Акция «Час Кода». Тема

Учитель: Чувилина Галина Алексеевна
10 класс Акция «Час Кода»
Тема: Вероятностный подход к определению количества информации
Цель урока: ввести понятие «количество информации», формирование
и поддержка
интереса
молодежи
к изучению
информатики
и программирования,
а также
повышение
престижности
ИТспециальностей в глазах молодых людей.
Задачи:
 Учебная: ввести понятие «количество информации».
 Развивающая: обучение выделению главного, обобщению и
систематизации.
 Воспитательная: развитие эмоционально-волевой сферы, побуждение к
применению полученных знаний.
Тип урока: комбинированный
Оборудование: персональные компьютеры, интерактивная доска, проектор.
План урока:
1. Орг. момент. (2 мин)
2. Актуализация опорных знаний. (20 мин)
3. Работа с онлайн-тренажерами (в рамках акции «Час кода») (20 мин)
4. Подведение итогов. (3 мин)
Ход урока.
1. Орг. момент: учитель приветствует класс, определяется готовность
учащихся к уроку, проводится проверка отсутствующих, объявляется тема
урока, его цели и задачи.
2. Актуализация опорных знаний.
1. Введение понятия «количество информации»
Мы с вами говорили о том, что в основе нашего мира лежат три составляющие — вещество, энергия и информация. А как много в мире вещества,
энергии и информации.
- Можно ли измерить количество вещества и как именно? (Вещество можно
взвесить (в килограммах, гаммах и т.д.) на весах, определить его длину (в
сантиметрах, в метрах и т.д.) с помощью линейки; найти его объем, применив
соответствующие измерения и т.д.)
- Можно ли определить количество энергии? (Можно, например, найти
количество тепловой энергии в Дж, электроэнергии в кВт/ч, и т.д.)
- Можно ли измерить количество информации и как это сделать? (Полного и
правильного ответа на этот вопрос учащиеся не дадут.)
Оказывается, информацию также можно измерять и находить ее количество.
Существуют два подхода к измерению информации.
Один из них называется содержательный или вероятностный.
Упражнение 1 (устно)
Определите количество информации в следующих сообщениях с позиции
«много» или «мало».
1. Столица России — Москва.
2. Сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы.
3. Дифракцией света называется совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и наблюдаются при его распространении в среде с резко выраженной оптической неоднородностью.
4. Эйфелева башня имеет высоту 300 метров и вес 9000 тонн.
Пояснение: попросите учеников пояснять ответы, задавая им наводящие
вопросы о том, содержит ли сообщение новые и понятные сведения.
Сообщение несет больше информации, если в нем содержатся новые и
понятные сведения. Такое сообщение называется информативным.
Необходимо различать понятия информация и информативность.
- Содержит ли информацию учебник физики за 10 класс? (Да).
- Для кого он будет информативным — для ученика 10 класса или 1 класса?
(Для ученика 10 класса он будет информативным, так как в нем содержится новая и понятная ему информация, а для ученика 1 класса она
информативной не будет, так как информация для него непонятна.)
Вывод: количество информации зависит от информативности.
Количество информации в некотором сообщении равно нулю, если оно с точки
зрения конкретного человека неинформативно. Количество информации в
информативном сообщении больше нуля.
Но информативность сообщения сама по себе не дает точного определения
количества информации. По информативности можно судить только о том,
много информации или мало.
А каким может быть самое маленькое количество информации? Вернемся к
примеру с монетой. Предположим, что у монеты обе стороны «орел».
— Существует ли неопределенность знаний пред броском в этом случае?
Почему? (Нет, так как мы заранее знаем, что выпадет в любом случае
«орел».)
— Получите вы новую информацию после броска? (Нет, так как ответ мы
уже знали заранее.)
— Будет ли информативным сообщение о результате броска? (Нет, так оно
не принесло новых и полезных знаний.)
— Чему равно количество информации в этом случае? (Нулю, т.к. оно
неинформативно.)
