих странах стала традицией. Например, в США и Японии на подготовку специалистов расходуются огромные суммы. Это дает свои результаты. Так, в США работает 15% всех научных сотрудников, которые генерируют 35% всех научных публикаций в мире.

В Японии и США ежегодно подготавливается примерно одинаковое количество инженеров (порядка 70 тыс.), но для Японии это в 2 раза больше в пересчете на душу населения, чем для США. Средняя продолжительность жизни в Японии достигла 72 года для мужчин и 80 лет для женщин и стала самой высокой в мире. Это еще раз подтверждает взаимосвязь таких факторов, как высокий интеллектуальный потенциал, экономическое процветание, ориентированная на человека социальная политика, оперирование знаниями в важнейших для человека областях науки и техники и умение быстро наращивать профессиональный потенциал за счет умелой обработки информационных ресурсов.

Информация играет принципиальную роль в стремлении добиться высшего мирового уровня производимой продукции. Здесь было бы уместно привести понятие «высшего мирового уровня». Это достижение потребителем максимального эффекта при минимальных затратах изготовителя благодаря максимальному использованию достижений науки и техники.

Становится на ноги «информационная индустрия», а понятие «информационной вооруженности» фирмы или страны является синонимом экономического и социального прогресса. При этом в числе таких важнейших параметров информации, как ценность, оказывается и оперативность. Сейчас эта возможность реализуется за счет использования баз данных и компьютерных сетей.

Человечество пытается за счет знаний и информации восполнить уменьшающиеся запасы сырья и энергии. Открываются новые пути более рационального и экономного получения средств для поддержания своей жизнедеятельности, и этот процесс неумолимо развивается.

На наших глазах общество, основанное на информации и знаниях, постепенно организуется в глобальную кооперацию, базирующуюся на совместном использовании информации. Здесь проявляется стремление человечества к планетарной общности. Доминантами общественного развития становятся знания и информационные технологии, а информационный потенциал нации определяет ее социально-экономическое положение в мировом сообществе. Вот почему последнее десятилетие XX в. и наступившее столетие связывают с информатизацией общества.

Информатизация — это наиболее полное удовлетворение информационных потребностей органов управления и населения. Академик Ю. В. Гуляев писал: «Информатизация всей страны — это важнейшее условие научно-технического прогресса и развития нашего общества, условие того, чтобы мы не выпали на ходу из все ускоряющего свое движение поезда мировой цивилизации» .

Проникновение компьютерной техники в живую ткань общества включает в себя формирование новых трудовых навыков и умений, перестройку рабочих мест, изменение формы и содержания многих актов профессиональной деятельности людей и их быта.

Информатизация общества представляется одним из мощных средств развития интеллекта общества и повышения его организованности. На основе информационных технологий формируется передний край научно-технического прогресса, создается фундамент последних достижений науки и новых технологических решений, осуществляется переход к наукоемкому производству и новым видам информационного обмена в технических и социальных областях.

1.3 Количество и качество информации

Слово «информация» — одно из самых популярных в нашем лексиконе. Мы вкладываем в него весьма широкий смысл и объяснить его можем, как правило, на интуитивном уровне. Информация воспринимается нами из окружающего мира, передается речью, поступает к нам по телефону, телеграфу, радио, телевидению, распространяется в виде газет, журналов и книг, записывается на магнитные или оптические диски и фотопленку. Информацию хранят в библиотеках, архивах, базах данных, ее сообщают нам измерительные приборы, вкус пищи, запахи, наблюдаемые нами объекты, вид окружающей нас природы. Информация относится к таким философским категориям, которым человек пока не способен дать точного определения.

В общепринятом смысле информация — это сведения, сообщения, знания, являющиеся объектом хранения, передачи, преобразования и помогающие человеку обеспечить свою жизнедеятельность. Но принципиальным, пожалуй, является то, что информацию составляют новые сведения, которые могут быть использованы человеком для совершенствования своей деятельности и пополнения знаний. Мы ведь привыкли к тому, что «информировать» означает сообщать нечто ранее неизвестное

Для нас, как и для наших древних предков, возможность выжить непосредственно связана с информационным общением и обладанием правильной информацией. По мнению американского математика Норберта Винера, основоположника кибернетики, информация — это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе приспособления к нему наших чувств. Иными словами это можно выразить так: информация — это все то, что поступает в наш мозг из многих источников и во многих формах и, взаимодействуя там, образует наши знания. С позиции кибернетики информация — это сведения, которые должны снять существующую до их получения неопределенность у получателя, пополнить систему его понимания факта или события полезными сведениями.

