- •44.03.05 Педагогическое образование
- •Информатика. Теоретические основы информатики.
- •Информатика как наука. Информация, свойства информации. Представление информации. Информационные процессы. Методика.
- •Методика обучения данной теме в школьном курсе информатики.
- •Основные этапы в информационном развитии общества. Основные черты информационного общества. Информатизация. Информационные технологии и этапы их развития. Методика.
- •Методика обучения данной темы в школьном курсе информатики.
- •Информация. Содержательный и алфавитный подходы к измерению информации. Основные единицы измерения информации. Методика.
- •Методика обучения данной темы в школьном курсе информатики.
- •Системы счисления. Перевод из одной системы счисления в другую. Операции в различных системах счисления. Связь между 2-, 8-, 16-теричными системами счисления. Методика.
- •1) Понятие системы счисления
- •2) Непозиционные системы счисления
- •1) Позиционные системы счисления
- •4) Перевод из одной системы счисления в другую
- •1. Перевод целого числа из любой системы счисления в десятичную.
- •2. Перевод целого числа из десятичной системы в любую систему счисления
- •5) Операции в различных системах счисления
- •6) Связь между 2-,8-,16-теричными системами счисления
- •Методика обучения данной темы в школьном курсе информатики.
- •Кодирование информации. Кодирование числовой информации. Кодирование текстовой и графической информации. Кодирование звуковой и видеоинформации. Методика.
- •Методика обучения теме «Кодирование информации» в школе
- •2. Умк Семакина и.Г. (7-9) наиболее приемлем для рассмотрения данной темы.
- •Старшая школа
- •Защита информации: архивирование (метод Хаффмана, метод Шеннона-Фана); криптография; аутентификация.
- •1. Архивирование
- •2. Криптографические коды.
- •Алгоритм. Свойства алгоритма. Способы записи алгоритмов. Базовые алгоритмические структуры. Методика.
- •Процедурное программирование. Язык программирования «Паскаль»: элементы языка, организация данных, обработка данных. Методика.
- •Обработка данных.
- •Методика обучения данной темы в школьном курсе информатики.
- •Объектно-ориентированное программирование. Статическая структура системы: объекты; классы; свойства объектов (инкапсуляция, наследование и полиморфизм). Методика.
- •Методика обучения данной теме в школьном курсе информатики
- •Основы логики. Основные логические операции. Логические выражения и таблицы истинности. Логические законы. Методика. Основы логики
- •Основные логические операции
- •Логические выражения и таблицы истинности.
- •1) Логическое умножение или конъюнкция:
- •Логические законы
- •Моделирование как метод познания. Классификация и формы представления моделей. Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере. Методика.
- •Основные направления исследований в области искусственного интеллекта. Классические задачи ии. Система знаний. Модули представления знаний: логическая, сетевая, фреймовая, продукционная.
- •Модули представления знаний
- •Логическая модель представления знаний
- •Сетевая модель представления знаний
- •Фреймовая модель представления знаний
- •Продукционная модель представления знаний
- •Архитектура компьютера
- •История развития вычислительной техники. Характеристика основных этапов ее развития. Поколения эвм. Архитектурные особенности современных компьютеров. Методика.
- •Характеристика основных этапов ее развития.
- •Архитектурные особенности современных компьютеров:
- •Логические основы компьютера. Базовые логические элементы. Сумматор двоичных чисел. Триггер. Методика.
- •Переключательные схемы
- •Вентили, триггеры и сумматоры
- •Полусумматор
- •Сумматор
- •Устройство компьютера: центральный процессор, внутренняя и внешняя память, системная плата. Способы передачи информации в компьютерных линях связи.
- •Параметры процессоров
- •Последовательная передача данных.
- •Программное обеспечение
- •Программное обеспечение эвм: характеристика и классификация; развитие и основные функции ос. Методика обучения данной теме в школьном курсе информатики.
- •Методика обучения данной теме в школьном курсе информатики.
- •Основные возможности Word:
- •Форматирование и редактирование.
- •Создание макросов в word.
- •Управление печатью.
- •Методические особенности обучения теме «Текстовая информация и компьютер» в школьном курсе информатики (кодирование символьной информации; принципы работы с текстовыми редакторами).
- •Виды систем компьютерной графики: основные характеристики, основы работы в конкретном редакторе. Типы графических файлов. Методика.
