Структурные элементы и базовые компоненты информационных технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Елабужский государственный педагогический университет

Кафедра технической механики и машиноведения

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Для студентов технолого-экономического факультета педвуза

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

(Структурные элементы и базовые компоненты информационных технологий)

О.В. Шатунова

Елабуга 2007



УДК 681.142.37

ББК 73

Ш 29

Печатается по решению редакционно-издательского совета Елабужского государственного педагогического университета (Протокол №14 от 22.02.2007)

Рецензенты:

И.И. ЕРЕМИНА, зав. кафедрой информатики и дискретной математики Елабужского государственного педагогического университета, кандидат педагогических наук, доцент,

К.К. ЮЛДАШЕВ, ст. преподаватель кафедры информационных систем и технологий Елабужского городского института инновационных технологий.

Шатунова, О.В. Информационные технологии: Учебное пособие / О.В. Шатунова. - Елабуга: Изд-во ЕГПУ, 2007. - 77 с.



ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время среди приоритетов, связанных с созданием необходимых условий для высокого качества образования на первый план выступают те, которые связаны с фундаментализацией содержания образования, социализацией и гуманизацией личности, применению в учебном процессе новых информационных и коммуникационных технологий. В связи с этим изменяются и требования к профессиональной подготовке будущих учителей, в частности, к их технологическому образованию, основой которого является изучение преобразовательной деятельности людей (преобразования материалов, энергии, информации и средств удовлетворения социальных потребностей).

Данное учебное пособие создано на основе чтения автором курса лекций по информационным технологиям на технолого-экономическом факультете Елабужского государственного педагогического университета.

Известно, что материальная технология состоит из следующих модулей: материаловедение, производственное проектирование, производственные процессы, инструментарий, охрана труда и техника безопасности, теория управления предприятием, организацией или учреждением. Аналогично этой структуре, сохраняя логику построения науки, определены базовые компоненты информационной технологии. Это теория информации, информационное моделирование и формализация, информационные процессы, информационные системы, информационная безопасность и информационное моделирование. Поэтому наше учебное пособие подчинено этой схеме.

Первый раздел посвящен вопросам информации и информатизации общества. Во втором разделе рассмотрены все основные структурные элементы информационных технологий. Третий раздел раскрывает содержание базовых информационных технологий, наиболее широко используемых в наше время. Последний раздел содержит необходимые сведения по традиционным информационным технологиям. После каждого раздела указан список использованной литературы и даны вопросы для самоконтроля.

Учебное пособие рассчитано на студентов младших курсов технолого-экономических факультетов педагогических вузов. Кроме того, может быть использовано в качестве ознакомительного курса по информационным технологиям для студентов, изучающих гуманитарные науки.



РАЗДЕЛ 1. ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

1.1 Понятие информационной технологии

Термин «технология» широко употреблялся до недавнего времени только при изучении производственных процессов. Рассмотрим некоторые определения.

«Технология (от греческого - искусство, мастерство, умение и ...логия) - совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции»Советский энциклопедический словарь. - М., 1979. - С. 1338.

«Технология - совокупность производственных методов и процессов отрасли производства, а также научное описание способов производства...»Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка / С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. - М.: ООО «ИТИ Технологии», 2003. - С. 797.

«Технология - ...1) совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката в профессии производства, например, технология металлов, химическая технология, технология строительных работ; 2) наука о способах воздействия на сырье, материалы или полуфабрикаты соответствующими орудиями производств» Политический словарь. - М., 1989. - С. 534.

Очевидно, что технология - это научное решения практических задач, а расцвет современных технологий напрямую можно связать с научно-технической революцией.

Все приведенные определения ориентированы по производственно-промышленному «вектору». Однако, понятие «технология» со временем содержательно оказалось намного богаче. Потенциальные возможности понятия «технология» в ходе его использования в традиционной сфере постоянно возрастали. Область, в пределах которой это понятие употреблялось, стала интенсивно расширяться, и вследствие этого, включать в себя педагогику, социологию, культуру и т.д.

Таким образом, сегодня понятие «технология» можно рассматривать на разных уровнях. На философском уровне технология - учение о наилучшей (оптимальной) деятельности. На межпредметном уровне это процесс, определяемый совокупностью средств и методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья или материала. Наконец, на общеобразовательном уровне технологию определяют как область знаний, методов и средств, используемых для оптимального преобразования и применения материи (материалов), энергии и информации по плану и в интересах человека, общества, окружающей среды.

Замена материального объекта на идеальный (информацию) позволяет использовать понятие технологии в области, касающейся обработки и производства информации с применением современных средств компьютерной техники.

Информация является одним из ценнейших ресурсов общества наряду с такими традиционными материальными видами ресурсов как нефть, газ, полезные ископаемые и др. Понятие «информация» вышло на передний край науки сравнительно недавно. В старых словарях его не найти. Первые научные труды, составившие фундамент теории информации, появились примерно семьдесят лет назад. И чуть более пятидесяти лет назад академик А.Н. Колмогоров отнес информацию к важнейшим научным понятиям и назвал ее первоосновой новых перспективных отраслей науки и техники.