Информация является жизненной потребностью человека, а информационный обмен — генетически врожденным свойством человека. Лишить его этого свойства — значит, лишить его человеческих качеств.

Информационное общение предполагает наличие источника информации (передатчик), канала передачи информации и приемника. Эти средства объединяют источник информации и получателя в информационную систему. Участниками этой системы могут быть как люди, так и животные, растения, а теперь и компьютеры. Когда речь идет о человеке как участнике информационной системы, имеется в виду смысловая или семантическая информация, т. е. та, которая выражается человеком с помощью языка.

В обиходе мы часто употребляем слово «данные» как синоним информации, однако между ними есть существенное различие. Данные — это поток фактов, представляющих некоторое событие или явление перед тем, как они будут упорядочены в форму, понятную человеку. Смысловая обработка данных позволяет извлечь информацию, т. е. знание о том или ином предмете, процессе или явлении. Это значит, что данные служат сырьем для создания информации, полученной в результате обработки данных. Но под обработкой в данном случае следует иметь в виду механизм интерпретации (осмысливания) данных, их использования, позволяющий превратить их в информацию. Информация в процессе анализа превращается человеком в знания.

Что касается «сообщения», то под ним подразумевают обычно информацию, выраженную в определенной форме и подлежащую передаче. Сообщение — это форма представления информации. Примерами сообщений являются текст телеграммы, речь оратора, показания измерительного прибора, изображение на экране телевизора или дисплея

Очень интересным и актуальным в наше время является вопрос о ценности информации. Понятно, что ценность информации определяется ее получателем. Можно ли ввести в нашу деятельность меру ценности информации? В наш компьютерный век, насыщенный информацией, это было бы очень полезным.

Одно из первых предложений по определению ценности информации сделал в пятидесятые годы академик А. А. Харкевич. По его мнению, за меру ценности информации следовало бы принять количество информации, необходимое для достижения поставленной цели. Если до получения информации вероятность достижения цели равнялась Р_о, а после ее получения Р_n, то ценность информации можно определить как логарифм отношения Р₀/Р_n и измерять в единицах измерения количества информации.

Известны работы по созданию семантической теории информации (семантический — смысловой, относящийся к значению слова). Согласно этой теории для восприятия информации в любой предметной области (искусство, наука, окружающая среда) необходим подготовленный для этого восприятия приемник (слушатель, читатель, зритель).

Степень подготовленности приемника характеризуется неким справочником или словарем, называемым тезаурусом (по-гречески — запас), который содержит все смысловые связи между словами данного языка. В информатике этим понятием пользуются для обозначения полного систематизированного набора данных в какой-либо области знания, позволяющего человеку или компьютеру в ней ориентироваться.

Тезаурус каждого человека характеризует способность этого человека воспринимать те или иные сообщения. Ценность получаемой приемником (человеком) информации можно характеризовать степенью изменения индивидуального тезауруса под воздействием воспринимаемого сообщения.

Необходимость определения количества информации в сообщении с помощью численных единиц была связана с попыткой ученых разработать принципы передачи информации по каналам связи, дать оценку пропускной способности канала связи, разработать способы наилучшего кодирования информации, найти предельные соотношения для количества информации, которое может быть передано по каналу связи в единицу времени. Эти принципиальные вопросы составили начало нового научного направления — теории информации, возникшего в середине прошлого столетия благодаря в основном работам американского инженера и математика Клода Шеннона и советских ученых А. Н. Колмогорова, А. А. Харкевича, В. А. Котельникова.

Теория информации — это наука о методах наиболее рациональной (оптимальной) передачи информации по каналам связи в условиях помех. Она имеет самое тесное отношение к информатике.

Итак, попытаемся понять суть подхода к оценке количества информации некоторого источника сообщений (объект, событие, процесс). Прежде всего, необходимо отвлечься от конкретного содержания того события, о котором сообщается, т. е. от семантики сообщения. (Действительно, для канала связи совершенно неважно, какой смысл несет сообщение, важно, сколько символов нужно передать) Любое событие или объект в каждый момент времени может находиться в одном из большого числа возможных состояний, и описание события есть не что иное, как указание на то, в каком из возможных состояний он находится. Протекание события во времени есть смена этих состояний, выбранных из числа возможных.

