Уроки

Конспект урока

Тема:

Информация. Представление информации, языки, кодирование

Тип урока: урок ознакомления с новым материалом

Цели:

• Познакомить учащихся с различными видами кодирования информации и видами представлении информации;
• Формирование первоначальных представлений о кодировке информации;
• Формирование общих представлений современной научной картины мира;
• формирование коммуникативных качеств развивающейся личности.

Оборудование:

• ПК;
• Интерактивная доска;
• MS PowerPoint

Ход урока:

I.Организационный момент (2 мин.)

Приветствие. Знакомство с классом. Закрепление рабочих мест за учащимися.

II. Актуализация знаний (3 мин.)

Проверка домашнего задания.

III. Теоретическая часть (25 мин.)

Из базового курса вам должно быть известно, что информация хранится, передается, обрабатывается в символьной (знаковой) форме. Одна и та же информация может быть представлена в разной форме, с помощью различных знаковых систем.

Язык – это определенная знаковая система представления информации.

Существуют естественные (разговорные) языки и формальные языки. Естественные языки носят национальный характер. Формальные языки чаще всего относятся к специальной области человеческой деятельности. Примеры формальных языков: язык музыки (нотная грамота), язык математики (цифры и математические знаки) и др. В некоторых случаях разговорную речь может заменять язык мимики и жестов, язык специальных знаков (например, дорожные знаки).

Под словом «кодирование» понимают процесс представления информации, удобный для ее хранения и/или передачи. Следовательно, запись текста на естественном языке можно рассматривать как способ кодирования речи с помощью графических элементов (букв, иероглифов). Записанный текст является кодом, заключающим в себе содержание речи, т. е. информацию.

Процесс чтения текста — это обратный по отношению к письму процесс, при котором письменный текст преобразуется в устную речь. Чтение можно назвать декодированием письменного текста.

А теперь обратим внимание на то, что может существовать много способов кодирования одного и того же текста на одном и том же языке. Например, русский текст мы привыкли записывать с помощью русского алфавита. Но то же самое можно сделать, используя латинский алфавит. Иногда так приходится поступать, отправляя SMS по мобильному телефону, на котором нет русских букв, или электронное письмо на русском языке за границу, если у адресата нет русифицированного программного обеспечения.

Существует множество способов кодирования. Например, стенография — быстрый способ записи устной речи. Ею владеют лишь немногие специально обученные люди — стенографисты. Они успевают записывать текст синхронно с речью выступающего человека. В стенограмме один значок обозначает целое слово или сочетание букв. Расшифровать (декодировать) стенограмму может только сам стенографист. Можно придумать и другие способы кодирования.

Приведенные примеры иллюстрируют следующее важное правило: для кодирования одной и той же информации могут быть использованы разные способы; их выбор зависит от ряда обстоятельств: цели кодирования, условий, имеющихся средств.

Еще одно важное обстоятельство: выбор способа кодирования информации может быть связан с предполагаемым способом ее обработки. Обсудим это на примере представления чисел — количественной информации. Используя русский алфавит, можно записать число «тридцать пять». Используя же алфавит арабской десятичной системы счисления, пишем: 35. Пусть вам надо произвести вычисления. Скажите, какая запись удобнее для выполнения расчетов: «тридцать пять умножить на сто двадцать семь» или «35 х 127»? Очевидно, что для перемножения многозначных чисел вы будете пользоваться второй записью.

Заметим, что две эти записи, эквивалентные по смыслу, используют разные языки: первая — естественный русский язык, вторая — формальный язык математики, не имеющий национальной принадлежности. Переход от представления на естественном языке к представлению на формальном языке можно также рассматривать как кодирование. Человеку удобно использовать для кодирования чисел десятичную систему счисления, а компьютеру — двоичную систему.

Широко используемыми в информатике формальными языками являются языки программирования.

В некоторых случаях возникает потребность засекречивания текста сообщения или документа, для того чтобы его не смогли прочитать те, кому не положено. Это называется защитой от несанкционированного доступа. В таком случае секретный текст шифруется. Шифрование представляет собой процесс превращения открытого текста в зашифрованный, а дешифрование — процесс обратного преобразования, при котором восстанавливается исходный текст. Шифрование — это тоже кодирование, но с засекреченным методом, известным только источнику и адресату. Методами шифрования занимается наука криптография.

