Новые информационные технологии. Часть 1. Основы и аппаратное обеспечение / gl1

С позиций математики набор координат точек представляет собой матрицу – прямоугольную таблицу с числами в ее ячейках. Если составить изображение из точек трех основных цветов, например красного (Red), зеленого (Green) и голубого (Blue), то нам придется хранить матрицы трех цветов и помещать в ячейки матрицы числа, определяющие интенсивность каждого цвета (например, от 0 до 1). Это соответствует одной из ряда схем цифрового кодирования изображений, называемой RGB-методом кодирования изображений.

1.5.4. Специальные виды кодирования и криптография

Рассмотренное выше кодирование информации является самым простым. Существует множество и других систем кодирования:

•кодирование с целью сокращения объема информации путем удаления из нее избыточной информации;

•кодирование для оперативной шифровки информации;

•помехоустойчивое кодирование для устранения влияния помех и случайных сбоев в каналах связи;

•кодирование для устранения несанкционированного доступа к информации или к информационным устройствам.

Более актуальным является кодирование для запрета несанк-

ционированного доступа к данным или просто к информационным устройствам – программам, компьютерам, сотовым телефонам, средствам Интернета и т.д. Разработкой методов такого кодирования занимается специальная наука – криптография.

Имеется много вполне очевидных способов кодирования сообщения. В детстве все мы кодировали слова, произнося их задом наперед. Например, слово «привет» при этом звучало как «тевирп». Юрий Цезарь еще до нашей эры немного превзошел детей. В его письмах каждая буква с начала алфавита заменялась такой же по порядку, но с конца алфавита.

Применение компьютеров позволяет использовать в ходе кодирования хитроумные коды, получаемые в результате сложных математических расчетов и вводимые с помощью особых правил - ключей. При этом для расшифровки надо использовать другие ключи. Часто такие ухищрения применяются для защиты от копирования программ или обеспечения защиты от несанкционированного доступа к компьютеру или сотовому телефону.

Любопытно, что расшифровка кодов, например, простейшим методом их перебора, может быть возложена на сам компьютер. Однако при кодах высокой разрядности и специальных приемах шифро-

24

вания (например, разложением чисел на простые множители) для разгадки кодов требуется так много операций, что такая разгадка становится сложной даже для супер-ЭВМ, превосходящих по производительности ПК во много тысяч раз.

1.6.Информационные модели обучения

1.6.1.Информационная модель человека

Информационная модель человека (рис.1.6) содержит все элементы, реализующие основные функции работы с информацией, а именно: прием, передачу, обработку и хранение информации. Ее рассмотрение позволяет выявить слабые и сильные стороны технических средств получения, обработки и представления информации.

Рис. 1.6. Информационная модель человека

Устройство ввода информации УВв представлено органами чувств, обработка информации происходит в устройстве обработки информации УОИ, ее запоминание - в запоминающем устройстве ЗУ, состоящем из кратковременной КП и долговременной ДП памяти, вывод информации реализует устройство вывода УВыв, а координацию всех информационных процессов осуществляет устройство управления УУ.

Поскольку человек является весьма сложной системой, практически очень трудно четко разделить функции отдельных элементов информационной модели. Однако можно отметить, что обработку ин-

25

формации, ее запоминание и координацию информационных процессов осуществляют мозг и центральная нервная система, они участвуют также в большей или меньшей степени в процессах обмена информацией с окружающей средой.

Органы чувств УВв отличаются физической природой принимаемого сигнала, способом его кодирования и неравноценны в информационном отношении. Большую часть информации человек получает по зрительному (примерно 90%) и слуховому (примерно 9%) каналам, и только 1% принимаемой информации приходится на остальные органы чувств (осязание, обоняние, вкус), поэтому основное внимание при рассмотрении каналов приема информации будет уделено первым двум.

Возможности человека в части вывода информации зависят от того, кому передается информация. При передаче информации другому человеку используются языковые (речь и письмо) и графические (изобразительное искусство, техническая графика и т.п.) средства. Если информация передается техническому устройству, например при управлении, то используются органы управления, представляющие собой обычно тактильные устройства, например клавиатуры.