В условиях современного рынка актуальным становится определение информации, которое дает В.Л. Тамбовцев: «Информация - это те продукты или услуги, которые предназначены их производителем для передачи знаний в максимально доступной для потенциального потребителя форме» 12, с. 10.

Понятие информации - это и более широкое, и в каком-то смысле более узкое понятие, чем знание. Общий поток информации, который поступает из внешнего мира в мозг человека через его органы чувств, выражается числом 100 000 битов в секунду. Но лишь тысячная доля этой информационной лавины становится фактом сознания. На своем высшем уровне отражение в своей результативной форме выступает как знание. Зададимся вопросом - можно ли знание отождествлять с информацией? Как пишет А.Г. Спиркин: «...Знание противоположно незнанию, т.е. отсутствию проверенной информации о чем-либо...» 11. Знания могут появиться только после получения и переработки информации. Таким образом, знание выступает звеном в цепи: возникновение - передача - получение - переработка - дальнейшая передача трансформированной информации.

Конечно, понятия «информация» и «знание» очень близки, а знание, осведомленность играют сегодня очень важную роль в жизни людей. Для технической науки, как информатика, понятие информации, однако, не может основываться на таких антропоцентрических понятиях, как знание, и не может опираться только на объективность фактов и свидетельств. Об этом пишет С.В. Симонович 7, с. 13: «Средства вычислительной техники обладают способностью обрабатывать информацию автоматически, без участия человека, и ни о каком знании или незнании здесь речь идти не может. Эти средства могут работать с искусственной, абстрактной и даже с ложной информацией, не имеющей объективного отражения ни в природе, ни в обществе». В своей книге он дает следующее определение информации: «Информация - это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов».

Приведем еще одно определение информации: «Информатика рассматривает информацию как концептуально связанные между собой сведения, данные, понятия, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира» 8, с. 41. Кроме понятия «информация» в информатике часто используется понятие «данные». Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. Если данные участвуют в процессе снятия неопределенности, то данные становятся информацией. Следовательно, можно утверждать, что информацией являются используемые данные.

Итак, для различных областей науки существуют свои определения понятия «информация».

Идея включения информации в цепочку производства информационного продукта принадлежит В.М. Глушкову. В 1982 году в своей книге «Основы безбумажной информатики» он дал следующее определение: «Информационные технологии - процессы, где основной перерабатываемой продукцией является информация» 6, с. 334. Отсюда вытекает положение о том, что информационные технологии использовались всегда, так как задачи накопления, обработки и распространения информации стояли перед человечеством на всех этапах его развития. Особенно широко информационные технологии применялись для обучения.

Почему же об информационных технологиях заговорили не так давно? Н.В. Апатова отмечает, что «методические системы не называли информационными технологиями потому, что данный термин связан с появлением вычислительной техники» 2, с. 6. По мнению Н.В. Апатовой, информационная технология - это некая методическая система, то есть часть педагогической технологии.

В некоторых работах мы встречаемся с такими определениями информационных технологий обучения, которые не дают полного представления обо всех областях их применения. В частности, Н.В. Апатова пишет: «Информационная технология обучения - процесс подготовки и передачи информации обучаемому, средством осуществления которого является компьютер» [2, с. 7]. Здесь правильнее было бы говорить о компьютерных, а не об информационных технологиях обучения, так как понятие информационных технологий гораздо шире.

В 5, с. 20 дается следующее определение: «Информационная технология - комплекс методов, способов и средств, обеспечивающих хранение, обработку, передачу и отображение информации и ориентированных на повышение эффективности и производительности труда».

Под информационными технологиями в широком смысле будем понимать совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта) 3, с. 87.

Существенным отличием информационных технологий от других областей науки и производства является то, что они претерпевают постоянные изменения, вызванные бурным развитием средств компьютерной техники и современной связи. Сегодня говорят не просто об информационных технологиях, а о современных или новых информационных технологиях (НИТ). Их основу, по мнению А.Н. Богатырева, А.В. Коптелова и Г.Н. Некрасовой, составляют пять технических достижений [4, с. 5]:

Появление новой среды накопления информации на машиночитаемых носителях.

Развитие средств связи, обеспечивающих доставку информации практически в любую точку земного шара без существенных ограничений во времени и расстоянии, широкий охват населения средствами связи.

Динамичное развитие микропроцессорной техники, обеспечивающей возможность цифровой обработки информации.

Возможность автоматизированной обработки информации с помощью компьютера по заданным алгоритмам.

Возникновение и бурное развитие сети Интернет.

Итак, новыми информационными технологиями обучения будем называть совокупность электронных средств и способов их функционирования, используемых для реализации обучающей деятельности. Технологии, которые существовали до появления вычислительной, микропроцессорной техники, будем называть традиционными информационными технологиями. Они по-прежнему успешно применяются в образовании и вряд ли будут полностью вытеснены новыми информационными технологиями.

Что же является целью информационной технологии? В 3, с. 344 находим: «Цель информационной технологии - производство информации, удовлетворяющей информационные потребности человека. Чаще всего эти потребности связаны с принятием решений в таких сферах, как познание, общение, практическая (производственная) деятельность». В этой же работе отмечается, что отличительной особенностью технологии является то, что применение одной и той же технологии к одинаковому исходному «сырью» дает в результате «продукт» одного и того же качества. С другой стороны, применяя разные технологии к одному и тому же ресурсу, можно получить разные продукты.