- •Векторная графика.
- •Основы работы в векторном графическом редакторе Corel Draw.
- •Интерфейс
- •Создание простых фигур
- •Основы работы в фрактальном графическом редакторе Corel Painter.
- •Типы графических файлов.
- •Методика обучения темы «Компьютерная графика» в школьном курсе информатики.
- •Основы работы в ms Excel:
- •Создание таблиц.
- •Проведение математических расчетов.
- •1) Правила написания формул:
- •2) Способы ввода формул.
- •Решение уравнений.
- •Линейная алгебра.
- •Мат.Анализ.
- •Программирование
- •Информационные системы
- •Модели «сущность-связь»
- •Семантические модели
- •Введение в sql. Создание, изменение и удаление таблиц. Выборка данных из таблиц. Создание sql-запросов. Обработка данных в sql. Методика.
- •Раздел 4 Информационные системы
- •Компьютерные сети
- •Классификация компьютерных сетей. Локальные сети: характеристика, топология. Методика.
- •3. Адресация в сети Интернет.
- •4. Технология электронной почты.
- •5. Технология обмена файлами (ftp).
- •6. Технология www.
- •7. Поиск информации в Интернете.
- •7. Методика обучения данной теме в школьном курсе информатики.
- •Язык html как средство создания информационных ресурсов Интернет. Методика.
- •Методика
- •Математика. Алгебра и теория чисел.
- •Система натуральных чисел. Аксиомы Пеано. Простые и составные числа. Свойства. Методика.
- •Методика изучения натуральных чисел в школе.
- •Кольцо целых чисел. Теорема о делении с остатком. Нок и нод чисел. Методика.
- •Методика изучения целых чисел в школе.
- •Поле рациональных чисел. Методика.
- •Методика изучения рациональных чисел в школе.
- •Система действительных чисел. Упорядоченное поле. Методика.
- •Поле комплексных чисел. Действия над комплексными числами. Методы.
- •Методика.
- •Системы линейных уравнений. Метод Гаусса. Свойства решений. Методика.
- •Основная теорема алгебры и ее следствия. Методика.
- •Методика изучения квадратных уравнений в школе.
- •Геометрия
- •Скалярное произведение векторов. Методика изучения векторов в основной школе.
- •Методика изучения векторов в основной школе.
- •Векторное произведение векторов. Различные подходы к введению понятия вектора в основной школе.
- •Смешанное произведение векторов. Методика обучения решению задач с помощью векторов.
- •Методика обучения решению задач с помощью векторов в школьном курсе геометрии.
- •Взаимное расположение двух прямых.
- •Расстояние от точки до прямой.
- •Угол между двумя прямыми.
- •Роль координатного метода в основной школе.
- •Методика изучения темы: «Перпендикулярность прямых и плоскостей» в школьном курсе геометрии.
- •Движения плоскости. Классификация движений. Группа движений и ее подгруппы. Обучение решению задач с помощью геометрических преобразований.
- •Преобразования подобия плоскости. Группа преобразований и ее подгруппы. Основные вопросы методики изучения преобразования фигур.
- •Аффинные преобразования плоскости. Группа аффинных преобразований и ее подгруппы. Различные подходы к введению понятия преобразования фигур в основной школе.
- •Аксиоматическое построение геометрии (аксиоматика Вейля и школьного курса геометрии). Логические основы изучения геометрии в 7-9 классах.
- •Плоскость Лобачевского. Модель Кэли-Клейна. Цели и задачи курса геометрии основной школы.
- •Изображение плоских и пространственных фигур в параллельной проекции. Методика изучения тел вращения в школьном курсе геометрии.
- •Методика изучения тел вращения в школьном курсе геометрии.
- •Многоугольники. Площадь многоугольника. Теорема существования и единственности. Равновеликость и равносоставленность. Методика изучения правильных многоугольников в основной школе.
- •Геометрические построения на плоскости (аксиоматика, схема решения задач, основные построения, признак разрешимости задач, методы геометрических построений). Методика.
- •Математический анализ
- •Отображения множеств (функции). Предел и непрерывность функции в точке. Методика введения понятия «функция» в школьном курсе математики.
- •Методика введения понятия функция
- •Свойства функций, непрерывных на отрезке.