Память человека хранит все его знания и характеризуется психофизиологическими процессами запоминания, сохранения и воспроизведения информации. Кратковременная память КП характеризуется небольшим временем хранения и объемом хранимой информации. В долговременной памяти ДП информация сохраняется длительное время и предполагает способность человека вспомнить (перенести из долговременной в кратковременную память) хранящуюся там информацию с целью ее использования.

Объем запоминаемой информации зависит от способа кодирования, т.е. канала ее приема (зрение, слух, другие органы чувств). Более эффективным с точки зрения количества запоминаемой информации является зрительный анализатор, позволяющий сохранить до 25%, затем следует слуховой - до 15% воспринимаемой информации. Приведенные данные весьма приблизительны, так как сложные психофизиологические процессы, происходящие в памяти, определяются потребностью и готовностью к приему информации (восприятию) и характеризуются уровнем знаний, установкой, уровнем внимания, эмоциональным состоянием человека.

Однако максимальное количество принимаемой информации воспринимается человеком при одновременном (комбинированном) воздействии на его органы чувств, так в случае одновременного воздействия на зрение и слух воспринимается до 65% переданной ин-

26

формации. На это обратил внимание К. Д. Ушинский: «Педагог, желающий что-нибудь прочно запечатлеть в детской памяти, должен заботиться о том, чтобы как можно больше органов чувств - глаз, ухо, чувства мускульных движений и даже, если это возможно, обоняние и вкус, приняли участие в акте запоминания. Чем больше органов наших чувств принимает участие в восприятии какого-либо впечатления или группы впечатлений, тем прочнее ложатся эти впечатления в нашу механическую нервную память, вернее сохраняются ею и легче потом вспоминаются».

Способность человеческой памяти хранить огромные объемы информации объясняется особой организацией ее хранения, которая не может быть сведена к механическому запоминанию получаемой извне информации. Эта информация, будучи информацией первого (низшего) уровня, служит материалом для формирования в результате сложных мыслительных процессов связей (отношений) между явлениями и предметами, т.е. классификации; формирования образов, понятий, создания структурированной информации второго (высшего) уровня, т.е. знаний. Именно на этом уровне хранится информация в памяти человека, именно этим объясняется ее большой объем и эффективность ее использования при весьма скромных возможностях в части объема памяти и ее быстродействия.

Обработка человеком получаемой информации является функцией мозга и лежит в основе процессов мышления.

Рассмотрим подробнее, что именно представляется в виде данных и результатов их обработки человеком.

Первой функцией УОИ представляется формирование на основе получаемой извне информации знаний, т.е. усвоение некоторой кодирующей системы, позволяющей рационально хранить и эффективно использовать информацию. Вторая функция УОИ относится к использованию знаний, обработке на основе имеющихся знаний получаемой извне информации.

В заключение рассмотрения информационной модели человека приведем ее основные характеристики:

•скорость передачи информации по каналам ввода – вывода - 30 бит/сек;

•максимальное количество информации, накапливаемое к 50 годам, - 10 Мбит;

•число мысленных сравнений в 1 сек в процессе интеллектуальной деятельности - 18;

•число адресов, которые можно одновременно хранить в краткосрочной памяти, - 7;

27

•время доступа к адресуемому фрагменту информации в краткосрочной памяти - 2 сек;

•скорость передачи данных из долговременной памяти в кратковременную для последовательности двоичных символов фрагмента - 3 эл./сек;

•количество воспринимаемых глазом цветовых оттенков - около 10 миллионов.

Характеристики человеческого мозга, особенно в части скорости обработки информации, значительно уступают возможностям современных ЭВМ, но мыслительные процессы основаны на иных принципах, которые мы называем творческими, позволяющих более эффективно, чем ЭВМ, решать задачи творческого характера, несмотря на малое быстродействие и небольшой объем памяти.

1.6.2. Информационная модель процесса обучения

Сущность интеллектуальной деятельности человека заключается в приобретении и использовании знаний. Знания, умения и навыки формируются в процессе обучения, который может быть представлен в виде информационной модели (рис. 1.7), учитывающей двустороннее информационное взаимодействие учащихся, преподавателя и информационной среды обучения (ИСО) и позволяющей рассмотреть учебно-познавательную деятельность учащихся и обучающую деятельность преподавателя.