Подобно тому, как в материальной технологии выделяются ее составляющие (материаловедение, проектирование, производственные процессы, инструментарий, техника безопасности и охрана труда, теория управления предприятием), так и информационную технологию можно разделить на части: теория информации, моделирование и формализация, информационные процессы, информационные системы, информационная безопасность и информационное управление.

Информационная технология, как и любая другая, должна отвечать следующим требованиям:

· обеспечивать высокую степень разделения всего процесса обработки информации на этапы, операции, действия;

· включать весь набор элементов, необходимых для достижения поставленной цели;

· иметь регулярный характер. Этапы, действия, операции технологического процесса могут быть стандартизированы и унифицированы, что позволит более эффективно осуществлять целенаправленное управление информационными процессами.

На сегодняшний день существуют различные подходы к проблеме классификации информационных технологий. Приведем несколько классификаций. В 8 выделяются следующие виды информационных технологий:

· информационная технология обработки данных,

· информационная технология управления,

· автоматизация офиса,

· информационная технология поддержки принятия решений,

· информационная технология экспертных систем.

В 13, с. 17 информационные технологии подразделяют на различные виды следующим образом:

· функционально-ориентированные информационные технологии, предназначенные для реализации определенных задач,

· предметно-ориентированные информационные технологии, предназначенные для решения конкретных задач в определенной предметной области,

· проблемно-ориентированные информационные технологии, предназначенные для решения типовых прикладных задач.

Мы будем придерживаться классификации, приведенной авторами учебника 3, которая составлена в зависимости от формы представления обрабатываемой информации:

· технологии обработки текстовой информации,

· технологии обработки числовой информации,

· технологии обработки графической информации,

· технологии обработки звуковой информации,

· технологии работы в глобальных сетях,

· социальные информационные технологии.

Выбор данной классификации объясняется тем, что сложилась традиция обучать школьников и студентов именно этим видам информационных технологий.

1.2 Информатизация общества

В истории человеческого общества несколько раз происходили радикальные изменения и в информационной области, которые можно назвать информационными революциями.

Первая информационная революция была связана с изобретением письменности. Письменность создала возможность накопления и распространения знаний, для передачи знаний будущим поколениям. Цивилизации, освоившие письменность, развивались быстрее других, достигали более высокого культурного и экономического уровня. Примерами могут служить Древний Египет, страны Междуречья, Китай. Позднее переход от пиктографического и идеографического письма к алфавитному, сделавший письменность более доступной, в значительной степени способствовал смещению центров цивилизации в Европу (Греция, Рим).

Вторая информационная революция (середина XVI в.) была связана с изобретением книгопечатания. Стало возможным не только сохранять информацию, но и сделать ее массово-доступной. Грамотность становится массовым явлением. Все это ускорило рост науки и техники, помогло промышленной революции. Книги перешагнули границы стран, что способствовало началу создания общечеловеческой цивилизации.

Третья информационная революция (конец XIX в.) была обусловлена прогрессом средств связи. Телеграф, телефон, радио позволили оперативно передавать информацию на любые расстояния. Эта революция не случайно совпала с периодом бурного развития естествознания.

Четвертая информационная революция (70-е гг. XX в.) связана с появлением микропроцессорной техники и, в частности, персональных компьютеров. Вскоре после этого возникли компьютерные телекоммуникации, радикально изменившие системы хранения и поиска информации. Были заложены основы преодоления информационного кризиса.

Четвертая информационная революция дала толчок к столь существенным переменам в развитии общества, что для его характеристики появился новый термин «информационное общество».

Само название впервые возникло в Японии. Специалисты, предложившие этот термин, разъяснили, что он определяет общество, в котором в изобилии циркулирует высокая по качеству информация, а также есть все необходимые средства для ее хранения, распределения и использования. Информация легко и быстро распространяется по требованиям заинтересованных людей и организаций и выдается им в привычной для них форме. Стоимость пользования информационными услугами настолько невысока, что они доступны каждому.

Академик В.А. Извозчиков предлагает следующее определение: «Будем понимать под термином «информационное» («компьютеризированное») общество то, во все сферы жизни и деятельности членов которого включены компьютер, телематика, другие средства информатики в качестве орудий интеллектуального труда, открывающих широкий доступ к сокровищам библиотек, позволяющих с огромной скоростью производить вычисления и перерабатывать любую информацию, моделировать реальные и прогнозируемые события, процессы, явления, управлять производством, автоматизировать обучение и т.д.» 9, с. 107. Здесь термин «телематика» означает обработку информации на расстоянии.

Проследим более детально существующие тенденции в развитии информационного общества. Однако вначале отметим, что в настоящее время ни одно государство не находится в этой стадии. Ближе всех к информационному обществу подошли США, Япония, ряд стран Западной Европы.