Число возможных состояний создает неопределенность, и чем больше неопределенность выбора, тем больше информации можно получить, как результат выбора имеет большую степень неожиданности. Таким образом, информация в отвлеченном виде, без конкретного смысла сообщения, есть просто выбор некоторого определенного элемента из множества возможных.

Если множество вариантов выбора или неопределенность сделать минимальной, то это будет выбор альтернативы из двух возможных событий. Его вполне естественно принять за единицу количества информации. Эта единица называется «двоичной единицей», или «битом». Один бит — это количество информации, содержащееся в источнике с неопределенностью в два равновероятных события. Если выбор производится из числа событии щих два, всякое сужение неопределенности вдвое дает одну единицу информации.

Интересно, что это выражение для количества информации источника совпадает по форме и содержанию с выражением для энтропии в статистической физике.

Понятие энтропии было введено Клаузиусом в 1850 г. в связи со вторым законом термодинамики и означало меру беспорядка. Неупорядоченность можно интерпретировать как неизвестность системы для наблюдателя, т. е. насколько мало известно наблюдателю о данной системе. Как только наблюдатель выявил что-нибудь в физической системе, так энтропия системы снизилась, ибо для наблюдателя система стала более упорядоченной. Энтропия является количественной мерой неопределенности или же представляет количество информации, необходимое для устранения имеющейся неопределенности. Энтропию можно назвать мерой «априорного незнания» .

Иными словами, энтропия есть количественная мера недостатка информации о системе. Энтропия и информация имеют противоположные знаки, т. е. энтропия системы выражает степень ее неупорядоченности, а информация о ней дает человеку меру организации системы.

1.4 Информационные ресурсы общества

Человечество развивается благодаря генерированию информации. Нет необходимости доказывать, что для человека информация такой же энергетический продукт, как и пища. Чтобы быть хозяином положения в своей сфере, избранной области знаний или бизнеса, необходимо быть в курсе научно-технических событий, экономических, политических и финансовых ситуаций в ближнем и дальнем окружении. Информационное невежество неумолимо приводит к банкротству.

В 50-е годы академик А. А. Харкевич сформулировал закон: «Информация растет пропорционально квадрату национального дохода страны». Сейчас мы убеждаемся, что преобладающую часть мирового информационного массива генерируют высокоразвитые страны.

Огромную ценность для информационного общества приобретают информационные ресурсы — это библиотеки, архивы, музеи, банки данных, знания каждого. В последние десятилетия мировой информационный ресурс достиг колоссальных размеров и продолжает стремительно нарастать. Известно, что человеческие знания по основным направлениям техники и культуры составляют объем примерно 10¹⁸ бит. В Российской государственной библиотеке объем хранилища составляет примерно 10¹³ бит.

Если во времена Ньютона выпускалось пять научных журналов, сейчас их — 200 тыс. Книжный фонд достигает 1,5 млрд названий. Ежегодно публикуется примерно 250 тыс. диссертаций и научных отчетов, 5 млн научных статей, до 1 млн патентов. В целом ежегодный мировой информационный поток оценивают в 10 млн названий, что в пересчете на одного инженера, научного работника, специалиста составляет 1500 страниц в день! Эксперты подсчитали, что за последние 30 лет в мире было произведено разного рода информации больше, чем за предыдущие 5000 лет.

Известно, что в настоящее время во всем мире в компьютерных базах данных, имеющих диалоговый доступ, хранится более 2,2 млрд записей.

В глобальной сети Internet уже сейчас работает около 5 млн компьютеров. В пользовании мирового сообщества находится около 180 млн компьютеров. Такова сейчас электронная информационная вселенная.

Техническую основу оперирования и поиска информации составляют информационные технологии, являющиеся результатом сочетания компьютерной техники, техники передачи и воспроизведения информации. Они позволяют любому человеку, имеющему технические средства доступа, получать независимо от расстояния нужную информацию в нужное время в удобной для него форме. Жизненно важным остается тезис: «Кто располагает нужной информацией, тот оказывается лидером положения» .

За счет разработки новых и использования уже зарекомендовавших себя информационных технологий общество эффективно эксплуатирует информационные ресурсы, создавая наукоемкую продукцию, развивая образование, торговлю, экономику. В основе социально-экономического благополучия развитых стран лежат мировые информационные ресурсы и умение их эффективно использовать.

КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Человек способен воспринимать информацию из внешнего мира по пяти каналам в соответствии с имеющимися у него органами чувств: слух, зрение, осязание, обоняние, вкус. Опустив рассуждения о том, как информация воспринимается человеком по этим каналам, отметим две принципиально различные формы представления информации и связанные с этим представлением способы ее обработки и передачи. Речь идет о том, что воспринимаемые человеком сигналы могут быть либо непрерывными (аналоговыми), либо дискретными (цифровыми).

Язык, с помощью которого общаются люди, является знаковой системой представления информации, но если знаки напечатаны на бумаге — это дискретное представление информации, а если передаются в форме устной речи с помощью фонемов (знаковых звуков) — это аналоговая информация. Воспринимаемая зрительно информация является аналоговой.

К дискретной информации, которая представляется дискретными электрическими сигналами, применяют кодирование — процесс описания данных в форме, удобной для передачи, обработки и хранения информации в информационных системах, системах связи, в компьютерах и т. п. В процессе кодирования информация представляется в виде кодов — упорядоченной совокупности условных знаков (например, букв, цифр) или сигналов. К кодированию информации люди прибегали еще в Римской империи и Древней Греции для надежной передачи информации (факельный телеграф) или ее засекречивания.

Кодирование представляет собой не что иное, как сопоставление алфавитов: одному множеству сопоставляется другое, например, алфавиту знаков сопоставляется множество цифр или условных рисунков. Естественный язык представляет собой систему кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи.

В компьютерной технике принята двоичная система кодирования, в которой данные представляются как кодовые комбинации, состоящие сочетания знаков «1» и «0» или бит. Американский институт стандартизации предложил систему кодирования для компьютера состоящую из двух таблиц, в которых каждому символу, знаку препинания, цифрам, действию сопоставлена определенная кодовая комбинация. Часть комбинаций в таблицах являются управляющими кодами для обозначения управляющих команд.

Для запоминания и представления графиков, рисунков, фотографий используется растровый метод кодирования, при котором поле изображения состоит из точек и каждая точка кодируется определенной кодовой комбинацией, несущей информацию о степени яркости точки и смеси цветов при цветном изображении. Учитывая необходимость представления множества цветов (порядка 16 млн), кодирование точек выполняется длинными (до 32 разрядов) кодовыми комбинациями.

Исключительно важную роль выполняет кодирование при передаче информации в условиях электрических шумов и помех. Поясним эту проблему подробнее, так как она является фундаментальной при решении задачи надежной обработки и передачи информации.

Известно, что шум является объективным спутником электрических сигналов. Другой неприятностью для информации, передаваемой с помощью электрических сигналов, являются их искажения. И, наконец, никак нельзя избежать промышленных помех, которые человек в процессе своей деятельности насаждает в неимоверном количестве.

Созданная в рамках теории информации теория помехоустойчивого кодирования предлагает методы борьбы с ошибками при обработке информации компьютером и при передаче информации по каналам связи. Задача повышения надежности работы вычислительных систем и систем связи решается в теории кодирования путем введения избыточности в передаваемую информацию или в компьютер.

1.5 Понятие информационных технологий и их значение в современном обществе

Информационная сфера деятельности человека стала определяющим фактором развития науки, техники и экономики. Для последних десятилетий характерны рекордные темпы роста информационных технологий, справиться с которыми традиционными способами невозможно. Число публикаций в мире удваивается каждые 10−15 лет, а число автоматизированных баз данных за это время увеличилось в 10 раз. Всемирный книжный фонд составляет 1,4 млрд названий; фонд патентных документов — 27 млн, и возрастает на 1 млн ежегодно. Ежеминутно в мире публикуется приблизительно 2000 печатных страниц научных текстов, каждые 1,5−2 минуты предлагается новое техническое решение, каждый час регистрируется 15−20 изобретений или открытий.

Информационные технологии, явившиеся результатом сочетания технических возможностей вычислительной техники, связи и информатики направлены на сбор, накопление и доставку информации, на автоматизацию рутинных операций в сфере управления и на подготовку аналитической информации для принятия решений

Чтобы успешно применять достижения информатики и вычислительной техники в организации производства и управления, необходимо хотя бы в общих чертах представлять себе принципы и технические приёмы, способствующие «усилению» интеллектуальных возможностей человека. По данным ЮНЕСКО, более половины населения развитых стран принимает участие в процессах производства, распространения и переработки информации. В некоторых из них до половины ВНП связано с информационной деятельностью общества.

