Методика обучения основам линии представления информации в базовом курсе информатики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Тема представления информации является сквозной в курсе информатики. Ключевым понятием этой темы выступает понятие языка. Здесь разговор о языках можно вести применительно к человеку, а также рассматривать языки представления информации, используемые в компьютерах.

Описание информационной функции человека (впрочем, как и любой другой) - очень сложная задача. Сделать это исчерпывающим образом невозможно, поскольку человек - это бесконечномерная система. Поэтому наши представления в этой области могут носить только модельный, т. е. приближенный характер.

Обсуждая проблему восприятия человеком информации из внешнего мира, нужно обратить внимание учеников на то, что человек обладает множеством каналов, по которым в его мозг (память) поступает информация. Эти каналы - наши органы чувств. Их пять: зрение, слух, вкус, обоняние, осязание. Если роль первых двух для восприятия информации очевидна, то понимание того, что вкусовые и осязательные ощущения, запахи также являются источниками информации, требуют пояснения. Объяснение этому следующее: мы помним запахи знакомых предметов, вкус знакомой пищи, на ощупь узнаем некоторые вещи. Но то, что мы помним, - хранится в нашей памяти. Значит, это тоже наши знания, а стало быть, информация.

Образная информация - это сохраненные в памяти ощущения человека от контакта с источником; она воспринимается всеми органами чувств человека.

Целью исследования в данной работе является проработка проблемы изучения основ линии представления информации в базовом курсе информатики.

Из определения целей вытекают задачи исследования: углубление теоретических знаний в соответствии с заданной темой, приобретение навыков самостоятельной работы над первоисточниками, монографической, справочной литературой, рассмотреть методику обучения основам линии представления информации.

Предметом исследования является теория и методика обучения информатике, а объектом является обучение представлению информации в базовом курсе информатики.

Глава 1. Представление информации

1.1 Роль и место понятия языка в информатике

Язык - это определенная система символьного представления информации. В энциклопедическим словаре по школьной информатике, составленном А.П. Ершовым, дано такое определение: «Язык - множество символов и совокупность правил, определяющих способы составления из этих символов осмысленных сообщений». Поскольку под осмысленным сообщением понимается информация, то данное определение по сути своей совпадает с первым.

Языки делятся на две группы: естественные и формальные. Естественные языки - это исторически сложившиеся языки национальной речи. Для большинства современных языков характерно наличие устной и письменной речи. Анализ естественных языков в большей степени является предметом филологических наук, в частности, лингвистики. В информатике анализом естественных языков занимаются специалисты в области Искусственного интеллекта. Одна из целей разработки проекта ЭВМ пятого поколения - научить компьютер понимать естественные языки.

Формальные языки - это искусственно созданные языки для профессионального применения. Они, как правило, носят международный характер и имеют письменную форму. Примерами таких языков являются язык математики, язык химических формул, нотная грамота - язык музыки и др.

С любым языком связаны следующие понятия: алфавит - множество используемых символов; синтаксис - правила записи языковых конструкций (текста на языке); семантика - смысловая сторона языковых конструкций; прагматика - практические последствия применения текста на данном языке.

Для формальных языков характерна принадлежность к ограниченной предметной области (математика, химия, музыка и пр.). Назначение формального языка - адекватное описание системы понятий и отношений, свойственных для данной предметной области. Поэтому все названные выше компоненты языка (алфавит, синтаксис и др.) ориентированы на специфику предметной области. Язык может развиваться, изменяться, дополняться вместе с развитием своей предметной области.

Естественные языки не ограничены в своем применении, в этом смысле их можно назвать универсальными. Однако не всегда бывает удобным использовать только естественный язык в узкопрофессиональных областях. В таких случаях люди прибегают к помощи формальных языков.

1.2 Формальные языки в курсе информатики

В данном разделе хотелось бы рассказать о языках, используемых при работе ЭВМ, в компьютерных информационных технологиях.

Информацию, циркулирующую в компьютере, можно разделить на два вида: обрабатываемая информация (данные) и информация, управляющая работой компьютера (команды, программы, операторы).