Не существует общепринятого критерия оценки полномасштабного информационного общества, однако известны его формулировки. Интересный критерий предложил академик А.П. Ершов: «О фазах продвижения к информационному обществу следует судить по совокупным пропускным способностям каналов связи» 9, с. 108. За этим стоит простая мысль: развитие каналов связи отражает и уровень компьютеризации, и объективную потребность общества во всех видах информационного обмена, и другие проявления информатизации. Согласно этому критерию, ранняя стадия информатизации общества наступает при достижении действующей в нем совокупной пропускной способности каналов связи, обеспечивающей развертывание достаточно надежной междугородной телефонной сети. Завершающая фаза - при возможности реализации надежного и оперативного информационного контакта между членами общества по принципу «каждый с каждым». На завершающей фазе пропускная способность каналов связи должна быть в миллион раз больше, чем в первой фазе.

Следует обратить внимание на то, что сегодня все больше людей в обществе заняты работой с информацией. Информация позволяет человеку познавать мир, ощущать себя его частью, общаться с другими людьми, воспитывать детей, решать бытовые проблемы, заниматься различного рода деятельностью, творческим трудом. С помощью информации организуется совместный труд людей на предприятиях, образуются их профессиональные союзы и общества. Информация является основой деятельности органов законодательной, исполнительной и судебной власти, системы государственного управления.

Информационное общество - общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формой - знаний. Движущей силой развития общества должно стать производство не материального, а информационного продукта. Материальный продукт станет более информационно емким, что означает увеличение доли инноваций, дизайна и маркетинга в его стоимости.

Согласно мнению ряда специалистов, США завершат в целом переход к информационному обществу к 2020 году, Япония и большинство стран Западной Европы к 2030-2040 годам.

Переход к информационному обществу сопровождается переносом центра тяжести в экономике с производства материальных благ (товаров) на оказание услуг, что влечет за собой значительное снижение добычи и переработки сырья и расхода энергии.

Вторая половина XX века, благодаря информатизации, сопровождалась перетоком людей из сферы прямого материального производства в информационную сферу. Промышленные рабочие, составлявшие в середине XX века более 2/3 населения, сегодня в развитых странах составляют менее 1/3. Значительно разросся социальный слой, который называют «белые воротнички» - люди наемного труда, не производящие непосредственно материальных ценностей, а занятые обработкой информации (в широком смысле): учителя, банковские служащие, программисты и т. д. Так, к 1980 году в сельском хозяйстве было занято 3% работающих, в промышленности - 20%, в сфере обслуживания - 30%, и 47% людей было занято в информационной сфере 9, с. 108.

Самое главное, информатизация изменила и характер труда в традиционных отраслях промышленности. Появление робототехнических систем, повсеместное внедрение элементов микропроцессорной техники является основной причиной этого явления.

Приведем пример: в станкостроительной отрасли в США в 1990 году было занято 330 тыс. человек, а к 2005 году осталось 14 тыс. человек. Это произойдет за счет массового сокращения людей на сборочных линиях, вследствие внедрения вместо них роботов и манипуляторов.

Еще одна характерная черта в этой сфере - появление развитого рынка информационных продуктов и услуг. Этот рынок включает секторы:

деловой информации (биржевая, финансовая, статистическая, коммерческая информация);

профессиональной информации (научно-техническая информация, первоисточники и пр.);

потребительской информации (новости, всевозможные расписания, развлекательная информация);

услуг образования и другие.

Однако есть и негативная сторона процесса информатизации, суть которой заключается в том, что поток информации, хлынувший на человека, столь велик, что недоступен обработке в приемлемое время. Это так называемый информационный кризис.

Это явление имеет место и в научных исследованиях, и в технических разработках, и в общественно-политической жизни. В нашем усложняющемся мире принятие решений становится все более ответственным делом, а оно невозможно без полноты информации.

Ускорение накопления общего объема знаний происходит с удивительной быстротой. В начале XX века общий объем всей производимой человечеством информации удваивался каждые 50 лет, к 1950 году удвоение происходило каждые 10 лет, к 1970 году - уже каждые 5 лет; конца этому процессу ускорения пока не видно.

Информационный кризис проявляется в следующем:

информационный поток превосходит ограниченные возможности человека по восприятию и переработке информации;

возникает большое количество избыточной информации (так называемый «информационный шум»), которая затрудняет восприятие полезной для потребителя информации;

возникают экономические, политические и другие барьеры, которые препятствуют распространению информации (например, по причине секретности).

Частичный выход из информационного кризиса видится в применении новых информационных технологий. Внедрение современных средств и методов хранения, обработки и передачи информации многократно снижают барьер доступа к ней и скорость поиска. Разумеется, одни лишь технологии не могут решить проблему, имеющую и экономический характер (информация стоит денег), и юридический (информация имеет собственника), и ряд других. Эта проблема комплексная и решается усилиями как каждой страны, так и мирового сообщества в целом.

В основе информационной революции лежит взрывное развитие информационных и коммуникационных технологий. В этом процессе отчетливо наблюдается и обратная связь: движение к информационному обществу резко ускоряет процессы развития указанных технологий, делая их широко востребованными.