Рис. 1.7. Информационная модель обучения

Учебно-организаторская деятельность преподавателя реализуется в информационных потоках ИП1, а его контролирующая деятельность - в потоках ИП2. Эти же потоки составляют основу учебно-

28

познавательной деятельности учащихся. Непосредственное информационное взаимодействие преподавателя и учащихся представляет собой исторически первую и наиболее эффективную на сегодня модель процесса обучения.

Споявлением письменности и грамотности появились первые представители ИСО - учебники, существенно изменившие характер учебного процесса, а появление и совершенствование различных видов технических средств обучения, формирующих ИСО, все более усиливает их роль в учебном процессе.

ИП3 обеспечивают передачу информации от ИСО к учащимся и реализуют функции управления процессом обучения, возложенного на ИСО.

ИП4 осуществляют обратную связь, заключающуюся в автоматизированном или автоматическом контроле знаний учащихся.

Споявлением первых элементов ИСО возникла проблема их эффективного применения, т.е. рационального сочетания информационных потоков, связывающих учителя и учеников и ИСО. Естественно, что по мере развития и совершенствования ИСО актуальность этой проблемы только усиливается.

ИП5 отражают взаимодействие преподавателя с ИСО, обеспечивая выбор преподавателем элементов информационной среды, подбор требуемого дидактического материала (на этапе подготовки урока) и обеспечения функции управления элементами информационной среды (на занятиях).

ИП6 осуществляет обратную связь в системе «преподаватель - ИСО». По этому каналу преподаватель получает справочную информацию о возможностях ИСО (на этапе подготовки урока) и информацию о ходе и результатах (индивидуальных и обобщенных) обучения.

Впроцессе обучения используются все указанные на рис. 1.7 информационные потоки или любая их комбинация. Организаторская сторона деятельности преподавателя как раз и заключается в рациональном выборе используемых для решения конкретной учебной задачи информационных потоков и конфигурации ИСО.

ИСО содержит весь арсенал ТСО, включая средства вычислительной техники, и только хорошо знакомый с возможностями и особенностями каждого вида ТСО и их комплексов преподаватель может

вполной мере реализовать их возможности.

Функции современной ИСО не ограничиваются хранением информации и организацией ее потоков. По мере развития и совершенствования ИСО, а особенно благодаря появлению в ее составе средств вычислительной техники, ИСО принимает на себя функцию управле-

29

ния процессом обучения, свойственную ранее только учителю. Это управление может осуществляться на основе модели обучения каждого ученика, формируемой ЭВМ и отражающей уровень знаний ученика и психологические особенности его личности.

Весьма интересным представляется вопрос о соотношении информационных потоков информационной модели. Очевидно, что по мере совершенствования и развития ИСО информационные потоки, связывающие ИСО и учеников, будут усиливаться, значительную часть работы по управлению учебным процессом и организации информационных потоков будет выполнять ИСО, освобождая учителя, от рутинной части его работы. В этих условиях существенно изменяется и становится более ответственной роль учителя, который должен принимать решения на более высоком уровне, он будет иметь больше времени для воспитания, управления воспитанием и обучением учеников, для индивидуальной работы с ними.

Информационная модель (рис. 1.7) учитывает самые существенные в обучении информационные связи, однако она не может отразить всего множества информационных воздействий, в различной степени влияющих на формирование комплекса знаний ученика и его личности.

Среди этих информационных воздействий нужно выделить средства массовой информации и информационные связи между учениками.

Средства массовой информации, представленные печатной продукцией (газеты и журналы), телевидением и радио, часто сообщают об интересных фактах и событиях, являясь, таким образом, источником новых знаний; их воспитательную роль также трудно переоценить.

Информационные связи между учениками служат основой организации коллективных форм обучения, развивая у учеников навыки общения и коллективного творчества. Здесь нельзя не отметить важную роль мобильных телефонов, роль которых в обучении пока намного меньше их роли в общественной и личной жизни.

1.6.3. Дидактические возможности информационной среды обучения

Практическая реализация учебного процесса, направленного на единство образования, развития и воспитания учащихся, основывается на общих дидактических принципах, к важнейшим из которых относятся: наглядность, активность и сознательность, научность, проблем-

30

ность, содержательность, доступность, систематичность и последовательность, прочность процесса обучения.

