Определение количества информации 8 класс информатика: Количество информации, 8 класс

Количество информации

Урок 5. Информатика 8 класс

Человек всегда стремится к количественному измерению различных величин. Получая ту или иную информацию, мы понимаем, что не всегда ее бывает достаточно для того, чтобы решить какие-либо проблемы. На этом уроке будет рассмотрен содержательный подход, который позволяет оценить количество информации с точки зрения уменьшения неопределенности наших знаний об объекте. Также учащиеся познакомятся с единицами измерения информации и научатся вычислять количество информации с точки зрения содержательного подхода.

Конспект урока «Количество информации»

Процесс познания приводит к
накоплению информации (знаний), то есть к уменьшению неопределенности
знания.

Измерить объём накопленных
знаний нельзя, а вот оценить уменьшение незнания можно, если известно
количество возможных вариантов исхода.

Количество информации -
мера уменьшения неопределённости знаний при получении информационных сообщений.

Существует формула, которая
связывает между собой количество возможных информационных сообщений N и количество информации
I, которое несёт
полученное сообщение:

 -
формула Хартли,

где N -
количество вариантов исхода;

I -
количество информации, которое несёт сообщение.

В своей деятельности человек
постоянно использует различные единицы измерения. Например, время измеряется в
секундах, минутах, часах; расстояние — в метрах, километрах; температура — в
градусах и т.д.

Для измерения количества
информации тоже существуют свои единицы. Минимальную единицу количества
информации называют битом.

Давайте рассмотрим примеры:

1. При бросании монеты возможны
два варианта исхода (орёл или решка). Заранее не известен результат, мы имеем
некоторую неопределённость. После падения монеты виден один вариант вместо двух
(неопределённость исчезла).

2. До проверки контрольной
работы учителем возможны четыре вариант исхода («2», «3», «4», «5»). После
получения оценки остался один вариант (неопределённость исчезла).

Рассмотренные примеры позволяют
сделать вывод: чем больше неопределённости первоначальной ситуации (чем больше
вариантов исхода), тем больше количество информации содержится в сообщении,
снимающем эту неопределённость.

1 бит — это количество
информации в сообщении, которое уменьшает неопределённость в 2 раза.

Следующей по величине единицей
является байт. Байт — это единица измерения количества информации,
состоящая из восьми последовательных и взаимосвязанных битов.

Т.к. в компьютере информация
кодируется с помощью двоичной знаковой системы, поэтому в кратных единицах
измерения количества информации используется коэффициент 2ⁿ.

Существуют кратные байту
единицы измерения количества информации:

1 килобайт (Кбайт) = 2¹⁰
байтов  = 1024 байтов;

1 мегабайт (Мбайт) = 2¹⁰
Кбайт = 1024 Кбайт;

1 гигабайт (Гбайт) = 2¹⁰
Мбайт = 1024 Мбайт.

В этих единицах измеряются
объемы памяти компьютера, размеры файлов.

Задача 1.

На экзамене вы берете
экзаменационный билет, и учитель сообщает вам, что зрительное информационное
сообщение о его номере несет 5 битов информации. Определите количество
экзаменационных билетов.

Для того чтобы определить
количество экзаменационных билетов, достаточно определить количество возможных
информационных сообщений об их номерах. Для этого воспользуемся формулой
Хартли:

Таким образом, количество
экзаменационных билетов равно 32.

Задача 2.

Представьте
себе, что вы управляете движением робота и можете задавать направление его
движения с помощью информационных сообщений: «север»,
«северо-восток», «восток», «юго-восток»,
«юг», «юго-запад», «запад» и
«северо-запад». Какое количество информации будет получать робот
после каждого сообщения?

Исходя
из условия задачи всего возможных информационных сообщений 8, т.е. N=8.
Тогда, воспользовавшись формулой Хартли, мы получим:

Разложим
стоящее в левой части уравнения число 8 на сомножители и представим его в
степенной форме:

Итак,
мы получили:

Равенство
левой и правой частей уравнения справедливо, если равны показатели степени
числа 2. Таким образом, I = 3 бита, т. е. количество информации, которое несет
роботу каждое информационное сообщение, равно 3 битам.