Однако сам по себе бурный рост производства средств вычислительной техники, начавшийся с середины XX века, не стал причиной перехода к информационному обществу. Компьютеры использовались сравнительно небольшим числом специалистов до тех пор, пока существовали обособленно. Важнейшим этапом на пути в информационное общество стало:

· создание телекоммуникационной инфраструктуры, включающей в себя сети передачи данных;

· появление огромных баз данных, доступ к которым через сети получили миллионы людей;

· выработка единых правил поведения в сетях и поиск в них информации.

Огромную роль в обсуждаемом процессе сыграло создание международной компьютерной сети Интернет. Сегодня она представляет собой колоссальную и быстро (на 10-15% в месяц) растущую систему, число пользователей которой перевалило за 200 миллионов человек.

Необходимо отметить, что в настоящее время в мире наблюдается отказ от создания собственных корпоративных сетей в пользу открытых стандартизованных систем и их интеграции в Интернет (за исключением, конечно, сетей специального назначения, в которых очень высоки требования к безопасности информации).

Информационные и коммуникационные технологии постоянно развиваются. Постепенно происходит универсализация ведущих технологий, то есть вместо создания для решения каждой задачи собственной технологии разрабатываются мощные универсальные технологии, допускающие много вариантов использования. Хорошо знакомый пример - офисные системы программного обеспечения, в которых можно производить множество разнообразных действий, от простейшего набора текста до создания специальных программ (например, начисления заработной платы с помощью табличного процессора).

Универсализации информационных технологий способствует широкое использованием мультимедиа. Современная мультимедийная система способна объединить функции, например, компьютера, телевизора, радиоприемника, телефона, автоответчика, факса, обеспечивая при этом и доступ к сетям передачи данных.

Существование вычислительной техники приводит к персонализации и миниатюризации устройств хранения информации. Крошечные, умещающиеся на ладони устройства, имеющие все функции персонального компьютера, позволяют человеку обзавестись собственным универсальным справочником, объем информации в котором сопоставим с несколькими энциклопедиями. Поскольку это устройство может быть подключено к сети, то оно же передает и оперативные данные, например: о погоде, текущем времени, состоянии пробок на дорогах и т. д.

Рассмотрим понятие «информационная культура». Понятие информационной культуры личности в настоящее время окончательно не определено и трактуется по-разному. Наиболее часто оно употребляется для обозначения широты знаний специалиста.

Разнообразие взглядов, характеризующих отдельные стороны информационной культуры специалиста, таким образом, сводится по крайней мере к трем позициям. В качестве предмета при ее анализе все авторы исследуют знания, которыми должен владеть специалист. Это-первое, что объединяет их при обсуждении данной проблемы. Второе связано с тем, что информационная культура обозначается как качественная характеристика личности. Третье - она отражает уровень информатизации общества.

Современный этап перехода человечества, от «индустриального общества» к «информационному» выдвигает ряд требований к деятельности субъекта, которые дают основание говорить о некоторых общих подходах к формированию информационной культуры участников образовательного процесса. Человеку информационного общества необходимы такие знания и навыки, которые, с одной стороны, энергично и эффективно можно использовать для дальнейшего продвижения науки, техники, культуры, для выявления огромного потенциала компьютерных технологий, а, с другой стороны, эти знания и навыки должны стать гарантом суверенизации личности ради наиболее полной реализации созидательных ресурсов человека.

Анализ теоретических источников показывает, что некоторые грани информационной культуры человека в достаточной степени определены. Сформулированы требования к специалисту - выпускнику педагогического института; рассмотрены отдельные стороны информационной культуры; выявлены специфические черты современных процессов, происходящих в обществе. Информационная культура является составной частью педагогической культуры. Важнейшей составляющей информационной культуры в современных условиях, в свою очередь, является компьютерная культура участника образовательного процесса.

К общей компьютерной культуре целесообразно отнести навыки использования компьютерной техники и эрудицию в области созданных для этого профессиональных прикладных программ. К специальной компьютерной культуре - знания, обеспечивающие возможность специалисту работать на стыке своей профессии с информатикой и вычислительной техникой. Она развивается на понимании основных идей информатики и представлений о роли информационных и телекоммуникационных технологий в жизни общества и в профессиональной деятельности специалиста, а также общих навыков использования компьютерной техники, умения использовать компьютеризированные информационные и телекоммуникационные технологии.

Для 96% участников образовательного процесса компьютерная культура предполагает наличие знаний, обеспечивающих возможность преподавателю и студенту пользоваться при обучении основными понятиями информатики, вычислительной техники, а также владение навыками решения задач профессиональной деятельности с использованием компьютеров, эрудицию в области созданных для этого специальных прикладных программ [10, с. 86].

Совершенствование компьютерной культуры - настоятельное веление времени, непременное требование к современному специалисту. Для решения этой проблемы во всех учебных заведениях, необходимо формировать новое мышление, опирающееся на осознание безусловной необходимости использования и применения в любом виде профессиональной деятельности педагога современной компьютерной техники, информационных и телекоммуникационных технологий, овладение которыми возможно лишь на базе компьютерной грамотности.