Экономическая информационная система (ЭИС) по своему составу напоминает предприятие по переработке данных и производству выходной информации. Как и любом производственном процессе, в ИС присутствует технология преобразования исходных данных в результатную информацию. Понятие технология определятся как система взаимосвязанных способов обработки материалов и приемов изготовления продукции в производственном процессе.

Решение экономических и управленческих задач всегда тесно связано с выполнением ряда операций по сбору необходимой для решения этих задач информации, переработке ее по некоторым алгоритмам и выдаче лицу, принимающему решение, в удобной форме. Очевидно, что технология принятия решений всегда имела информационную основу, хотя обработка данных и осуществлялась раньше вручную. Однако с внедрением средств вычислительной техники в процесс управления появился специальный термин информационная технология.

Информационные технологии (ИТ) — это совокупность технологических элементов (устройств или методов), используемых в данном обществе для обработки информации.

Упорядоченная последовательность взаимосвязанных действий, выполняющихся с момента возникновения информации до получения результата, называется технологическим процессом.

За последние десятилетия информационные технологии стали развиваться очень быстро, что в первую очередь связано с появлением компьютеров. Успехи интегральной микроэлектроники обусловили проникновение информационных технологий во все сферы повседневной жизни.

Узкое значение термина ИТ определилось в конце 70-х гг., когда его стали употреблять для обозначения совокупности электронной техники.

В этом смысле ИТ охватывают вычислительную технику, средства связи, а также частично бытовую электронику, теле — и радиовещание. ИТ применяются в промышленности, торговле, управлении, образовании, медицине, науке, быту.

Развитые страны проводят политику совершенствования ИТ, что является дорогостоящей и крайне сложной задачей. В настоящее время в этих странах создание крупномасштабных информационных технологических систем является экономически возможным. Благодаря этому появились национальные исследовательские и образовательные программы.

Задачами информационных систем является автоматизация проектирования и изготовление СБИС, а также обеспечение общей инфраструктуры для хранения и передачи дискретной (цифровой) информации. Основные исследовательские проблемы в развитии ИТ связаны с развитием системотехники и программотехники, совершенствованием методов программирования и созданием человеко-машинного интерфейса.

Принципиальные изменения в развитии ИТ произошли в связи с появившейся возможностью перейти от ручных способов сбора и обработки информации к автоматизированным. Это объясняется также и тем, что с начала века информационный поток увеличился более чем в 30 раз.

Переход от традиционных методов обработки информации к новым безбумажным технологиям приводит к способности человека адекватно ориентироваться в экономических событиях, явлениях, процессах.

Понятие информационной технологии, таким образом, неотделимо от той специфической среды, в которой она реализована, т. е. от технической и программной среды. Следует заметить, что ИТ достаточно общее понятие и как инструмент может использоваться различными пользователями, как непрофессионалами в компьютерной области, так и разработчиками новых ИТ.

Функциональная часть ЭИС всегда связана с предметной областью и понятием ИТ. Вообще говоря, технология как некоторый процесс присутствует в любой предметной области. Так, например, технология выдачи кредита банком может иметь свои особенности в зависимости от вида кредита, вида залога и т. д. В ходе выполнения этих технологических процессов сотрудник банка обрабатывает соответствующую информацию.

Чтобы терминологически выделить традиционную технологию решения экономических и управленческих задач, введем термин предметная технология, которая представляет собой последовательность технологических этапов по модификации первичной информации в результатную. Например, технология бухгалтерского учета предполагает поступление первичной документации, которая трансформируется в форму бухгалтерской проводки. Последняя, изменяя состояние аналитического учета, приводит к изменению счетов синтетического учета и далее баланса.

Предметная технология и информационная технология влияют друг на друга. Так, например, наличие пластиковых карточек как носителя финансовой информации принципиально меняет предметную технологию, предоставляя такие возможности, которые без этого носителя просто отсутствовали. С другой стороны, предметные технологии, наполняя специфическим содержанием ИТ, ориентируют их на выполнение вполне определенных функций. Такие технологии могут носить типовой характер или уникальный, что зависит от степени унификации технологии выполнения этих функций.