Информацию, представленную в форме, пригодной для хранения, передачи и обработки компьютером принято называть данными. Примеры данных: числа при решении математической задачи; символьные последовательности при обработке текстов; изображение, введенное в компьютер путем сканирования, предназначенное для обработки. Способ представления данных в компьютере называется языком представления данных.

Для каждого типа данных различается внешнее и внутреннее представление данных. Внешнее представление ориентировано на человека, определяет вид данных на устройствах вывода: на экране, на распечатке. Внутреннее представление - это представление на носителях информации в компьютере, т.е. в памяти, в линиях передачи информации. Компьютер непосредственно оперирует с информацией во внутреннем представлении, а внешнее представление используется для связи с человеком.

В самом общем смысле можно сказать, что языком представления данных ЭВМ является язык двоичных кодов. Однако с точки зрения приведенных выше свойств, которыми должен обладать всякий язык: алфавита, синтаксиса, семантики, прагматики, нельзя говорить об одном общем языке двоичных кодов. Общим в нем является лишь двоичный алфавит: 0 и 1. Но для различных типов данных различаются правила синтаксиса и семантики языка внутреннего представления. Одна и та же последовательность двоичных цифр для разных типов данных имеет совсем разный смысл. Например, двоичный код «0100000100101011» на языке представления целых чисел обозначает десятичное число 16683, а на языке представления символьных данных обозначает два символа «А+». Таким образом, для разных типов данных используются разные языки внутреннего представления. Все они имеют двоичный алфавит, но различаются интерпретацией символьных последовательностей.

Языки внешнего представления данных обычно приближены к привычной для человека форме: числа представляются в десятичной системе, при записи текстов используются алфавиты естественных языков, традиционная математическая символика и пр. В представлении структур данных используется удобная табличная форма (реляционные базы данных). Но и в этом случае всегда существуют определенные правила синтаксиса и семантики языка, применяется ограниченное множество допустимых символов. Внутренним языком представления действий над данными (языком управления работой компьютера) является командный язык процессора ЭВМ. К внешним языкам представления действий над Данными относятся языки программирования высокого уровня, входные языки пакетов прикладных программ, командные языки операционных систем, языки манипулирования данными в СУБД и пр.

1.3 Языки представления чисел: системы счисления

Тема «Системы счисления» имеет прямое отношение к математической теории чисел. Однако в школьном курсе математики она, как правило, не изучается. Необходимость изучения этой темы в курсе информатики связана с тем фактом, что числа в памяти компьютера представлены в двоичной системе счисления, а для внешнего представления содержимого памяти, адресов памяти используют шестнадцатеричную или восьмеричную системы. Это одна из традиционных тем курса информатики или программирования. Являясь смежной с математикой, данная тема вносит вклад также и в фундаментальное математическое образование школьников.

В первых учебниках информатики понятие системы счисления не упоминается совсем. Говорится лишь о том, что вся информация в компьютере представляется в двоичном виде. Среди учебников второго поколения наибольшее внимание системам счисления уделено в книге. Этой теме посвящен отдельный параграф, где дано следующее определение «Система счисления - способ записи чисел с помощью заданного набора специальных знаков (цифр)». В более позднем учебнике этих же авторов приводится такое определение: «Способ записи чисел называется нумерацией или, по-другому, системой счисления».

Если рассматривать систему счисления как язык представления числовой информации, то можно сказать, что данные выше определения затрагивает только алфавит, синтаксис и семантику языка чисел. «Система счисления - способ изображения чисел и соответствующие ему правила действия над числами». Под правилами действия понимаются способы выполнения арифметических вычислений в рамках данной системы счисления. Эти правила можно назвать прагматикой языка чисел.

1.4 Язык логики и его место в базовом курсе

Логика - наука, изучающая методы установления истинности или ложности одних высказываний на основе истинности или ложности других высказываний. Основы логики как науки были заложены в IV в. до н.э. древнегреческим ученым Аристотелем. Правила вывода истинности высказываний, описанные Аристотелем (силлогизмы) оставались основным инструментом логики вплоть до второй половины XIX в., когда в трудах Дж. Буля, О. де Моргана и др. возникла математическая логика. Средствами этой новой науки все прежние достижения логики были переведены на точный язык математики. Развивается аппарат алгебры логики (булевой алгебры), исчисления высказываний, исчисления предикатов. Развитие математической логики имело большое значение для всей математической науки, повысив уровень ее строгости и доказательности.