Вывод: мы не получаем информации в ситуации, когда происходит одно
событие из одного возможного. Количество информации в этом случае равно
нулю. Для того чтобы количество информации имело положительное значение,
необходимо получить сообщение о том, что произошло событие как минимум
из двух равновероятных. Такое количество информации, которое находится в
сообщении о том, что произошло одно событие из двух равновероятных,
принято за единицу измерения информации и равно 1 биту.
1 Бит - количество информации, содержащееся в о или 1.
Итак, с помощью битов информация кодируется. С точки зрения кодирования
с помощью 1 бита можно закодировать два сообщения, события или два
варианта некоторой информации. С точки зрения вероятности 1 бит — это
такое количество информации, которое позволяет выбрать одно событие из
двух равновероятных. Согласитесь, что эти два определения не противоречат
друг другу, а совершено одинаковы, но просто рассмотрены с разных точек
зрения.
Еще одно определение 1 бита:
1 бит — это количество информации, уменьшающее неопределенность
знаний в два раза.
Игра «Угадай число».
Пояснение: попросите кого-нибудь из учеников загадать число из предложенного вами интервала и отгадайте его, а затем расскажите, как вы это
сделали. Интервал необходимо выбрать такой, чтобы он являлся степенью
числа 2. Это условие упрощает объяснение материала, так как в этом случае
правильная стратегия строится на получении максимального количества
информации. Детям это пояснять пока не надо. В случае возникновения
вопросов по поводу выбора интервала пояснить, что это связано с правильной
стратегией игры.
Стратегия поиска:
Необходимо на каждом шаге в два раза уменьшать неопределенность знания,
т.е. задавать вопросы, делящие числовой интервал на два. Тогда ответ «Да» или
«Нет» будет содержать 1 бит информации. Подсчитав общее количество битов
(ответов на вопросы), найдем полное количество информации, необходимое
для отгадывания числа.
Например, загадано число 5 из интервала от 1 до 16.
Вопрос
Ответ
Неопределенность Полученное количество
знаний
информации
Число больше 8? Нет
8
1 бит
Число больше 4? Да
4
1 бит
Число больше 6? Нет
2
1 бит
Число 5?
Да
1
1 бит
Итого:
4 бита
Пояснение: подготовьте таблицу заранее; неопределенность знаний перед
угадыванием равна 16.
Вывод: количество информации, необходимое для определения одного из 10
чисел, равно 4 бита.
Упражнение 3 (устно)
Загадайте число (например, 8), сообщите детям интервал (например, от 1 до
32) и попросите их угадать число, воспользовавшись выше приведенной
стратегией поиска. При этом объявите детям, что вы знаете, какое количество
бит информации получится (5 бит), и запишите это количество где-нибудь на
листе бумаги, чтобы потом показать детям.
Пояснение: ваш ответ совпадет с ответом учеников, но вы быстрее его получите, т.к. подсчитаете ответ по формуле.
- Почему я быстрее вас получила ответ? (Наверно есть какая-то формула, по
которой можно быстро подсчитать количество информации.)
Действительно, существует формула, которая связывает между собой количество возможных событий и количество информации.
N = 2I; где, N — количество возможных вариантов, I - количество информации.
Пояснение: попросите детей сравнить эту формулу с формулой, которая была
дана на прошлом уроке и по которой можно определить, сколько информации
можно закодировать с помощью заданного количества бит. Поясните, что
формулы одинаковые, только применяются с разных точек зрения кодирования и вероятности.
Если из этой формулы выразить количество информации, то получится
I = log2N.
Как пользоваться этими формулами для вычислений:
— если количество возможных вариантов N является целой степенью числа
2, то производить вычисления по формуле N = 2I достаточно легко.
Вернемся к примеру: N = 32; —> I = 5, т.к. 32 = 25;
— если же количество возможных вариантов информации не является целой
степенью числа 2, т.е. если количество информации число вещественное, то
необходимо воспользоваться калькулятором или таблицей значений
степеней (см. учебник).