С появлением технических средств хранения и передачи информации возникли новые идеи и приемы кодирования. Первым техническим средством передачи информации на расстояние стал телеграф, изобретенный в 1837 году американцем Сэмюэлем Морзе. Телеграфное сообщение — это последовательность электрических сигналов, передаваемая от одного телеграфного аппарата по проводам к другому телеграфному аппарату. Эти технические обстоятельства привели Морзе к идее использования всего двух видов сигналов — короткого и длинного — для кодирования сообщения, передаваемого по линиям телеграфной связи.

Такой способ кодирования получил название азбуки Морзе. В ней каждая буква алфавита кодируется последовательностью коротких сигналов (точек) и длинных сигналов (тире). Буквы отделяются друг от друга паузами — отсутствием сигналов. В таблице на слайде показана азбука Морзе применительно к русскому алфавиту. Специальных знаков препинания в ней нет. Их обычно записывают словами: «тчк» — точка, «зпт» — запятая и т. п.

Самым знаменитым телеграфным сообщением является сигнал бедствия «SOS» (SaveOurSouls — спасите наши души). Вот как он выглядит в коде азбуки Морзе:

… --- …

Три точки обозначают букву S, три тире — букву О. Две паузы отделяют буквы друг от друга.

Характерной особенностью азбуки Морзе является переменная длина кода разных букв, поэтому код Морзе называют неравномерным кодом. Буквы, которые встречаются в тексте чаще, имеют более короткий код, чем редкие буквы. Например, код буквы «Е» — одна точка, а код буквы «Ъ» состоит из шести знаков. Зачем так сделано? Чтобы сократить длину всего сообщения. Но из-за переменной длины кода букв возникает проблема отделения букв друг от друга в тексте. Поэтому приходится для разделения использовать паузу (пропуск). Следовательно, телеграфный алфавит Морзе является троичным, так как в нем используется три знака: точка, тире, пропуск.

Равномерный телеграфный код был изобретен французом Жаном Морисом Бодо в конце XIX века. В нем использовалось всего два вида сигналов. Неважно, как их назвать: точка и тире, плюс и минус, ноль и единица. Это два отличающихся друг от друга электрических сигнала.

В коде Бодо длина кодов всех символов алфавита одинакова и равна пяти. В таком случае не возникает проблемы отделения букв друг от друга: каждая пятерка сигналов — это знак текста.

Код Бодо — это первый в истории техники способ двоичного кодирования информации. Благодаря идее Бодо удалось автоматизировать процесс передачи и печати букв. Был создан клавишный телеграфный аппарат. Нажатие клавиши с определенной буквой вырабатывает соответствующий пятиимпульсный сигнал, который передается по линии связи. Принимающий аппарат под воздействием этого сигнала печатает ту же букву на бумажной ленте.

Из базового курса информатики вам известно, что в современных компьютерах для кодирования текстов также применяется равномерный двоичный код. Проблемы кодирования информации в компьютере и при передаче данных по сети мы рассмотрим несколько позже.

IV. Закрепление знаний (10 мин.)

1. Дана кодовая таблица азбуки Морзе (учебник, стр. 16). Расшифруйте (декодируйте), что здесь написано?
   -- --- ·-·· --- -·· -·-· -·--(Молодцы)
2. Закодируйте с помощью азбуки Морзе слова:
   ИНФОРМАТИКА, ДАННЫЕ, АЛГОРИТМ
   (·· -···-· --- ·-· -- ·- - ·· -·- ·-
   -···- -· -· -·-- ·
   ·- ·-·· --· --- ·-··· - --)
3. Зашифрованная пословица.
   Чтобы рубить дрова нужен [14, 2, 3, 2, 7], а чтобы полить огород – [10, 4, 5, 1, 6]
   Рыбаки сделали во льду [3. 7, 2, 7, 8, 9, 11] и стали ловить рыбу
   Самый колючий зверь в лесу – [12, 13]
   А теперь прочитайте пословицу:
   

(Копейка рубль бережет)

4. Заменяя каждую букву ее порядковым номером в алфавите, зашифруйте фразу: Я УМЕЮ КОДИРОВАТЬ ИФОРМАЦИЮ. Что необходимо предусмотреть, чтобы зашифрованный код был записан без пропусков?