Логика относится к числу дисциплин, образующих математический фундамент информатики. Знакомство учащихся с элементами математической логики в рамках курса информатики может происходить в следующих аспектах:

процедурно-алгоритмическом;

в логическом программировании;

схемотехническом.

К первому аспекту относится использование логических величин и логических выражений в языках программирования процедурного типа, а также в работе с электронными таблицами, с базами данных. В условных операторах, условных функциях, реализующих алгоритмическую структуру ветвления, используются логические выражения. В запросах на поиск информации в базах данных также присутствуют логические выражения. Использование в программах величин логического типа позволяет эффективно решать сложные логические задачи, «головоломки».

Впервые в школьной информатике элементы логического программирования языка Пролог были включены в учебник. Согласно авторской концепции одной из главных задач школьной информатики должно быть развитие логического мышления учащихся, умения рассуждать, доказывать, подбирать факты, аргументы и обосновывать предлагаемые решения. Как известно, парадигма логического программирования является альтернативной к процедурной парадигме. В механизме вывода Пролога используется аппарат исчисления предикатов.

В контексте моделирования знаний элементы логического программирования присутствуют в учебнике. В первой части учебника рассказывается лишь об идее построения логической модели знаний. Реализация этой идеи на Прологе раскрывается во второй части, ориентированной на углубленное изучение базового курса. Под схемотехническим аспектом понимается знакомство с логическими схемами элементов компьютера: вентилей, сумматоров, триггера, предназначенных для обработки и хранения двоичной информации. При изучении данной темы следует обратить внимание учеников на то обстоятельство, что основой внутреннего языка компьютера является язык логики, булева алгебра. Это связано с двумя обстоятельствами: во-первых, внутренний язык компьютера и язык логики используют двоичный алфавит (0 и 1); во-вторых, все команды языка процессора реализуются через три логические операции: И, ИЛИ, НЕ.

Глава 2. Методика преподавания линии представления информации

2.1 Методические рекомендации по изучению темы «Системы счисления»

Ученики, безусловно, знакомы с записью чисел как римскими, так и арабскими цифрами. Они привыкли видеть римские цифры в обозначении глав в книге, в указании столетий (XX в.) и в некоторых других нумерациях. Математические расчеты они всегда производили в арабской системе чисел. В данной теме учителю предстоит раскрыть перед учениками эти, казалось бы, знакомые вещи с новой стороны.

С методической точки зрения бывает очень эффективным прием, когда учитель подводит учеников к самостоятельному, пусть маленькому, открытию. В данном случае желательно, чтобы ученики сами подошли к формулировке различия между позиционным и непозиционным принципом записи чисел. Сделать это можно, отталкиваясь от конкретного примера. Напишите на доске два числа: XXX 333

Первое - римское тридцать, второе - арабское триста тридцать три. И задайте вопрос: «Чем отличается принцип записи многозначных чисел римскими и арабскими цифрами?» Скорее всего, вы сразу не услышите тот ответ, который бы хотели получить. Тогда, указывая на отдельные цифры римского числа, спрашивайте: «Что (какое количество) обозначает эта цифра?» Получите ответ: «Десять!» - «А эта цифра?» - «Десять!» - «А эта?» - «Десять» - «Как получается значение данного трехзначного числа?» - «Десять прибавить десять, прибавить десять, получается тридцать!» А теперь переходим к числу 333. Снова задаем вопросы: «Какое количество в записи числа обозначает первая цифра справа?» - «Три единицы!» - «А вторая цифра?» - «Три десятка!» - «А третья цифра?» - «Три сотни!» - «А как получается общее значение числа?» - «К трем единицам прибавить три десятка и прибавить три сотни получится триста тридцать три!»