Количество информации в сообщении об одном из N равновероятных
событий: I = log2N.
Например: Какое количество информации можно получить при угадывании
числа из интервала от 1 до 11? В этом примере N = 11. Чтобы найти I
(количество информации), необходимо воспользоваться таблицей. По таблице I
= 3,45943 бит.
3. Работа с онлайн-тренажерами (в рамках акции «Час кода») (20 мин)
Сегодня мы с вами более подробно остановимся на первой информационной
модели. Алгоритм - понятное и точное предписание действий, которые надо
совершать исполнителю, чтобы получить результат.
Алгоритм должен быть представлен в форме, понятной тому объекту (в том числе и
человеку), который будет выполнять описанные в алгоритме действия.
Объект, который будет выполнять алгоритм, обычно называют исполнителем.
Исполнитель - объект, который выполняет алгоритм.
Идеальными исполнителями являются машины, роботы, компьютеры...
Компьютер – автоматический исполнитель алгоритмов.
Алгоритм, записанный на «понятном» компьютеру языке программирования,
называется программой.
Современные среды программирования позволяют программистам создавать
сложные и удобные программы, имеют множество дополнительных возможностей,
но для первоначального знакомства с языком программирования не подходят, т.к.
нам придется сначала долго изучать их интерфейс прежде чем сможем написать
простую программу. Поэтому знакомство программированием мы начнем,
используя онлайн-тренажеры,приняв участие во Всероссийской акции «Час кода»!
Она проходит в рамках Международной недели изучения информатики и Дня
информатики в России с 4 по 12 декабря 2014г. и направлена на формирование
и поддержку интереса молодежи к изучению информатики и программирования,
а также повышение престижности ИТ-специальностей в глазах молодых людей.
Участие в акции «Час кода» — это уникальный шанс для каждого ученика
почувствовать себя частью большого и значимого события, заявить о своих
способностях, осознать важность изучения информатики для своего успеха
в будущем, и в течение одного часа овладеть азами программирования в простой,
увлекательной форме, доказав себе и окружающим, что программирование
доступно и интересно.
Что такое программирование на самом деле? (простыми словами)
Программирование - это когда ты объясняешь компьютеру (устройству), что тебе
нужно,чтобы он сделал для тебя.
Программист — это тот, кто учит компьютер делать необходимые человеку вещи.
Программист должен подстраиваться под окружающие его проекты и
действительность, непрерывно получая новые знания и обучая этому компьютер.
Нужно ли быть гением, иметь особый склад ума, чтобы научиться
программировать? (доступно для мальчиков и девочек, практически в любом
возрасте, доступно для “гуманитариев” - примеры). Какими качествами должен
обладать будущий ИТ-специалист?
Программировать может каждый! Будущему программисту важно научиться
думать,
находить верные решения, «шевелить мозгами». Практически ежемесячно выходят
новые версии программ, обновляются характеристики оборудования, и
специалисты в области информационных технологий должны быть всегда в курсе
этих изменений.
Поэтому способность к самообучению – один из главных навыков, которым должен
обладать программист. Второй важный навык - умение работать в команде.
Что дает изучение программирования человеку?
Изучение программирования открывает новые возможности и инструменты для
самовыражения (превращает идеи в реальность, расширяет кругозор, развивает
мышление и учит нас думать)
Работа с онлайн-тренажерами http://www.coderussia.ru/teachers.html
4Подведение итогов урока. Получение сертификатов.
Д/з
1. Какое количество информации будет получено при отгадывании числа из
интервала:
- от 1 до 64
- от 1 до 61
- от 1 до 20.
2. Какое количество информации будет получено после первого хода в
игре «крестики-нолики» на поле:
- 3x3
- 4x4.
3. Сколько могло произойти событий, если при реализации одного из
них получилось 6 бит информации.