V. Итог урока (2 мин.)

1. Языки представления информации делятся на естественные и формальные
2. Основными целями кодирования является: засекречивание информации, быстрый способ записи, передача по техническим каналам, выполнение математических вычислений
3. Первый равномерный двоичный код изобрел Код Бодо

VI. Домашнее задание (3 мин.)

Прочитать и законспектировать §2, ответить на вопросы в конце параграфа (стр. 17)

Конспект урока

Информатика, 10 класс.

Тема — Кодирование графической и звуковой информации

Большую часть информации человек получает с помощью зрения и слуха. Важность этих органов чувств обусловлена развитием человека как биологического вида, поэтому человеческий мозг с большой скоростью способен обрабатывать огромное количество графической и звуковой информации.

С появлением компьютеров возникла огромная потребность научить их обрабатывать такую информацию. Как же такую информацию может обработать компьютер?

Итак, кодирование графической информации осуществляется двумя различными способами: векторным и растровым

КОДИРОВАНИЕ РАСТРОВОЙ ГРАФИКИ

Давайте более подробно рассмотрим растровое кодирование информации.

Компьютер запоминает цвет каждой точки, а пользователь из таких точек собирает рисунок.

При этом зная количество пикселей по вертикале и горизонтали, мы сможем найти — разрешающую способность изображения.

Разрешающая способность находится по формуле:

P=n*m,

где n, m — количество пикселей в изображении по вертикали и горизонтали.

В процессе дискретизации каждый пиксель может принимать различные цвета из палитры цветов. При этом зная количество цветов, которые можно использовать в палитре и воспользовавшись формулой Хартли, мы сможем найти количество информации, которое используется для кодирования цвета точки, что мы будем называть глубиной цвета.

N=2i

где N — количество цветов в палитре;

i — глубина цвета.

Таким образом, чтобы найти вес изображения достаточно перемножить разрешающую способность изображения на глубину цвета: L=P*i.

Каким именно образом возможно закодировать пиксель? Для этого используются кодировочные палитры.

КОДИРОВОЧНАЯ ПАЛИТРА RGB

Когда художник рисует картину, цвета он выбирает по своему вкусу. Но цвет в компьютере надо стандартизировать, чтобы его можно было распознать. Поэтому надо определить, что такое каждый цвет.

В экспериментах по производству цветных стекол М. В. Ломоносов показал, что получить любой цвет возможно, используя три различных цвета.

Этот факт был обобщен Германом Грассманом в виде законов аддитивного синтеза цвета.

Давайте рассмотрим два из этих законов:

— Закон трехмерности. С помощью трех независимых цветов можно, смешивая их в однозначно определенной пропорции, выразить любой цвет.

— Закон непрерывности. При непрерывном изменении пропорции, в которой взяты компоненты цветовой смеси, получаемый цвет также меняется непрерывно.

Из биологии вы знаете, что рецепторы человеческого глаза делятся на две группы: палочки и колбочки. Палочки более чувствительны к интенсивности поступаемого света, а колбочки — к длине волны.

Если посмотреть, как распределяется количество колбочек по тому, на какую длину волны они «настроены», то количество колбочек «настроенных» на синий, красный и зеленый цвета окажется больше.

Поэтому такие цвета были взяты основными для построения цветовой модели, которая получила название RGB (Red, Green, Blue). То есть задавая количество любого из этих трех цветов, можно получить любой другой. Для кодирования каждого цвета было выделено 8 бит (режим True-Color). Таким образом, количество каждого цвета может изменяться от 0 до 255, часто это количество выражается в шестнадцатеричной системе счисления (от 0 до FF).

Так как описание цвета происходит определением трех величин, то это наводит на мысль считать их координатами точки в пространстве. Получается, что координаты цветов заполняют куб.

При этом яркость цвета определяется тем насколько близка к максимальному значению хотя бы одна координата из трех.

Поскольку именно модель RGB соответствовала основному механизму формирования цветного изображения на экране, большинство графических файлов хранят изображение именно в этой кодировке. Если же используется другая модель, например в JPEG , то приходится при выводе информации на экран преобразовывать данные.