1.6 Классификация современных информационных технологий

Существующие в настоящее время ИТ классифицируются по различным признакам. ИТ, в частности, различаются по типу обрабатываемой информации, но могут объединяться в интегрированные технологии. любая классификация в известной мере условна, поскольку большинство этих ИТ позволяет поддерживать и другие виды информации. Так, в текстовых процессорах предусмотрена возможность выполнения примитивных расчетов; табличные процессоры могут обрабатывать не только цифровую, но и текстовую информацию, а также обладают встроенным аппаратом генерации графики. Однако каждая из этих технологий в большей степени акцентирована на обработке информации определенного вида.

Очевидно, что модификация элементов, составляющих понятие ИТ, дает возможность образования огромного их количества в различных компьютерных средах. Поэтому сегодня можно говорить об обеспечивающих ИТ и функциональных ИТ. Обеспечивающие ИТ — это технологии обработки информации, которые могут использоваться как инструментарий в различных предметных областях для решения различных задач. ИТ обеспечивающего типа могут быть классифицированы относительно классов задач, на которые они ориентированы. Обеспечивающие технологии базируются на совершенно разных платформах, что обусловлено различием видов компьютеров и программных сред, поэтому при их объединении на основе предметной технологии возникает проблема системной интеграции. Она заключается в необходимости приведения различных ИТ к единому стандартному интерфейсу.

Функциональная ИТ представляет собой такую модификацию обеспечивающих ИТ, при которой реализуется какая-либо из предметных технологий. Например, работа сотрудника кредитного отдела банка с использованием ЭВМ обязательно предполагает применение совокупности банковских технологий оценки кредитоспособности ссудозаемщика, формирования кредитного договора и срочных обязательств, расчета графика платежей и других технологий, реализованных в какой-либо информационной технологии: СУБД, текстовом или табличном процессоре и т. д. Трансформация обеспечивающей ИТ в чистом виде в функциональную (т.е. модификация некоторого общеупотребительного инструментария в специальный) может быть выполнена как специалистом-проектировщиком, так и самим пользователем. Это зависит от того, насколько сложна подобная трансформация, т. е. от того, насколько она доступна пользователю-экономисту. Эти возможности все более и более расширяются, поскольку обеспечивающие технологии с течением времени приобретают все более дружественный интерфейс. Таким образом, в арсенале экономиста могут находится как обеспечивающие технологии, с которыми он постоянно работает (текстовые и табличные процессоры), так и специальные функциональные технологии (табличные процессоры, СУБД, экспертные системы), реализующие предметные технологии.

Классификация по типу пользовательского интерфейса позволяет говорить о системном и прикладном интерфейсе ИТ. И если последний связан с реализацией некоторых функциональных ИТ, то системный интерфейс — это набор приемов взаимодействия с компьютером, который реализуется операционной системой или ее надстройкой. Современные операционные системы поддерживают командный, WIMP — и SlLK-интсрфейсы. В настоящее время поставлена проблема создания общественного интерфейса (social interface).

Командный интерфейс — самый простой. Он обеспечивает выдачу на экран системного приглашения для ввода команды. Например, в операционной системе MS-DOS приглашение выглядит как С: >, а в WIMP-интерфейс расшифровывается как Windows (окно) Image (образ) Menu (меню) Pointer (указатель). На экране высвечивается окно, содержащее образы программ и меню действий. Для выбора одного из них используется указатель. SILK-интерфейс расшифровывается следующим образом: Spich (речь) Image (образ) Language (язык) Knowledge (знание). При использовании SlLK-интерфейса на экране по речевой команде происходит перемещение от одних поисковых образов к другим по смысловым семантическим связям.

Общественный интерфейс будет включать в себя лучшие решения WIMP — и SILK-интерфейсов. Предполагается, что при использовании общественного интерфейса не нужно будет разбираться в меню. Экранные образы однозначно укажут дальнейший путь. Перемещение от одних поисковых образов к другим будет проходить по смысловым семантическим связям.

Операционные системы (ОС), как известно, делятся на однопрограммные, многопрограммные и многопользовательские. К однопрограммным ОС относятся, например, MS-DOS и др. Многопрограммные операционные системы, например UNIX (XENIX), Windows, DOS 7.0, OS/2 и др., позволяют одновременно выполнять несколько приложений. Различаются они алгоритмом разделения времени. Если однопрограммные системы работают или в пакетном режиме, или в диалоговом, то многопрограммные могут совмещать указанные режимы. Таким образом, эти системы обеспечивают пакетную и диалоговую технологии.