Успешная реализация задач постепенного, но постоянного повышения уровня компьютерной грамотности всех участников процесса обучения в педагогическом институте обеспечивается следующими условиями:

· изучением студентами предметов информационного цикла, дающих обучаемым знания, умения и навыки, достаточные знания правильного понимания значения информации и эффективной работы с технологиями целенаправленной деятельности, функционирующими на основе производства различных операций с профессионально значимой информацией (информационными технологиями);

· созданием благоприятных условий заинтересованности преподавательского состава в повышении уровня своей компьютерной подготовки.

Данная цель связана не столько с формированием необходимого уровня компьютерной грамотности, сколько, наряду с ним, с изучением и усвоением обучаемыми особенностей и возможностей одного из основных видов проявления человеческого интеллекта - системного мышления. Изучение системного подхода воспитывает особую культуру мышления, и поэтому оно окажется продуктивным в освоении не только математики, информатики, но практически всех дисциплин, предметом изучения которых являются сложные объекты окружающего мира.

Внедрение информационных технологий в образовательный процесс предполагает овладение компьютерной культурой как со стороны объектов, так и со стороны субъектов процесса обучения.

Главным условием здесь является всесторонняя и целенаправленная подготовка к умелому и грамотному использованию информационных технологий преподавательским составом. Именно от их увлеченности современной компьютерной техникой зависит активное внедрение информационных технологий в образовательный процесс вуза, а также успешное обучение основам устройства и применения компьютеров.

1.3 Информация, ее представление и измерение

Наверное, самый сложный вопрос в информатике - это «Что такое информация?». Мы уже отмечали, что на него нет однозначного ответа. Такие понятия иногда называют «контекстными», то есть придаваемый им смысл зависит от контекста, в котором они употребляются.

Информация обладает динамическим характером. Она существует только в момент взаимодействия данных и методов. Все остальное время она пребывает в состоянии данных. Таким образом, информация существует только в момент протекания информационного процесса.

Одни и те же данные могут в момент потребления поставлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Например, для учащегося, не владеющего каким-либо языком, текст, написанный на этом языке, дает только ту информацию, которую можно получить методом наблюдения (количество символов, наличие незнакомых символов и т.д.). Использование же более адекватных методов даст иную информацию.

Данные являются объективными, поскольку это результат регистрации объективно существовавших сигналов, вызванных изменениями в материальных телах или полях. В то же время, методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами). В основе естественных методов лежат биологические свойства субъектов информационного процесса. Таким образом, «информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов» 3, с. 15.

Характерной особенностью информации, отличающей ее от других объектов природы и общества, является то, что на свойства информации влияют свойства данных, составляющих ее содержательную часть, и свойства методов, взаимодействующих с данными в ходе информационного процесса. Информация обладает множеством свойств. Каждая научная дисциплина рассматривает те свойства, которые ей наиболее важны. С точки зрения информатики и педагогики наиболее важными представляются следующие свойства: объективность, полнота, достоверность, адекватность, доступность и актуальность информации.

Объективность и субъективность информации. Понятие объективности является относительным, так как методы являются субъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент.

Полнота информации. Полнота информации во многом характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать.

Достоверность информации. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» - всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего полезные данные сопровождаются определенным уровнем «информационного шума». Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой.

Адекватность информации - это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.

Доступность информации - мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки данных приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной.

Актуальность информации - это степень соответствия информации текущему моменту времени. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям.

Репрезентативность информации связана с правильностью ее отбора и формирования в целях адекватного отражения свойств объекта. Важное значение здесь имеют:

· правильность концепции, на базе которой сформулировано исходное понятие;

· обоснованность отбора существенных признаков и связей отображаемого явления.

Нарушение репрезентативности информации нередко приводит к существенным ее погрешностям.

Содержательность информации отражает семантическую емкость, равную отношению количества семантической информации в сообщении к объему обрабатываемых данных, то есть

,

где I_c - количество семантической информации,

V_д - объем данных.

Точность информации определяется степенью близости получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.

Устойчивость информации отражает ее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности. Устойчивость информации, как и репрезентативность, обусловлена выбранной методикой ее отбора и формирования.

Приведем классификацию информации, данную С.А. Бешенковым и Е.А. Ракитиной 3, с. 43:

По способу восприятия:

· визуальная,

· аудиальная,

· обонятельная,

· вкусовая,

· тактильная.

По степени значимости:

· личная,

· специальная,

· общественная.

Личная - это знания, опыт, интуиция, умения, планы, прогнозы, эмоции, чувства, наследственная память конкретного человека. Специальная делится на научную, производственную, техническую, управленческую. Общественная включает в себя общественно-политическую, научно-популярную, обыденную, эстетическую.

По форме представления:

· текстовая,

· числовая,

· графическая,

· звуковая.

По способам (субъектам) обмена:

· социальная,

· техническая,

· биологическая,

· генетическая.

Приведем другой вариант классификации информации:

· по сфере применения информации (экономическая, географическая, социологическая и пр.);

· по характеру источников информации (первичная, вторичная, обобщающая и пр.);

· по характеру носителя информации (информация, «зашифрованная» в молекулах ДНК или в длинах световых волн, информация на бумажном или магнитном носителе и пр.).