Предыдущий урок 4
Кодирование информации. Коды. Системы кодирования

Следующий урок 6
Алфавитный подход к определению количества информации

Получите полный комплект видеоуроков, тестов и презентаций
Информатика 8 класс

Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Урок информатики в 8-ом классе (№1) Тема: «Измерение информации.

Содержательный и алфавитный подход к измерению информации» | План-конспект урока по информатике и икт (8 класс) на тему:

Урок информатики в 8-ом классе (№1)

Тема: «Измерение информации. Содержательный и алфавитный подход к измерению информации»

Цель: Обобщающий урок по теме, самостоятельная работа.

Задачи:

образовательные – дать понятие количества информации, познакомить с содержательным и алфавитным подходом при определении количества информации, познакомить с единицами измерения информации, формировать практические навыки по определению количества информации.

развивающие – продолжить формирование научного мировоззрения, расширять словарный запас по теме «Информация».

воспитательные – формировать интерес к предмету, воспитывать настойчивость в преодолении трудностей в учебной работе.

Метод обучения: объяснительно-иллюстративный.

Тип урока: комбинированный.

Формы учебной работы учащихся:

фронтальная работа, работа в группах, индивидуальная работа.

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

Оборудование:

• доска,
• маркер,
• мультимедийная установка,
• компьютеры,
• стенды с тематической информацией,
• Программное обеспечение: Mytest, PowerPoint,

План урока:

1.Орг.момент.

2.Повторение пройденного материала в 7 классе.

3. Активация познавательной деятельности

4.Физкультминутка.

5.Закрепление материала. Решение задач.

6.Подведение итогов.

Домашнее задание.

Ход урока:

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

2. Повторение пройденного материала в 7 классе. (см. мультимедийную презентацию)

 1. Сегодня мы с вами вспомним, что такое информация, как она изменяется,в каких единицах измеряется .

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

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

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

— Но как измерить количество информации?

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

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

1. Столица России – Москва (не инф., т.к. уже знаем).
2. Сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы (не инф., уже знаем).
3. Эйфелева башня имеет высоту 300 метров и вес 9000 тонн (инф.).
4. Дифракцией света называется совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и наблюдаются при его распространении в среде с резко выраженной оптической неоднородностью (не инф. , т.к. непонятно).

Следует отличать понятия информация и информативность.

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

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

Вывод: количество информации зависит от информативности.

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

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

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

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

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

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

 Минимальная единица информации называется бит.

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

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

1 байт = 8 бит = 1 символ.

1 килобайт=1024 байт

1мегабайт=1024 килобайт

1 гигабайт=1024 мегабайт

1 терабайт=1024 гигабайт

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

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

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

3. Активация познавательной деятельности

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

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

Ответ: 32=2 I,  т.е. I=5 бит

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

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

Алфавит – конечный набор символов, используемых для представления информации.

Мощность алфавита – число символов в алфавите.

(записать определение в тетрадь)

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

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

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

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

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

4. Физкультминутка. (1 мин.)

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

5. Закрепление материала.  Решение задач на определение количества информации.

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

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

№ 2.  Два текста содержат одинаковое число символов. i=64

И находим i

В какой степени 2 будет равняться 64? В 6-ой степени)

И ответ- 6 бит

6. Подведение итогов урока в форме теста

— Какие существуют подходы к определению количества информации?

Ответ: существует 2 подхода к измерению количества информации – смысловой и технический или алфавитный.

— В чем состоит отличие одного подхода от другого?

 Ответ: при смысловом подходе количество информации – мера уменьшения неопределенности знания при получении информационного сообщения, при алфавитном – количество знаков в сообщении * количество информации, которое несет 1 знак алфавита.

— Назовите единицы измерения информации от самых маленьких до самых больших.

Ответ: бит, байт, Кб, Мб, Гб, Тб.

— На какую величину отличается байт от Кб, Кб от Мб, Мб от Гб?

Ответ: 1024 (210).

— Сколько битов содержится в 1 байте?

Ответ: 8.

— Что такое бит при смысловом и алфавитном подходе к определению количества информации?

Ответ: при смысловом подходе бит – уменьшение неопределенности знания в 2 раза при получении информационного сообщения;

при алфавитном подходе бит – информационная емкость одного знака при двоичном кодировании.