- •Методика:
- •Степенная функция. Степень в комплексной области. Методика изучения степенной функции в школьном курсе математики.
- •Логарифмическая функция, ее основные свойства. Разложение в степенной ряд. Логарифмическая функция комплексного переменного. Методика изучения логарифмической функции.
- •Функция косинус
- •Функция тангенс
- •Функция котангенс
- •Дифференцируемые функции одной переменной. Геометрический и механический смысл производной. Правила дифференцирования. Методика введения понятия производная в школьном курсе математики.
- •Определенный интеграл. Интегрирование непрерывной функции. Формула Ньютона-Лейбница. Методика введения понятия «интеграл» в школьном курсе математики.
- •Числовые ряды. Признаки сходимости рядов с положительными членами. Знакопеременные ряды.
Старшая школа
Базовый уровень Повторение темы «Кодирование информации происходит в 10 классе.
Рассматривают понятия: кодирование, декодирование, кодировки русского алфавита, аналоговый и дискретный способ представления графической информации, пространственная дискретизация, кодирование цвета точки, временная дискретизация звука, глубина кодирования звука, частота дискретизации, качество оцифрованного звука и др.
Типы задач: Практические работы, решение задач (кодирование декодирование информации, нахождение объема)
Углубленный уровень В 10 классе обобщают и углубляют полученные ранее знания по данной теме. Основные понятия: понятия «кодирование» и «декодирование» информации, примеры технических систем кодирования информации: азбука Морзе, телеграфный код Бодо, понятия «шифрование», «дешифрование». Принципы представления данных в памяти компьютера; представление целых чисел; диапазоны представления целых чисел без знака и со знаком; принципы представления вещественных чисел. Кодирования текста в компьютере; способы представления изображения; цветовые модели; растровой и векторной графика; дискретное (цифровое) представление звука. Типы задач: практические работы, тесты.
В 11 классе рассматривают помехоустойчивые коды; сжатие данных без потерь; алгоритм Хаффмана; сжатие информации с потерями.
Защита информации: архивирование (метод Хаффмана, метод Шеннона-Фана); криптография; аутентификация.
Защита информации -обеспечение ее сохранности на машинных носителях и запрет несанкционированного доступа к ней. Выделяют следующие способы защиты: архивирование данных, криптография, аутентификация.
1. Архивирование
Архивация (сжатие данных) – есть процесс представления информации в ином виде (перекодирования) с потенциальным уменьшением объема, требуемого для ее хранения. Существует множество классов различных алгоритмов сжатия данных, каждый из которых ориентирован на свою область применения.
Архивный файл - это специальным образом организованный файл, содержащий в себе один или несколько файлов в сжатом или несжатом виде и служебную информацию об именах файлов, дате и времени их создания или модификации, размерах и т.п.
Целью упаковки файлов обычно являются обеспечение более компактного размещения информации на диске, сокращение времени и соответственно стоимости передачи информации по каналам связи в компьютерных сетях. Кроме того, упаковка в один архивный файл группы файлов существенно упрощает их перенос с одного компьютера на другой, сокращает время копирования файлов на диски, позволяет защитить информацию от несанкционированного доступа, способствует защите от заражения компьютерными вирусами.
Существуют две большие группы алгоритмов архивации: сжатие без потерь биективно перекодирует информацию по другим законам, то есть возможно абсолютно идентичное ее восстановление; сжатие с потерями необратимо удаляет из информации некоторые сведения, оказывающие наименьшее влияние на смысл сообщения.
Архиваторы – это программы для создания архивов. Архивы предназначены для хранения данных в удобном компактном виде. В качестве данных обычно выступают файлы и папки. Как правило, данные предварительно подвергаются процедуре сжатия или упаковки. Поэтому почти каждый архиватор одновременно является программой для сжатия данных. С другой стороны, любая программа для сжатия данных может рассматриваться как архиватор. Эффективность сжатия является важнейшей характеристикой архиваторов. От нее зависит размер создаваемых архивов. Чем меньше архив, тем меньше места требуется для его хранения. Для передачи нужна меньшая пропускная способность канала передачи или затрачивается меньшее время. Преимущества архивов очевидны, если учесть, что данные уменьшаются в размере и в 2 раза, и в 5 раз.