Из этого диалога следуют все правила, которые учитель должен сообщить ученикам. В римском способе записи чисел значение, которое несет каждая цифра в числе, не зависит от позиции этой цифры. В арабском же способе значение, которое несет каждая цифра в записи числа, зависит не только от того, какая это Цифра, но и от позиции, которую она занимает в числе. Сделав ударение на слове «позиция», учитель сообщает, что римский способ записи чисел называется непозиционным, а арабский - позиционным. После этого можно ввести термин «система счисления».

Система счисления - это определенный способ представления чисел и соответствующие ему правила действия над числами.

Римский способ записи чисел является примером непозиционной системы счисления, а арабский - это позиционная система счисления.

Следует подчеркнуть связь между способом записи чисел и приемами арифметических вычислений в соответствующей системе счисления. Предложите ученикам выполнить умножение, например, числа сто тридцать четыре на семьдесят шесть, используя римскую и арабскую системы счислений! С арабскими числами они легко справятся, а также смогут убедиться, что римские цифры - не помощники в вычислениях. В римской системе нет простых и понятных правил выполнения вычислений с многозначными числами. Для арабской системы такие правила известны еще с IX в. В этой теме полезно рассказать ученикам, что правила выполнения вычислений с многозначными числами были разработаны выдающимся математиком средневекового Востока Мухамедом Аль-Хорезми и в Европе были названы алгоритмами (от латинского написания имени аль-Хорезми - Algorithm!). Этот факт следует напомнить позже, при изучении алгоритмизации. Итак, именно позиционные системы счисления стали основой современной математики. Далее, как и в математике, в информатике мы будем иметь дело только с числами в позиционных системах счисления.

Теперь нужно дать понять ученикам, что позиционных систем счисления существует множество, и отличаются они друг от друга алфавитом - множеством используемых цифр. Размер алфавита (число цифр) называется основанием системы счисления. Задайте вопрос: «Почему арабская система называется десятичной системой счисления?» Наверняка услышите в ответ про десять цифр в алфавите. Делаем вывод: основание арабской системы счисления равно десяти, поэтому она называется десятичной.

Следует показать алфавиты различных позиционных систем счисления. Системы с основанием не больше 10 используют только арабские цифры. Если же основание больше 10, то в роли цифр выступают латинские буквы в алфавитном порядке. Из таких систем в дальнейшем будет рассматриваться лишь шестнадцатеричная система.

Далее нужно научить учеников записывать натуральный ряд чисел в различных позиционных системах.

Для указания на основание системы, к которой относится число, вводим индексное обозначение. Например, 36₈ указывает на то, что это число в восьмеричной системе счисления, 1А6₁₆ - шестнадцатеричное число, 1011₂ - число в двоичной системе. Индекс всегда записывается десятичным числом. Следует подчеркнуть то, что в любой системе счисления ее основание записывается как 10.

Еще одно важное замечание: ни в коем случае нельзя называть недесятичные числа так же, как десятичные. Например, нельзя называть восьмеричное число 36₈ как тридцать шесть! Надо говорить: «Три -шесть». Или, нельзя читать 101₂ как «сто один». Надо говорить «один -ноль - один». Следует также понимать, что, например, 0,1₂ - это не одна десятая, а одна вторая, или 0,1₈ - это одна восьмая и т. п.

Сущность позиционного представления чисел отражается в развернутой форме записи чисел. Снова для объяснения привлекаем Десятичную систему.

Последнее выражение и называется развернутой формой записи числа. Слагаемые в этом выражении являются произведениями значащих цифр числа на степени десятки (основания системы счисления), зависящие от позиции цифры в числе - разряда. Цифры в целой части умножаются на положительные степени 10, А цифры в дробной части - на отрицательные степени. Показатель степени является номером соответствующего разряда. Аналогично можно получить развернутую форму чисел в других системах счисления.

Следующий вопрос, изучаемый в этом разделе, - способы перевода чисел из одной системы в другую. Основная идея заключается в следующем: перевод чисел неизбежно связан с выполнением вычислений. Поскольку нам хорошо знакома лишь десятичная арифметика, то любой перевод следует свести к выполнению вычислений над десятичными числами.

Объяснение способов перевода следует начать с перевода десятичных чисел в другие системы счисления. Делается это просто: нужно перейти к записи развернутой формы числа в десятичной системе.