7. Домашнее задание (3 мин.) (С.И.Семакин  «Информатика. Базовый курс. 8 класс»)

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

Framework Statements by Grade Band — k12cs.org

Практика 1. Развитие инклюзивной компьютерной культуры

Создание инклюзивной и разнообразной компьютерной культуры требует стратегий, учитывающих точки зрения людей разного пола, этнической принадлежности и способностей. Включение этих точек зрения предполагает понимание личных, этических, социальных, экономических и культурных контекстов, в которых работают люди. Учет потребностей различных пользователей в процессе проектирования имеет важное значение для создания инклюзивных вычислительных продуктов.

К концу 12 класса учащиеся должны уметь:

На всех уровнях обучения учащиеся должны осознавать, что выбор, который люди делают при создании артефактов, основан на личных интересах, опыте и потребностях. Молодые учащиеся должны начать отличать свои технологические предпочтения от технологических предпочтений других. Первоначально учащимся должны быть представлены точки зрения людей с разным опытом, уровнями способностей и точками зрения. По мере продвижения учащиеся должны самостоятельно искать различные точки зрения на протяжении всего процесса проектирования с целью улучшения своих вычислительных артефактов. Учащиеся, которые хорошо разбираются в развитии инклюзивной компьютерной культуры, должны уметь различать фон и наборы навыков и знать, когда обращаться к другим, например, искать информацию о потенциальных конечных пользователях или намеренно запрашивать информацию у людей с разным опытом.

На любом уровне учащиеся должны осознавать, что пользователи технологий имеют разные потребности и предпочтения и что не все выбирают или могут использовать одни и те же технологические продукты. Например, молодые учащиеся под руководством учителя могут сравнить сенсорную панель и мышь, чтобы изучить различия в удобстве использования. По мере продвижения учащиеся должны учитывать предпочтения людей, которые могут использовать их продукты. Студенты должны быть в состоянии оценить доступность продукта для широкой группы конечных пользователей, таких как люди с различными ограниченными возможностями. Например, они могут заметить, что разрешение конечному пользователю изменять размер и цвет шрифта сделает интерфейс удобным для людей с плохим зрением. В старших классах учащиеся должны быть осведомлены о профессионально принятых стандартах доступности и должны уметь оценивать вычислительные артефакты на предмет доступности. Учащиеся также должны начать выявлять потенциальную предвзятость в процессе проектирования, чтобы максимизировать доступность дизайна продукта. Например, они могут протестировать приложение и порекомендовать его разработчикам, чтобы оно реагировало на словесные команды для пользователей, которые слепы или имеют физические недостатки.

После того, как учащиеся научатся определять различные точки зрения и включать уникальные точки зрения (P1. 1), они должны начать использовать стратегии самоадвокации, например, говорить от своего имени, если их потребности не удовлетворяются. По мере того, как учащиеся продвигаются вперед, они должны защищать своих сверстников, когда кому-то требуется приспособление, такое как периферийное устройство вспомогательных технологий, для использования вычислительного артефакта. В конце концов, студенты должны регулярно защищать как себя, так и других.

Практика 2. Сотрудничество в области вычислений

Совместные вычисления — это процесс выполнения вычислительной задачи путем работы в парах и командах. Поскольку для этого требуется запросить вклад и отзывы других, эффективное сотрудничество может привести к лучшим результатам, чем самостоятельная работа. Сотрудничество требует от людей ориентироваться и учитывать различные точки зрения, противоречивые идеи, разные навыки и разные личности. Студенты должны использовать инструменты для совместной работы, чтобы эффективно работать вместе и создавать сложные артефакты.

К концу 12 класса учащиеся должны уметь:

На любом уровне обучения учащиеся должны работать совместно с другими. С самого начала они должны изучить стратегии работы с членами команды, которые обладают различными индивидуальными сильными сторонами. Например, при поддержке учителя учащиеся должны начать давать каждому члену команды возможность внести свой вклад и работать друг с другом в качестве соучеников. Со временем учащиеся должны стать более опытными в применении стратегий взаимного поощрения и поддержки. Они должны выражать свои идеи с помощью логических рассуждений и совместно находить способы примирения разногласий. Например, если они не согласны, они должны попросить других объяснить свои рассуждения и работать вместе, чтобы принимать уважительные, обоюдные решения. По мере продвижения учащиеся должны использовать методы, позволяющие всем членам группы участвовать. Учащиеся старшего возраста должны стремиться повысить эффективность и результативность команды, регулярно оценивая групповую динамику. Они должны использовать несколько стратегий, чтобы сделать командную динамику более продуктивной. Например, они могут спрашивать мнение более спокойных членов команды, сводить к минимуму перебивание более разговорчивыми членами и воздавать людям должное за их идеи и работу.