КОДИРОВАНИЕ ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Давайте перейдем к кодированию звуковой информации.

Из курса физики вам всем известно, что звук — это непрерывная волна с изменяющейся амплитудой и частотой.

Для того, чтобы компьютер мог обрабатывать непрерывный звуковой сигнал, он должен быть дискретизирован, т. е. превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Для этого звуковая волна разбивается на отдельные временные участки.

Гладкая кривая заменяется последовательностью «ступенек». Каждой «ступеньке» присваивается значение громкости звука. Чем больше количество уровней громкости, тем больше количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание. Причем, чем больше будет количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени, тем качественнее будет звучание. Эта характеристика называется частотой дискретизации Данная характеристика измеряется в Гц.

При этом на каждое измерение выделяется одинаковое количество бит. Такая характеристика называется — глубина кодирования.

Таким образом, чтобы подсчитать вес звуковой волны достаточно перемножить частоту дискретизации, глубины кодирования и времени звучания такого звука. При этом, рассматривая современное звучание, количество звуковых волн может быть различное, например, для стереозвука — это 2, а для квадрозвука — 4.

Конспект урока

Информатика, 10 класс.

Тема — Кодирование текстовой информации

Цели и задачи урока:

— познакомиться со способами кодирования и декодирования текстовой информации с помощью кодовых таблиц и компьютера;

— познакомиться со способом определения информационного объема текстового сообщения;

— познакомиться с алгоритмом Хаффмана.

Вся информация в компьютере хранится в двоичном коде. Поэтому надо научиться преобразовывать символы в двоичный код.

Формула Хартли определяет количество информации в зависимости от количества возможных вариантов:

N=2i, где

N — это количество вариантов,

i — это количество бит, не обходимых для кодирования.

Если же мы преобразуем эту формулу и примем за N — количество символов в используемом алфавите (назовем это мощностью алфавита), то мы поймем, сколько памяти потребуется для кодирования одного символа.

N=2i, где N — кол-во возможных вариантов

i — кол-во бит, потребуемых для кодирования

Итак, если в нашем алфавите будет присутствовать только 32 символа, то каждый из них займет только 5 бит.

И тогда каждому символу мы дадим уникальный двоичный код. Такую таблицу мы будем назвать кодировочной.

Первая широко используемая кодировочная таблица была создана в США и называлась ASCII, что в переводе означало American standard code for information interchange. Как вы видите, в таблице присутствуют не только латинские буквы, но и цифры, и даже действия. Каждому символу отводится 7 бит, а значит, всего было закодировано 128 символов.

Но так как этого количества было недостаточно, стали создаваться другие таблицы, в которых можно было закодировать и другие символы. Например, таблица Windows-1251, которая, по сути, являлась изменением таблицы ASCII, в которую добавили буквы кириллицы. Таких таблиц было создано множество: MS-DOS, КОИ-8, ISO, Mac и другие:

Проблема использования таких различных таблиц приводила к тому, что текст, написанный на одном компьютере, мог некорректно читаться на другом. Например:

Поэтому была разработана международная таблица кодировки Unicode, включающая в себя как символы английского, русского, немецкого, арабского и других языков. На каждый символ в такой таблице отводится 16 бит, то есть она позволяет кодировать 65536 символов. Однако использование такой таблицы сильно «утяжеляет» текст. Поэтому существуют различные алгоритмы неравномерной кодировки текста, например, алгоритм Хаффмана.

АЛГОРИТМ ХАФФМАНА

Идея алгоритма Хаффмана основана на частоте появления символа в последовательности. Символ, который встречается в последовательности чаще всего, получает новый очень маленький код, а символ, который встречается реже всего, получает, наоборот, очень длинный код.

Пусть нам дано сообщение aaabcbeeffaabfffedbac.

Чтобы узнать наиболее выгодный префиксный код для такого сообщения, надо узнать частоту появления каждого символа в сообщении.

Шаг 1.

Подсчитайте и внесите в таблицу частоту появления каждого символа в сообщении:

У вас должно получиться:

Шаг 2.

Расположите буквы в порядке возрастания их частоты.

Шаг 3.

Теперь возьмем два символа с наименьшей чистотой и представим их листьями в дереве, частота которого будет равна сумме частот этих листьев.