Нетрудно понять, что если раскрыть скобки, то получится то же самое выражение. В чем же удобство скобочной структуры? А в том, что ее вычисление производится путем выполнения последовательной цепочки операций умножения и сложения в порядке их записи слева направо. Для этого можно использовать самый простой калькулятор (без памяти), поскольку не требуется сохранять промежуточные результаты. Схема Горнера сводит вычисление таких выражений к минимальному числу операций.

Перевод десятичных чисел в другие системы счисления - задача более сложная. В принципе, все происходит через ту же самую развернутую форму записи числа. Только теперь нужно суметь десятичное число разложить в сумму по степеням нового основания п * 10.

Однако проделать это в уме довольно сложно. Здесь следует показать формальную процедуру (алгоритм) такого перевода. Описание алгоритма можно прочитать в учебнике или пособии. Там же дается математическое обоснование алгоритма. Разбор этого обоснования требует от учеников определенного уровня математической грамотности и возможен в варианте углубленного изучения базового курса.

В рамках минимального объема базового курса не обязательно изучать приемы перевода дробных десятичных чисел в другие системы счисления. При знакомстве с этим вопросом в углубленном курсе нужно обратить внимание на следующее обстоятельство: десятичные дроби с конечным числом цифр при переводе в другие системы могут превратиться в бесконечные дроби. Если удается найти период, тогда его следует выделить. Если же период не обнаруживается, то нужно договориться о точности (т.е. о количестве цифр), с которой производится перевод.

Если ставится цель получения при переводе дробного числа наиболее близкого значения, то, ограничивая число знаков, нужно производить округления. Для этого в процессе перевода следует вычислять на одну цифру больше, а затем, применяя правила округления, сокращать эту цифру. Выполняя округление, нужно соблюдать следующее правило: если первая отбрасываемая цифра больше или равна я/2 (п - основание системы), то к сохраняемому младшему разряду числа прибавляется единица. Например, округление восьмеричного числа 32,32471₈ до одного знака после запятой даст в результате 32,3; а округление до двух знаков после запятой - 32,33.

Математическая суть отмеченной выше проблемы связана со следующим фактом: многие дробные рациональные десятичные числа в других системах счисления оказываются иррациональными.

Применение двоичной системы счисления в ЭВМ может рассматриваться в двух аспектах: 1) двоичная нумерация; 2) двоичная арифметика, т. е. выполнение арифметических вычислений над Двоичными числами. С двоичной нумерацией ученики встретятся в теме «Представление текста в компьютерной памяти». Рассказывая о таблице кодировки ASCII, учитель должен сообщить ученикам, что внутренний двоичный код символа - это его порядковый номер в двоичной системе счисления.

Практическая потребность знакомства с двоичной арифметикой возникает при изучении работы процессора В этой теме рассказывается, как процессор ЭВМ выполняет арифметические вычисления. Согласно принципу Дж.Фон Неймана, компьютер производит вычисления в двоичной системе счисления. В рамках базового курса достаточно ограничиться рассмотрением вычислений с целыми двоичными числами.

Представление информации, хранящейся в компьютерной памяти в ее истинном двоичном виде весьма громоздко из-за большого количества цифр. Имеется в виду запись такой информации на бумаге или вывод ее на экран. Для этих целей принято использовать восьмеричную или шестнадцатеричную системы счисления. В современных ПК чаще всего используется шестнадцатеричная система.

В шестнадцатеричном виде записываются адреса оперативной памяти компьютера. Например, для учебного компьютера «Нейман» диапазон адресации байтов памяти от 00 до FF. Значит, в десятичной системе - от 0 до 255. Рассматривая структуру памяти компьютера, принципы адресации байтов памяти, можно обсудить с учениками следующий вопрос: как связан диапазон адресов с разрядностью адреса. В учебном компьютере «Нейман» адреса памяти представляются 8-разрядными двоичными числами (2-разрядными шестнадцатеричными). Поэтому число различных адресов равно 2⁸, а диапазон значений - от 0 до 2⁸ - 1 = 255 (FF₁₆). Если адрес 16-разрядный, что часто имеет место для реальных ЭВМ то размер адресуемой памяти равен 2¹⁶ байт = 2⁶ Кбайт = 64 Кбайт. Диапазон шестнадцатеричных адресов в таком случае: от 0000 до FFFF.