После того, как учащиеся получат опыт развития рабочих отношений в команде (P2.1), они должны получить опыт работы в определенных командных ролях. На раннем этапе учителя могут помочь направить этот процесс, предоставив совместные структуры. Например, учащиеся могут по очереди играть разные роли в проекте, такие как ведущий заметок, фасилитатор или «водитель» компьютера. По мере прогресса учащиеся должны становиться менее зависимыми от учителя, распределяющего роли, и становиться более искусными в распределении ролей в своих командах. Например, они должны вместе решить, как по очереди играть разные роли. В конце концов, учащиеся должны самостоятельно организовывать свои собственные команды и создавать общие цели, ожидания и равномерную рабочую нагрузку. Они также должны управлять рабочим процессом проекта, используя планы и сроки, и должны оценивать рабочий процесс, чтобы определять области для улучшения.

На любом уровне учащиеся должны задавать вопросы другим и прислушиваться к их мнению. На раннем этапе, при поддержке учителя, учащиеся должны обращаться за помощью и делиться идеями для достижения определенной цели. По мере продвижения в школе учащиеся должны предоставлять и получать обратную связь, связанную с компьютером, конструктивным образом. Например, парное программирование — это совместный процесс, который способствует предоставлению и получению обратной связи. Учащиеся старшего возраста должны активно слушать, используя навыки задавания вопросов, и должны сочувственно реагировать на других. По мере своего продвижения учащиеся должны иметь возможность получать отзывы от нескольких сверстников и должны уметь различать мнения. В конце концов, студенты должны искать участников из разных сред. Эти участники могут включать конечных пользователей, экспертов или широкую аудиторию онлайн-форумов.

На любом уровне учащиеся должны уметь использовать инструменты и методы для совместной работы над проектом. Например, в младших классах учащиеся могли совместно проводить мозговой штурм, записывая на доске. По мере продвижения учащиеся должны использовать технологические инструменты для совместной работы для управления командной работой, такие как инструменты для обмена знаниями и онлайн-пространства для проектов. Они также должны начать принимать решения о том, какие инструменты лучше всего использовать и когда их использовать. В конце концов, учащиеся должны использовать различные инструменты и методы совместной работы, чтобы получать информацию не только от членов команды и одноклассников, но и от других, таких как участники онлайн-форумов или местных сообществ.

Практика 3. Распознавание и определение вычислительных задач

Способность распознавать подходящие и полезные возможности для применения вычислений — это навык, который развивается с течением времени и занимает центральное место в вычислительной технике. Решение проблемы с помощью вычислительного подхода требует определения проблемы, разбиения ее на части и оценки каждой части, чтобы определить, подходит ли вычислительное решение.

К концу 12 класса учащиеся должны уметь:

На любом уровне учащиеся должны уметь определять задачи, которые были решены с помощью вычислений. Например, молодые студенты могут обсудить технологию, изменившую мир, такую ​​как электронная почта или мобильные телефоны. По мере продвижения они должны задавать уточняющие вопросы, чтобы понять, можно ли решить проблему или часть проблемы с помощью вычислительного подхода. Например, прежде чем пытаться написать алгоритм для сортировки большого списка имен, учащиеся могут задать вопросы о том, как вводятся имена и какой тип сортировки требуется. Старшие учащиеся должны определить более сложные проблемы, которые включают несколько критериев и ограничений. В конце концов, студенты должны быть в состоянии определить реальные проблемы, которые охватывают несколько дисциплин, таких как повышение безопасности велосипеда с помощью новой технологии шлемов, и могут быть решены с помощью вычислений.