Символы d и c превращаются в ветку дерева:

Шаг 4.

Проделываем эти шаги до тех пор, пока не получится дерево, содержащее все символы.

Итак, сортируем таблицу:

Шаг 5.

Объединяем символ e и символ cd в ветку дерева:

d

C

Шаг 6.

Сортируем:

Шаг 7.

Шаг 8.

Сортируем:

Шаг 9.

Шаг 10.

Сортируем:

Шаг 11.

Шаг 12.

Получился префиксный код. Теперь осталось расставить 1 и 0. Пусть каждая правая ветвь обозначает 1, а левая — 0.

Шаг 13.

Составляем код буквы, идя по ветке дерева от буквы к основанию дерева.

Тогда код для каждой буквы будет:

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА

Тема: Человек и информация. Виды информации.

Класс: 3

Цель урока: Ввести понятие «информация» и познакомить с видами информации. Сформировать умение распознавать информацию по видам.

Задачи занятия:

Обучающие:

1. Акцентировать внимание учащихся на роль информации в жизни человека.
2. Обобщить сведения о видах информации по форме ее представления на основе анализа примеров.

Развивающие:

1. Развивать любознательность ребенка и прививать ему интерес к исследованию;
2. Продолжать формировать информационную культуру ребенка;
3. Развивать коммуникативные умения и навыки;
4. Развивать интерес к предмету.

Воспитательные:

1. Формировать и развивать нравственные, трудовые, эстетические  и другие качества личности школьника.
2. Воспитывать правильное отношение к общечеловеческим ценностям.

Методы: словесный, наглядно – демонстрационный, практический, метод контроля.

Необходимое оборудование и материалы: интерактивная доска, ПК, УМК «Информатика и ИКТ» Н. Матвеева 3 класс.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

2. Проверка домашнего задания

Дорогие ребята!
По расписанью ровно в срок
Мы начинаем наш урок!
Ждут открытия всех вас.
За работу, в добрый час!

– Ребята, чтобы проверить, как вы усвоили составляющие компьютера, разгадаем загадки.
1.У компьютера рука
На веревочке пока.
Как приветливый мальчишка,
Кто вам тянет руку? (Мышка)

2. Словно смелый капитан,
А на нём горит экран.
Яркой радугой он дышит,
И на нём компьютер пишет
И рисует без запинки
Всевозможные картинки.
На верху машины всей
Размещается … (дисплей)

3.Лежит дощечка у экрана,
Буквамкнопкам она мама!
Знает русский алфавит
И английским удивит
Очень умная натура!
Это что? (Клавиатура)

4.Корпус компьютера. В нем то хранится,
Что компьютеру пригодится.
Корпус из пластика, стали, стекла,
В нем материнская плата жила,
А также процессор, ОЗУ, дисковод...
Что это за корпус, скажите, народ? (Системный блок) 

3. Задания, подводящие к изучению новой темы 

Сегодня на занятии мы поговорим об информации, о видах информации, вспомним органы чувств человека.  Итак, тема нашего занятия: «Человек и информация. Виды информации»  

 «Как человек воспринимает информацию?», «Какие органы чувств ему в этом помогают?», «И какие существуют виды информации?» - вот на эти вопросы мы должны с вами  ответить в течение занятия.

А поможет в этом модель безликого человека, над которым мы будем работать на протяжении всего занятия.

Мы часто слышим слово «информация». А что же оно означает? Преподаватель выслушивает ответы учеников и делает обобщение.

Информация – это сведения об окружающем нас мире. Информацию можно получать разными способами. В получении информации нам помогают органы чувств. 

Природа одарила человека пятью органами чувств, для того чтобы он мог воспринимать информацию. В зависимости от того, какими органами чувств информация воспринимается, так ее и называют.

Задание 1

– Расскажи про предмет, не прикасаясь к нему. (Мяч, конфета, часы…)
– Какой орган помог получить информацию?

Задание 2

– Закройте глаза. Расскажите про предмет, не видя его. (Лимон, сахар, конфета…)
– Какой орган помог получить информацию?

Задание 3

– Вы не видите и не слышите. Расскажите про предмет. (В руках пакет, лист от цветка, фантик…)
– Какой орган помог получить информацию?