В современных компьютерах существуют приемы, позволяющие адресовать гораздо большие размеры памяти без увеличения разрядности адреса. Для этого используется многоуровневая структура организации памяти. Данный вопрос выходит за рамки содержания базового курса. Однако тема «Адресация памяти в современных ЭВМ» может быть предметом реферативной работы учащихся. Материал можно найти в специальной литературе, посвященной архитектуре современных ЭВМ.

2.2 Методические рекомендации по изучению темы «Язык логики»

счисление язык логика информация

В данном подразделе будет отражена методическая схема введения основных понятий математической логики, необходимых при изучении базового курса информатики, а также их использования при работе с прикладным программным обеспечением и в языках программирования. Основными понятиями здесь являются: высказывание, логическая величина (константа, переменная), логические операции, логическое выражение.

В математической логике определены пять основных логических операций: конъюнкция, дизъюнкция, отрицание, импликация, эквивалентность. Первые три из них составляют полную систему операций, вследствие чего остальные операции могут быть выражены через них (нормализованы). В информатике обычно используются эти три операции.

Последовательность выполнения операций в логических формулах определяется старшинством операций. В порядке убывания старшинства логические операции расположены так: отрицание, конъюнкция, дизъюнкция. Кроме того, на порядок операции влияют скобки, которые можно использовать в логических формулах. Например: (А и В) или (не А и В) или (не А и не В)

Математическая логика в базах данных. При изучении базового курса информатики ученики впервые встречаются с элементами математической логики в теме «Базы данных» (БД). В реляционных БД логическими величинами являются поля логического типа. Логический тип используется наряду с другими типами полей, и ученики должны научиться выделять его.

Первое понятие о логической величине можно дать как ответ на альтернативный вопрос. Например: «Имеется ли данная книга в библиотеке?» или «Поступил ли абитуриент в университет», или «На улице идет дождь?» и т. п. Ответами на такие вопросы могут быть только «да» или «нет». Синонимами являются «истина», «ложь»; «true», «false». Если поле таблицы будет принимать только такие значения, то ему назначается логический тип.

Например, реляционная база данных ФАКУЛЬТАТИВЫ содержит сведения о посещении учениками трех факультативов по геологии, цветоводству и танцам

Поля ГЕОЛОГИЯ, ЦВЕТОВОДСТВО и ТАНЦЫ будут иметь логический тип. Значение ИСТИНА для каждого поля обозначает, что ученик посещает данный факультатив, а ЛОЖЬ - не посещает.

Логические выражения используются в запросах к базе данных в качестве условий поиска. Применительно к базам данных, определение логического выражения можно перефразировать так: логическое выражение - это некоторое высказывание по поводу значений полей базы данных; это высказывание по отношению к разным записям может быть истинным или ложным.

Логические выражения разделяются на простые и сложные. В простых выражениях всегда используется лишь одно поле таблицы, и не применяются логические операции. В сложных логических выражениях используются логические операции. Простое логическое выражение представляет собой либо имя поля логического типа, либо отношение (в математике говорят «неравенство»). Отношения для числовых величин сохраняют смысл математических неравенств; при вычислении отношений для символьных величин учитывается лексикографический порядок; даты сравниваются в порядке их календарной последовательности.

Основная проблема - научить учеников формальному представлению условий поиска в виде логических выражений. Например, от фразы «найти все книги, лежащие выше пятой полки» нужно перейти к логическому выражению: ПОЛКА > 5; или условие «выбрать всех неуспевающих по физике» представить в виде: ФИЗИКА < 3; или «выбрать все дни, когда шел дождь»: ОСАДКИ = «дождь».

Особое внимание надо обратить на использование полей логического типа в условиях поиска. Обычно к ним не применяются отношения. Логическое поле само несет логическое значение: «истина» или «ложь». Например, условие «выбрать всех учеников, посещающих танцы» представится одним именем логического поля: ТАНЦЫ.

Сложные логические выражения содержат в себе логические операции. Рассматриваются три основные операции математической логики: конъюнкция (И), дизъюнкция (ИЛИ), отрицание (НЕ).