В любом классе учащиеся должны уметь разбивать задачи на составные части. В младших классах учащиеся должны сосредоточиться на решении простых задач. Например, в среде визуального программирования учащиеся могут разбить (или разложить) шаги, необходимые для рисования фигуры. По мере того, как учащиеся продвигаются вперед, они должны разбивать более крупные проблемы на более мелкие задачи, с которыми можно справиться. Например, учащиеся младшего возраста могут представлять себе анимацию как несколько сцен и, таким образом, создавать каждую сцену независимо друг от друга. Студенты также могут разбить программу на подцели: получение ввода от пользователя, обработка данных и отображение результата пользователю. В конце концов, когда учащиеся сталкиваются со сложными реальными проблемами, которые охватывают несколько дисциплин или социальных систем, они должны разложить сложные проблемы на управляемые подзадачи, которые потенциально могут быть решены с помощью уже существующих программ или процедур. Например, учащиеся могут создать приложение для решения проблемы сообщества, которое подключается к онлайн-базе данных через интерфейс прикладного программирования (API).

После того, как учащиеся получат некоторый опыт разбора задач (P3.2) и выявления подзадач, которые можно решить с помощью вычислений (P3.1), они должны начать оценивать, является ли вычислительное решение наиболее подходящим решением для конкретной задачи. Например, учащиеся могут задаться вопросом, будет ли полезно использовать компьютер для определения того, говорит ли кто-то правду. По мере продвижения учащиеся должны систематически оценивать возможность использования вычислительных инструментов для решения поставленных задач или подзадач, например, с помощью анализа затрат и результатов. В конце концов, учащиеся должны включить в свои оценки больше факторов, например, как эффективность влияет на осуществимость или вызывает ли предлагаемый подход этические проблемы.

Практика 4. Разработка и использование абстракций

Абстракции формируются путем выявления закономерностей и извлечения общих черт из конкретных примеров для создания обобщений. Использование обобщенных решений и частей решений, предназначенных для широкого повторного использования, упрощает процесс разработки за счет управления сложностью.

К концу 12 класса учащиеся должны уметь:

Учащиеся всех классов должны уметь распознавать закономерности. Молодые учащиеся должны уметь идентифицировать и описывать повторяющиеся последовательности данных или кода по аналогии с визуальными паттернами или физическими последовательностями объектов. По мере продвижения учащиеся должны определять шаблоны как возможности для абстракции, например, распознавать повторяющиеся шаблоны кода, которые можно было бы более эффективно реализовать в виде цикла. В конце концов, учащиеся должны извлекать общие черты из более сложных явлений или процессов. Например, учащиеся должны уметь находить общие черты в нескольких сегментах кода и заменять один сегмент, использующий переменные, для учета различий. В процедуре переменные принимают форму параметров. При работе с данными учащиеся должны уметь определять важные аспекты и находить закономерности в связанных наборах данных, таких как урожайность, методы внесения удобрений и климатические условия.

На всех уровнях учащиеся должны уметь использовать четко определенные абстракции, скрывающие сложность. Точно так же, как автомобиль скрывает рабочие детали, такие как механика двигателя, команда «двигаться» компьютерной программы опирается на скрытые детали, которые заставляют объект менять положение на экране. По мере продвижения учащиеся должны включать предопределенные функции в свои проекты, понимая, что им не нужно знать основные детали реализации используемых ими абстракций. В конце концов, учащиеся должны понять преимущества существующих функций (абстракций), включая технологические ресурсы, созданные другими людьми, такие как библиотеки и интерфейсы прикладного программирования (API), и уметь ими пользоваться. Студенты должны быть в состоянии оценить существующие абстракции, чтобы определить, какие из них должны быть включены в проекты и как они должны быть включены. Например, учащиеся могут создавать мощные приложения, используя существующие сервисы, такие как онлайн-базы данных, которые возвращают геолокационные координаты названий улиц или информацию о питании.

После того, как учащиеся приобретут некоторый опыт выявления паттернов (P4.1), декомпозиции проблем (P3.2), использования абстракций (P4.2) и использования существующих ресурсов (P4.2), они должны начать развивать свои собственные абстракции. По мере продвижения учащиеся должны использовать возможности для разработки обобщаемых модулей. Например, учащиеся могут писать более эффективные программы, разрабатывая процедуры, которые многократно используются в программе. Эти процедуры можно обобщить, определив параметры, создающие разные выходные данные для широкого диапазона входных данных. Позже учащиеся должны быть в состоянии разрабатывать системы взаимодействующих модулей, каждый из которых имеет четко определенную роль, которые координируются для достижения общей цели. В контексте объектно-ориентированного программирования проектирование модуля может включать определение взаимодействий между объектами. На данном этапе эти модули, объединяющие как данные, так и процедуры, могут быть разработаны и задокументированы для повторного использования в других программах. Кроме того, учащиеся могут создавать точки взаимодействия, такие как простой пользовательский интерфейс, текстовый или графический, который снижает сложность решения и скрывает детали реализации более низкого уровня.