Сжатие данных используется очень широко. Можно сказать, почти везде. Например, документы PDF содержат сжатую информацию. Довольно много исполняемых файлов EXE сжаты специальными упаковщиками. Всевозможные мультимедийные файлы ( GIF , JPG , MP 3, MPG ) являются своеобразными архивами.
Методы сжатия архиваторов.
Кодирование длин серий ( RLE - сокращение от run - length encoding - кодирование длин серий).
Последовательная серия одинаковых элементов данных заменяется на два символа: элемент и число его повторений. Широко используется как дополнительный, так и промежуточный метод. В качестве самостоятельного метода применяется, например, в графическом формате BMP .
Словарный метод ( LZ - сокращение от Lempel Ziv - имена авторов).
Используется словарь, состоящий из последовательностей данных или слов. При сжатии эти слова заменяются на их коды из словаря. В наиболее распространенном варианте реализации в качестве словаря выступает сам исходный блок данных. Основным параметром словарного метода является размер словаря. Чем больше словарь, тем больше эффективность. Однако для неоднородных данных чрезмерно большой размер может быть вреден, так как при резком изменении типа данных словарь будет заполнен неактуальными словами. Для эффективной работы данного метода при сжатии требуется дополнительная память. Приблизительно на порядок больше, чем нужно для исходных данных словаря. Существенным преимуществом словарного метода является простая и быстрая процедура распаковки. Дополнительная память при этом не требуется.
Энтропийный метод ( Huffman - кодирование Хаффмена, Arithmetic coding - арифметическое кодирование) В этом методе элементы данных, которые встречаются чаще, кодируются при сжатии более коротким кодом, а более редкие элементы данных кодируются более длинным кодом. За счет того, что коротких кодов значительно больше, общий размер получается меньше исходного. Примеры данного метода:
Метод Шеннона-Фано. Этот метод требует упорядочения исходного множества символов по не возрастанию их частот. Выполняются следующие шаги:
а) список символов делится на две части (назовем их первой и второй частями) так, чтобы суммы частот обеих частей Σ1 и Σ2 были точно или примерно равны. В случае, когда точного равенства достичь не удается, разница между суммами должна быть минимальна;
б) кодовым комбинациям первой части дописывается 1, кодовым комбинациям второй части дописывается 0;
в) анализируют первую часть: если она содержит только один символ, работа с ней заканчивается, – считается, что код для ее символов построен, и выполняется переход к шагу г) для построения кода второй части. Если символов больше одного, переходят к шагу а) и процедура повторяется с первой частью как с самостоятельным упорядоченным списком;
г) анализируют вторую часть: если она содержит только один символ, работа с ней заканчивается и выполняется обращение к оставшемуся списку (шаг д). Если символов больше одного, переходят к шагу а) и процедура повторяется со второй частью как с самостоятельным списком;
д) анализируется оставшийся список: если он пуст – код построен, работа заканчивается. Если нет, – выполняется шаг а).
Метод Хаффмена. Этот метод имеет два преимущества по сравнению с методом Шеннона-Фано: он устраняет неоднозначность кодирования, возникающую из-за примерного равенства сумм частот при разделении списка на две части (линия деления проводится неоднозначно), и имеет, в общем случае, большую эффективность кода. Исходное множество символов упорядочивается по не возрастанию частоты и выполняются следующие шаги:
1) объединение частот: две последние частоты списка складываются, а соответствующие символы исключаются из списка; оставшийся после исключения символов список пополняется суммой частот и вновь упорядочивается; предыдущие шаги повторяются до тех пор, пока ни получится единица в результате суммирования и список ни уменьшится до одного символа;
2) построение кодового дерева: строится двоичное кодовое дерево: корнем его является вершина, полученная в результате объединения частот, равная 1; листьями – исходные вершины; остальные вершины соответствуют либо суммарным, либо исходным частотам, причем для каждой вершины левая подчиненная вершина соответствует большему слагаемому, а правая – меньшему; ребра дерева связывают вершины-суммы с вершинами-слагаемыми. Структура дерева показывает, как происходило объединение частот; ребра дерева кодируются: каждое левое кодируется единицей, каждое правое – нулём;
3) формирование кода: для получения кодов листьев (исходных кодируемых символов) продвигаются от корня к нужной вершине и «собирают» веса проходимых рёбер.
Данные методы имеют одинаковую эффективность.