В зависимости от типа носителя различают следующие виды информации 1, с. 51:

· документальную;

· акустическую (речевую);

· телекоммуникационную.

Документальная информация представляется в графическом или буквенно-цифровом виде на бумаге, а также в электронном виде на магнитных и других носителях.

Речевая информация возникает в ходе ведения разговоров, а также при работе систем звукоусиления и звуковоспроизведения. Носителем речевой информации являются звуковые колебания в диапазоне частот от 200…300 Гц до 4…6 кГц.

Телекоммуникационная информация циркулирует в технических средствах обработки и хранения информации, а также в каналах связи при ее передаче. Носителем информации при ее обработке техническими средствами и передаче по проводным каналам связи является электрический ток, а при передаче по радио- и оптическому каналам - электромагнитные волны.

Источник информации может вырабатывать непрерывное сообщение (сигнал), в этом случае информация называется непрерывной, или дискретной - информация называется дискретной.

Например, сигналы, передаваемые по радио и телевидению, а также используемые в магнитной записи, имеют форму непрерывных, быстро изменяющихся во времени зависимостей. Такие сигналы называются непрерывными, или аналоговыми сигналами. В противоположность этому в телеграфии и вычислительной технике сигналы имеют импульсную форму и называются дискретными сигналами.

Сравнивая непрерывную и дискретную формы представления информации, нетрудно заметить, что при использовании непрерывной формы для создания вычислительной машины потребуется меньшее число устройств (каждая величина представляется одним, а не несколькими сигналами), но эти устройства будут сложнее (они должны различать значительно большее число состояний сигнала).

Информация, циркулирующая в обществе, требует специальных средств и методов обработки, хранения и использования. Сформировались новые научные дисциплины - кибернетика, бионика, робототехника и другие, имеющие своей целью изучение закономерностей информационных процессов.

Существует три подхода к измерению информации:

I подход. - Неизмеряемость информации в быту (информация как новизна).

II подход. - Технический или объемный (информация как сообщения в форме знаков или сигналов, хранимые, перерабатываемые и обрабатываемые с помощью технических устройств).

В вычислительной технике применяются две стандартные единицы измерения информации: бит и байт. Поскольку компьютер предназначен для обработки больших объемов информации, то используют производные единицы - килобайт (Кб), мегабайт (Мб), гигабайт (Гб). Обычно приставка «кило» означает тысячу, а приставка «мега» - миллион. Но в вычислительной технике осуществляется привязка к принятой двоичной системе кодирования.

В силу этого один килобайт равен не 1000 байтов, а 2¹⁰ = 1024 байта.

Аналогично, 1 Мб = 2¹⁰ Кб = 1024 Кб = 2²⁰ байтов = 1 048 576 байтов.

1 Гб = 2¹⁰ Мб = 1024 Мб = 2²⁰ Кб = 2³⁰ байтов = 1 073 741 824 байта.

III подход. - Вероятностный. Измерение информации в теории информации (информация как снятая неопределенность).

Получение информации (ее увеличение) означает увеличение знания, что, в свою очередь, означает уменьшение незнания или информационной неопределенности.

За единицу количества информации принимают выбор одного из двух равновероятных сообщений («да» или «нет», «1» или «0»). Она также названа битом.



Вопросы для самопроверки

1. Определите суть информационных технологий.

2. Что такое информация в современном мире?

3. Перечислите свойства информации. Как они проявляются?

4. Какие существуют подходы к измерению информации?

5. Что составляет основу современных информационных технологий?

6. Каким требованиям должна отвечать информационная технология?

7. Приведите классификацию информационных технологий.

8. Как вы себе представляете информационное общество?

9. В чем проявляется информационный кризис?

10. В чем состоит процесс информатизации?

11. Дайте определение информационной культуре. Что значит быть информационно культурным человеком?

12. Расскажите об информационных революциях в истории развития цивилизации.



РАЗДЕЛ 2. СЛАГАЕМЫЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Мы уже отмечали, что материальная технология состоит из следующих модулей: материаловедение, производственное проектирование, производственные процессы, инструментарий, охрана труда и техника безопасности, теория управления предприятием, организацией или учреждением. Аналогично этой структуре, сохраняя логику построения науки, определим базовые компоненты информационной технологии. Это теория информации, информационное моделирование и формализация, информационные процессы, информационные системы, включающие в себя техническую базу информационных технологий и программное обеспечение, информационная безопасность и информационное управление. Таким образом, содержание информационных технологий включает в себя технологические, общенаучные, социальные и экономические аспекты.

2.1 Информационное моделирование и формализация

Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создает и использует модели окружающего мира. Строгие правила построения моделей сформулировать невозможно, однако человечество накопило богатый опыт моделирования различных объектов и процессов.

Термин «модель» в реальной жизни имеет множество значений 1, с. 110-113.