Учащиеся всех классов должны уметь представлять закономерности, процессы или явления. Под руководством учащиеся могут рисовать картинки, описывающие простые закономерности, такие как восход и закат, или показывать этапы процесса, например чистки зубов. Они также могут создавать анимацию для моделирования явления, такого как испарение. По мере продвижения учащиеся должны понимать, что компьютеры могут моделировать явления реального мира, и они должны использовать существующие компьютерные симуляции, чтобы изучать системы реального мира. Например, они могут использовать предварительно запрограммированную модель для изучения того, как параметры влияют на систему, например, насколько быстро распространяется болезнь. Учащиеся старшего возраста должны моделировать явления как системы с правилами, регулирующими взаимодействие внутри системы. Учащиеся должны анализировать и оценивать эти модели в сравнении с реальными наблюдениями. Например, учащиеся могут создать простую модель экосистемы «производитель-потребитель» с помощью инструмента программирования. В конце концов, они могли бы перейти к созданию более сложных и реалистичных взаимодействий между видами, таких как хищничество, конкуренция или симбиоз, и оценить модель на основе данных, собранных в природе.

Практика 5. Создание вычислительных артефактов

Процесс разработки вычислительных артефактов включает в себя как творческое самовыражение, так и исследование идей для создания прототипов и решения вычислительных задач. Студенты создают артефакты, которые имеют личное отношение или полезны для их сообщества и за его пределами. Вычислительные артефакты могут быть созданы путем объединения и модификации существующих артефактов или путем разработки новых артефактов. Примеры вычислительных артефактов включают программы, симуляции, визуализации, цифровую анимацию, роботизированные системы и приложения.

К концу 12 класса учащиеся должны уметь:

На любом уровне обучения учащиеся должны участвовать в планировании проекта и создании документов мозгового штурма. Самые маленькие ученики могут сделать это с помощью учителей. С помощью строительных лесов учащиеся должны получить большую независимость и изощренность в планировании, проектировании и оценке артефактов. По ходу обучения учащиеся должны систематически планировать разработку программы или артефакта и намеренно применять вычислительные методы, такие как декомпозиция и абстракция, наряду со знаниями о существующих подходах к проектированию артефактов. Учащиеся должны быть способны размышлять и, при необходимости, изменять план для достижения конечных целей.

Учащиеся всех классов должны разрабатывать артефакты в ответ на задание или вычислительную задачу. В самых ранних классах учащиеся должны иметь возможность выбирать из набора заданных команд создание простых анимированных историй или решение уже существующих задач. Младшие школьники должны сосредоточиться на предметах личного значения. По мере продвижения студенческие выражения должны становиться более сложными и приобретать все более широкое значение. В конце концов, учащиеся должны участвовать в самостоятельном, систематическом использовании процессов проектирования для создания артефактов, которые решают проблемы с социальной значимостью, получая информацию от широкой аудитории.

На всех уровнях обучения учащиеся должны иметь возможность исследовать существующие артефакты, чтобы понять, что они делают. По мере продвижения учащиеся должны попытаться использовать существующие решения для достижения желаемой цели. Например, учащиеся могут прикрепить программируемый датчик света к созданному ими физическому артефакту, чтобы он реагировал на свет. Позже они должны изменить или переделать части существующих программ, чтобы разработать что-то новое или добавить более продвинутые функции и сложность. Например, учащиеся могут изменить предварительно написанный код из однопользовательской игры, чтобы создать игру для двух игроков с немного другими правилами.

Практика 6. Тестирование и уточнение вычислительных артефактов

Тестирование и уточнение — это преднамеренный итеративный процесс улучшения вычислительного артефакта. Этот процесс включает в себя отладку (выявление и исправление ошибок) и сравнение фактических результатов с предполагаемыми результатами. Студенты также реагируют на меняющиеся потребности и ожидания конечных пользователей и улучшают производительность, надежность, удобство использования и доступность артефактов.