Обычно при объяснении этого вопроса учитель отталкивается от семантического смысла высказываний на русском языке, содержащих союзы И, ИЛИ, частицу НЕ. Например, высказывание: «Сегодня будет контрольная по алгебре И по физике» справедливо, если состоятся обе контрольные и ложно, если хотя бы одна не состоится. Другое высказывание: «Сегодня будет контрольная по алгебре ИЛИ по физике» будет истинным, если состоится хотя бы одна контрольная работа. И, наконец, высказывание: «Сегодня НЕ будет контрольной» истинно, если контрольная не состоится, т. е. если высказывание о том, что сегодня будет контрольная, оказывается ложным. Из подобных примеров учитель делает выводы о правилах выполнения логических операций: если А и В - логические величины, то выражение

An В истинно только в том случае, если истинны оба операнда;

А или В ложно только в том случае, если ложны оба операнда;

не А меняет значение логической величины на противоположное: не истина - ложь; не ложь - истина.

Эти правила отражены в таблице истинности.

При переходе к составлению условий поиска в базах данных ученики нередко попадают в «ловушки естественного смысла». Например, рассматривается база данных БИБЛИОТЕКА со сведениями о книгах в личной библиотеке, которая имеет следующую структуру:

БИБЛИОТЕКА (НОМЕР. АВТОР, НАЗВАНИЕ, ГОД, ПОЛКА)

Требуется получить сведения обо всех книгах Толстого и Тургенева. Абсолютное большинство учеников записывают это условие следующим образом:

АВТОР = «Толстой» и АВТОР = «Тургенев»

Прозвучавший в задании союз «и» машинально переносится в логическое выражение. После этого учителю приходится объяснять, что автором книги не может быть одновременно Толстой и Тургенев. Поэтому в библиотеке нет ни одной книги, удовлетворяющей такому условию. Здесь следует применить логическую операцию ИЛИ:

АВТОР = «Толстой» или АВТОР = «Тургенев»

Тогда будет получена искомая выборка книг обоих авторов.

Операция ИЛИ объединяет в одну выборку записи, удовлетворяющие каждому из условий. Операция И работает иначе: сначала выбираются все записи, удовлетворяющие первому условию, затем из отобранных записей выбираются те, которые удовлетворяют второму условию.

Математическая логика в электронных таблицах. Следующая встреча учеников с математической логикой в базовом курсе происходит при изучении электронных таблиц. Язык электронных таблиц можно интерпретировать как своеобразный табличный язык программирования для решения вычислительных задач. Причем реализуемые на ЭТ вычислительные алгоритмы могут иметь не только линейную структуру, но и ветвящуюся и даже циклическую (итерационные циклы). Ветвления в ЭТ реализуются через условную функцию. Форма записи условной функции в значительной мере зависит от типа табличного процессора.

Если в клетку заносится условная функция, то на экране отображается результат ее вычисления, т.е. то или иное значение в зависимости от условия, заданного логическим выражением. Обычно условная функция имеет такую структуру:

If (условие, действие!, действие2).

Здесь «условие» - логическое выражение. Если условие истинно, то выполняется действие!, иначе - действие2.

Простое логическое выражение представляет собой отношение (в том же смысле, в котором это понятие используется в базах данных). Сложное логическое выражение содержит логические операции.

Особенность логических выражений для электронных таблиц заключается в том, что логические операции используются как функции: сначала записывается имя логической операции: И, ИЛИ, НЕ (AND, OR, NOT), а затем в круглых скобках перечисляются логические операнды. Например, логическое выражение AND (А > О, А < 1) соответствует математической системе неравенств: 0 < А\ < 1.

Например, требуется вычислить следующую разрывную функцию:

F(x) =X

если - 1 < х < 1; 1, иначе.

В ячейке таблицы соответствующая условная функция запишется так:

IF (AND (A > -1, А\ < 1), ABS (А), 1).