Методы обучения, будучи способами организации учебнопознавательной деятельности учащихся, основываются на этих принципах, а ИСО, как одна из составляющих учебного процесса, позволяет эффективно реализовать методы обучения.

Рассмотрим требования к ИСО и ее возможности с точки зрения реализации с ее помощью основных дидактических принципов, которые по отношению к ИСО можно условно разделить на две группы.

К одной группе отнесем принципы, имеющие общий характер и учитываемые как при прямом информационном взаимодействии учителя и учеников, так и при организации дидактического материала в условиях использования ИСО (научность, проблемность, содержательность, доступность, систематичность и последовательность, прочность процесса обучения). Другими словами, информационные потоки ИП1 и ИП3 должны представлять учащимся научнообоснованную и достоверную информацию в доступной и удобной для ее использования форме, учебная информация должна включать познавательные вопросы, задачи и проблемы, вызывающие у учащихся потребность в познании, необходимость решения познавательной проблемы. В этой связи необходимо отметить высокую информационную насыщенность ИСО.

Ко второй группе дидактических принципов отнесем принцип наглядности и принцип активности и сознательности обучения, в реализации которых ведущая роль принадлежит ИСО.

Принцип наглядности неразрывно связан с использованием различных компонентов ИСО в различных комбинациях, которые обеспечивают непосредственное наблюдение и изучение явлений, предметов, их взаимосвязи. Использование на уроке средств наглядности облегчает и упрощает процесс обучения, делает его более интересным, помогает учащимся на основе конкретных фактов осмыслить стоящие за ними абстрактные понятия и положения. Универсальность ИСО позволяет использовать ее в различных учебных ситуациях: при передаче учащимся новых знаний, при их закреплении, при выполнении упражнений и решении задач, при контроле знаний учащихся.

Принцип активности и сознательности обучения очень важен и, в конечном счете, определяет успех учебного процесса. Активное соучастие учащихся в учебном процессе служит непременным условием эффективного усвоения учебного материала, побуждает учащихся к самостоятельным объяснениям наблюдаемых на уроке (принцип наглядности!) процессов и явлений. Особенно эффективным в реализа-

31

ции этого принципа является использование в учебном процессе средств ВТ. Работа учащегося с диалоговой учебной программой, как и любой диалог, представляет собой активную форму информационного взаимодействия.

Принцип прочности знаний предполагает всестороннее осмысление учащимися полученных знаний и их усвоение на этой основе. Кроме того, должна осуществляться регулярная и всесторонняя проверка знаний. Применение средств ВТ для контроля знаний учащихся представляется весьма эффективным направлением их использования в школе, поскольку позволяет в большой степени освободить преподавателя от рутинной и трудоемкой работы по контролю знаний, чтобы он имел время для индивидуальной работы с учащимися.

1.6.4. Состав информационной среды обучения

ИСО включает в себя две взаимосвязанные и взаимодействующие составляющие, которые вместе обеспечивают ее эффективное функционирование: носители информации, хранящие дидактические материалы (дидактическое обеспечение), и аппаратуру для воспроизведения хранящейся на носителях информации (аппаратное обеспече-

ние) (рис. 1.8).

В зависимости от того, на какие органы чувств воздействует тот или иной элемент ИСО, можно выделить следующие их группы:

•звуковые средства обучения и воспитания (ЗСОВ);

•экранные средства обучения и воспитания (ЭСОВ);

•экранно-звуковые средства обучения и воспитания (ЭЗСОВ);

•средства вычислительной техники (СВТ).

ЗСОВ включают радиопередачи и звукозаписи. Для того чтобы использовать в учебно-воспитательной работе учебные радиопередачи, требуется радиоузел.

Согласно физическим принципам, положенным в основу записи, хранения и воспроизведения информации, к носителям звуковой информации относятся: магнитная лента и компакт-диск и соответствующая им аппаратура - магнитофон и проигрыватель компактдисков. Часто магнитофон и проигрыватель компакт-дисков и радиоприемник конструктивно объединяются в одном устройстве, называемо магнитолой.

32