Модель - это:

· некоторое упрощенное подобие реального объекта;

· воспроизведение предмета в уменьшенном или увеличенном виде (макет);

· схема, изображение или описание какого-либо явления или процесса в природе и обществе;

· физический или информационный аналог объекта, функционирование которого по определенным параметрам подобно функционированию реального объекта;

· некий объект-заместитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал, воспроизводя интересующие нас его свойства и характеристики, причем имеет существенные преимущества или удобства;

· новый объект, который отражает некоторые стороны изучаемого объекта или явления, существенные с точки зрения цели моделирования;

· новый объект (реальный, информационный или воображаемый), отличный от исходного, который обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяет исходный объект.

Все многообразие моделей делится на три класса:

· материальные (натурные) модели (некие реальные предметы - макеты, муляжи, эталоны) - уменьшенные или увеличенные копии, воспроизводящие внешний вид моделируемого объекта, его структуру или поведение;

· воображаемые модели (геометрическая точка, математический маятник, идеальный газ, бесконечность);

· информационные модели - описания моделируемого объекта на одном из языков кодирования информации (словесное описание, схемы, чертежи, карты, рисунки, научные формулы, программы и пр.).

Приведем полную классификацию информационных моделей.

Информационная (абстрактная) модель - описание объекта на каком-либо языке. Абстрактность модели проявляется в том, что ее компонентами являются сигналы и знаки (вернее, заложенный в них смысл), а не физические тела.

Дескриптивная модель - словесное описание объекта, выраженное средствами того или иного языка.

Математическая модель - 1) совокупность записанных на языке математики соотношений (формул, неравенств, уравнений, логических соотношений), определяющих характеристики состояния объекта в зависимости от его элементов, свойств, параметров, внешних воздействий, 2) приближенное описание объекта, выраженное с помощью математической символики.

Статические модели отображают объект в какой-то момент времени без учета происходящих с ним изменений, как находящийся в состоянии покоя или равновесия (отсутствует параметр времени).

Динамические модели описывают поведение объекта во времени.

Детерминированные модели отображают процессы, в которых отсутствуют случайные воздействия.

Вероятностные (стохастические) модели - описание объектов, поведение которых определяется случайными воздействиями (внешними или внутренними); описания вероятностных процессов и событий, характер изменения которых во времени точно предсказать невозможно.

Имитационная компьютерная модель - отдельная программа, совокупность программ, программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта, системы объектов при условии воздействия на объект различных факторов.

Имитационная алгоритмическая модель - содержательное описание объекта в форме алгоритма, отражающее структуру и процессы функционирования объекта во времени, учитывающее воздействие случайных факторов.

Гносеологическая модель - описание объективных законов природы.

Концептуальная модель описывает выявленные причинно-следственные связи и закономерности, присущие исследуемому объекту и существенные в рамках определенного исследования.

Сенсуальные модели - модели чувств, эмоций, либо модели, оказывающие воздействие на чувства человека (музыка, поэзия, живопись, танец).

Аналоговая модель - аналог объекта, который ведет себя как реальный объект, но не выглядит как таковой.

Моделирование - это:

· построение моделей реально существующих объектов (предметов, явлений, процессов);

· замена реального объекта его подходящей копией;

· исследование объектов познания на их моделях.

Потребность в моделировании возникает в таких сферах человеческой деятельности как познание, общение, практическая деятельность. Аспекты моделирования характеризуются свойствами:

· внешний вид - набором признаков;

· структура - перечнем элементов и указанием отношений между ними;

· поведение - изменением внешнего вида и структуры с течением времени.

Определим этапы моделирования:

Постановка целей моделирования.

Анализ моделирования объекта и выделение всех его известных свойств.

Анализ выделенных свойств и определение существенных из них.

Выбор формы представления модели.

Формализация.

Анализ полученной модели на противоречивость.

Анализ адекватности полученной модели объекту и цели моделирования.

Формализация - это приведение существенных свойств и признаков объекта моделирования к выбранной форме.

Чтобы построить модель, необходимо придать объекту форму. Суть формализации состоит в принципиальной возможности разделения объекта и его обозначения. Для того, чтобы обозначить объект, нужно ввести некоторый набор знаков. Знак - это элемент конечного множества отличных друг от друга элементов. Следует обратить внимание на то, что понятие знака является одним из базисных понятий науки. Точного определения дать невозможно. Поэтому стоит ограничиться указанием основных черт знака:

Способность знака выступать в качестве заместителя денотата (объекта).

Нетождественность знака и денотата - знак никогда не может полностью заменить обозначаемое.

Многозначность соответствия «знак - денотат».

Язык - знаковая система, используемая в целях познания и коммуникации. Следует рассмотреть характеристики языка и указать, что языки могут быть естественными и искусственными. Правила искусственного языка являются строго и однозначно определенными, поэтому такой язык называется формализованным.

Процесс формализации текстовой информации (представление информации в форме графа, чертежа, схемы и т.д.) осуществляется с целью ее однозначного понимания, облегчения и ускорения ее обработки. Формализовать можно и оформление текста. Этот процесс заключается в использовании бланков, формуляров, шаблонов заранее определенной и часто законодательно утвержденной формы.

Таблицы - форма представления информации в удобном для анализа и обработки виде. Таблицы бывают типа «объект - объект», «объект - свойство», «объекты - свойства - объекты». Таблица характеризуется названием, количеством столбцов и их названиями, количеством строк и их названиями, содержимым ячеек.

...