К концу 12 класса учащиеся должны уметь:

В любом классе учащиеся должны иметь возможность сравнивать результаты с запланированными результатами. Молодые студенты должны проверить, были ли соблюдены заданные критерии и ограничения. По мере продвижения учащиеся должны тестировать вычислительные артефакты, рассматривая возможные ошибки, например, что произойдет, если пользователь введет неверный ввод. В конце концов, тестирование должно стать осознанным процессом, более итеративным, систематическим и проактивным. Учащиеся старшего возраста должны уметь предвидеть ошибки и использовать эти знания для развития. Например, учащиеся могут протестировать свою программу с входными данными, связанными со всеми потенциальными сценариями.

На любом уровне обучения учащиеся должны уметь выявлять и исправлять ошибки в программах (отладка) и использовать стратегии для решения проблем с вычислительными системами (устранение неполадок). Молодые студенты могут использовать метод проб и ошибок, чтобы исправить простые ошибки. Например, учащийся может попробовать изменить последовательность команд в программе. В контексте оборудования учащиеся могут попытаться починить устройство, перезагрузив его или проверив, подключено ли оно к сети. По мере продвижения учащиеся должны стать более опытными в отладке программ и начать рассматривать логические ошибки: случаи, когда программа работает, но не так, как хотелось бы. Таким образом, учащиеся будут проверять и корректировать собственное мышление. Например, они могут шаг за шагом выполнять свою программу, строка за строкой, чтобы найти цикл, который не завершается должным образом. В конце концов, старшие учащиеся должны перейти к использованию более сложных стратегий для выявления и исправления ошибок, таких как печать значения переменной-счетчика во время выполнения цикла, чтобы определить, сколько раз выполняется цикл.

После того, как учащиеся приобрели опыт тестирования (P6.2), отладки и проверки (P6.1), они должны начать оценивать и улучшать свои вычислительные артефакты. По мере продвижения учащихся процесс оценки и уточнения должен быть направлен на повышение производительности и надежности. Например, учащиеся могли наблюдать за роботом в различных условиях освещения, чтобы определить, что датчик освещенности должен быть менее чувствительным. Позже оценка и уточнение должны стать итеративным процессом, который также включает в себя создание более удобных и доступных артефактов (P1. 2). Например, учащиеся могут учесть отзывы различных конечных пользователей, чтобы определить размер и расположение меню и кнопок в пользовательском интерфейсе.

Практика 7. Общение о компьютерах

Общение включает личное выражение и обмен идеями с другими. В области компьютерных наук учащиеся общаются с различными аудиториями об использовании и эффектах вычислений, а также о целесообразности вычислительных решений. Учащиеся пишут четкие комментарии, документируют свою работу и передают свои идеи с помощью различных средств массовой информации. Четкое общение включает в себя использование точного языка и тщательное рассмотрение возможных аудиторий.

К концу 12 класса учащиеся должны уметь:

На любом уровне обучения учащиеся должны уметь ссылаться на данные при передаче идеи. На раннем этапе учащиеся должны под руководством представить основные данные с помощью визуальных представлений, таких как раскадровки, блок-схемы и графики. По мере продвижения учащиеся должны работать с большими наборами данных и организовывать данные в эти большие наборы, чтобы облегчить их интерпретацию и передачу другим, например, путем создания основных представлений данных. В конце концов, учащиеся должны иметь возможность выбирать соответствующие данные из больших или сложных наборов данных в поддержку заявления или передавать информацию более сложным образом.

В любом классе учащиеся должны иметь возможность говорить о выборе, который они делают при разработке вычислительного артефакта. На раннем этапе они должны использовать язык, который формулирует то, что они делают, и идентифицирует устройства и понятия, которые они используют, с правильной терминологией (например, программа, ввод и отладка). Младшие школьники должны определить цели и ожидаемые результаты своих решений. Попутно учащиеся должны предоставлять конечным пользователям документацию, в которой объясняются их артефакты и то, как они работают, а также давать и получать отзывы. Например, учащиеся могут представить обзор проекта и попросить пользователей внести свой вклад. По мере продвижения учащиеся должны включать четкие комментарии в свой продукт и документировать свой процесс с использованием текста, графики, презентаций и демонстраций.