Задание 4

– Вы не видите, не слышите, не трогаете руками. Расскажите про предмет. (Духи, освежитель воздуха …)
– Какой орган помог получить информацию?

Задание 5

– Вы не видите. Какие звуки вы услышали? (Прошёл по классу, скрипнула дверь…)
– Какой орган помог получить информацию?

– Молодцы! Хорошо справились со всеми заданиями.
– Чем мы с вами занимались, исследуя все предметы и вещества?
– Собирали информацию, используя органы чувств.
– Сколько органов чувств у человека? (5)
– Какие это органы чувств? (Глаза, уши, нос, язык, кожа.)

– Человек получает информацию с помощью 5 органов чувств. Глаза, уши, нос, язык, кожа.
Одинаковая ли информация была получена?

4. Изучение нового материала

– Вспомните, с помощью какого органа чувства мы получили информацию о предмете, лежащем на столе? (С помощью глаз)
– Приведите примеры, когда человек получает зрительную информацию. (Читает книгу, смотрят друг на друга, рассматривают рисунки…)

– Информация, полученная с помощью глаз, называется зрительной или визуальной.
Зрение помогает различить цвета предметов, их размеры, форму, узнавать далеко они или близко, движутся или неподвижны. Благодаря зрению мы читаем книги, смотрим телепередачи, любуемся красотой природы. Глаза словно окна в мир. Берегите зрение.
– Какой орган, позволил нам определить звуки? (Уши).

– С помощью ушей человек получает слуховую информацию: слышит речь, музыку, шум.
– Приведите примеры, когда человек получает информацию с помощью ушей. (Ответы учащихся)

– Особенно важно для нас слышать речь других людей. Ведь с помощью слов мы передаём друг другу свои мысли, знания. Чудесные звуки природы, музыки тоже нужны нам. Эти звуки – часть окружающей нас красоты. Шум может не только мешать, но и нести полезную информацию – например, шум мотора сообщает нам о том, что приближается машина, и нужно быть внимательнее. Помните, что сильный шум, резкие звуки, громкая музыка портят слух, плохо влияют на весь организм. Чаще отдыхайте в тишине.
– Какой орган, позволил нам почувствовать запах? (Нос)

– С помощью носа человек получает обонятельную информацию: ощущает запахи окружающего мира.
– Приведите примеры, когда человек получает информацию с помощью носа. (Ответы учащихся)

– Многие приятные запахи доставляют нам радость: запах цветов, запах хвойного леса. Некоторые запахи как бы предупреждают об опасности, например об утечке газа из газовой плиты или о том, что пища испорчена и есть её нельзя! И наоборот, приятный запах пищи вызывает аппетит. При насморке человек плохо чувствует запахи. Надо оберегать себя от простуды!
– Какой орган позволил нам определить сладкий или кислый вкус у предмета? (Язык).

– С помощью языка человек получает вкусовую информацию: горькая, солёная, сладкая или кислая.
– Приведите примеры, когда человек получает вкусовую информацию. (Ответы учащихся)

– На языке расположены особые вкусовые сосочки. Благодаря им человек различает вкус пищи. Вкусную пищу человек съедает с аппетитом. Иногда по вкусу мы узнаём, что пища испорчена и есть её нельзя. Слишком горячая пища обжигает язык, и мы почти не чувствуем её вкуса. Пища должна быть не очень горячей!
– Какой орган позволил нам определить гладкий предмет или шершавый? (Кожа)

– С помощью кожи (особенно на кончиках пальцев) человек получает тактильную или осязательную информацию.
Приведите примеры, когда человек получает тактильную или осязательную информацию. (Ответы учащихся)

– С помощью кожи человек узнаёт о том, каков предмет на ощупь – тёплый или холодный, гладкий или шершавый, мягкий или твёрдый. Даже с закрытыми глазами или в темноте на ощупь можно получить информацию о размерах и форме предмета.
– Кожа – орган осязания. Старайтесь не ранить кожу, не допускать ожогов, обморожения!

– Какие виды информации вы знаете?

5.Закрепление изученного материала

https://learningapps.org/display?v=p4d1f8iy518

6. Подведение итогов урока

– Какие виды информации мы изучили?
– Помогает ли нам в жизни информация?

7. Домашнее задание

Повторить виды информации, изученные на уроке.