Все учащиеся должны уметь объяснять понятия владения и совместного использования. На раннем этапе учащиеся должны применять эти концепции к вычислительным идеям и творениям. Они должны выявлять случаи ремиксов, когда идеи заимствуются и повторяются, и давать надлежащую атрибуцию. Они также должны признавать вклад сотрудников. В конце концов, студенты должны рассмотреть общие лицензии, которые налагают ограничения на использование вычислительных артефактов. Например, загруженный образ может иметь ограничения, запрещающие изменение изображения или его использование в коммерческих целях.

Что такое бит (двоичная цифра) в вычислениях?

От

• Роберт Шелдон

Что такое бит (двоичная цифра)?

Бит (двоичная цифра) — это наименьшая единица данных, которую компьютер может обрабатывать и хранить. Бит всегда находится в одном из двух физических состояний, подобно выключателю света. Состояние представлено одним двоичным значением, обычно 0 или 1. Однако состояние также может быть представлено как да/нет, включено/выключено или истинно/ложно. Биты хранятся в памяти за счет использования конденсаторов, удерживающих электрические заряды. Заряд определяет состояние каждого бита, который, в свою очередь, определяет значение бита.

Хотя компьютер может тестировать и обрабатывать данные на уровне битов, большинство систем обрабатывают и хранят данные в байтах. Байт — это последовательность из восьми битов, которые рассматриваются как единое целое. Ссылки на память и хранилище компьютера всегда указываются в байтах. Например, устройство хранения может хранить 1 терабайт (ТБ) данных, что равно 1 000 000 мегабайт (МБ). Чтобы представить это в перспективе, 1 МБ равен 1 миллиону байт или 8 миллионам бит. Это означает, что на диске емкостью 1 ТБ может храниться 8 триллионов бит данных.

Как работает бит

Каждому биту в байте присваивается определенное значение, которое называется разрядным значением . Значения места байта используются для определения значения байта в целом на основе отдельных битов. Другими словами, значения байтов указывают, какой символ связан с этим байтом.

Значение разряда назначается каждому биту в порядке справа налево, начиная с 1 и увеличивая значение путем удвоения для каждого бита, как описано в этой таблице.

Значения разрядов используются в сочетании со значениями битов для получения общего значения байта. Чтобы вычислить это значение, значения мест, связанные с каждым 1 битом, складываются вместе. Эта сумма соответствует символу в применимом наборе символов. Один байт может содержать до 256 уникальных символов, начиная с байта 00000000 и заканчивая байтом 11111111. Различные комбинации битовых комбинаций обеспечивают диапазон от 0 до 255, что означает, что каждый байт может поддерживать до 256 уникальных битовых комбинаций.

Например, заглавной букве «S» в наборе символов Американского стандартного кода для обмена информацией (ASCII) присвоено десятичное значение 83, что эквивалентно двоичному значению 01010011. На этом рисунке показана буква «S» байта и соответствующие значения места.

Схема, иллюстрирующая букву

Байт «S» включает четыре бита 1 и четыре бита 0. При суммировании значений мест, связанных с 1 битами, всего 83, что соответствует десятичному значению, присвоенному символу «S» в верхнем регистре ASCII. Позиционные значения, связанные с битами 0, не добавляются к общему количеству байтов.

Поскольку один байт поддерживает только 256 уникальных символов, в некоторых наборах символов используется несколько байтов на символ. Например, наборы символов формата преобразования Unicode используют от 1 до 4 байтов на символ, в зависимости от конкретного символа и набора символов. Однако, несмотря на эти различия, все наборы символов основаны на соглашении о 8 битах на байт, где каждый бит находится либо в состоянии 1, либо в состоянии 0.

Термин октет иногда используется вместо байта, а термин полубайт иногда используется при обращении к 4-битной единице, хотя это не так часто, как раньше. Кроме того, термин слово часто используется для описания двух или более последовательных байтов. Слово обычно имеет длину 16, 32 или 64 бита.

В телекоммуникациях битрейт — это количество битов, передаваемых за заданный период времени, обычно выражаемое числом битов в секунду или некоторой производной величиной, например, килобитами в секунду.