Логические формулы могут размещаться в ячейках ЭТ сами по себе, без использования условной функции. В таком случае в данной ячейке будет отражаться логическое значение ИСТИНА или ЛОЖЬ. Например, если в ячейке С6 хранится сумма баллов, набранная абитуриентом на вступительных экзаменах, а проходной балл в институт равен 14, то, поместив в ячейку D6 формулу: С6>= 14, получим в этой ячейке значение ИСТИНА, в случае если абитуриент поступил в институт, и ЛОЖЬ - если нет.

Математическая логика в программировании. В большинстве современных процедурных языков программирования высокого уровня (ЯПВУ) имеется логический тип данных, реализованы основные логические операции. Использование этих средств позволяет решать на ЭВМ сложные логические задачи, моделировать логику человеческого мышления в программных системах искусственного интеллекта. В программах решения задач с математическим содержанием логические выражения чаще всего применяются для описания систем неравенств (отношений). Решая задачи такого типа, ученики прежде всего должны проявить знания математики, а затем уже - умение переложить математические отношения на язык логики и оформить решение задачи на языке программирования.

2.3 Лабораторный практикум

Тема «Представление информации»

Занятие 1

Тема «Изучение процесса аналитико-синтетической переработки информации в базовом курсе информатики» Задачи занятия:

Рассмотреть цели и задачи изучения раздела «Представление информации» в базовом курсе информатики.

Определить суть аналитико-синтетической переработки информации.

Преобразование информации - придание информации знаковой формы.

Интегрирование и обобщение знаний (семантический и прагматический аспекты информации).

Кодирование - представление информации в форме, удобной для хранения, передачи и обработки (синтаксический аспект).

Заключение о полезности информации.

3. Установить внутрипредметные связи между основными этапами аналитико-синтетической переработки информации и темами различных учебных разделов базового курса информатики, а также межпредметные связи с темами других учебных предметов. Способ организации занятия: практикум.

Предварительная подготовка студента к занятию

Составить терминологический словарь по основным понятиям учебного раздела.

Ознакомиться с особенностями представления знаний в информатике.

Провести содержательный анализ раздела «Представление информации» в учебниках и учебных пособиях.

План занятия

Анализ полного содержания базовых понятий раздела.

Пополнение тезауруса раздела «Информация и информационные процессы» тезаурусом учебного материала раздела «Представление информации».

На основе анализа учебников и учебных пособий заполнить таблицу «Базовые понятия»

Анализ и характеристика разновидностей пиктографических и идеографических знаковых систем, используемых в информатике

5. Характеристика программных и технических средств реализации пиктографических и идеографических знаковых систем.

формы и способы организации учебной деятельности студентов: обсуждение вопросов плана, работа в группах; подведение итогов - беседа по вопросам, фронтальный и индивидуальный опрос.

Занятие 2

Тема «Планирование учебного процесса»

Задачи занятия: сформировать навыки поисково-исследовательской и аналитической деятельности студентов, связанные с разработкой тематического и поурочного планирования. Способ организации занятия: практикум

Средства обучения: научно-методическая и учебная литература

Предварительная подготовка студента к занятию

Изучить учебные программы, учебно-методическую литературу.

Проанализировать две-три частнопредметные (авторские) методики обучения базовому курсу информатики в рамках рассматриваемого раздела. Представить результаты анализа и подготовить на их основе краткое сообщение.

План занятия

Составление тематического и поурочного планирования, представление результатов в таблице.

Обсуждение результатов тематического и поурочного планирования.

Подготовка конспекта урока по одной - двум темам, учитывая направленность урока (урок по ознакомлению с новым материалом; урок по закреплению изученного; урок проверки знаний, умений и навыков; урок по систематизации и обобщению изученного материала), или заполнение таблицы.

Анализ методических особенностей обучения школьников решению задач по теме «Системы счисления».

Форма и способы организации учебной деятельности студентов: выступление с сообщением, беседа по вопросам, работа с табл. 7.2; работа с учебными программами, учебниками и учебными пособиями, работа с табл. 7.3; беседа по вопросам; индивидуальная работа по разработке конспектов

Список литературы

1. Лапчик М.П. и др. Методика преподавания информатики: Учеб. пособие для студ. пед. вузов / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер; Под общей ред. М.П. Лапчика. - М.: Издательский центр "Академия", 2003.

2. Бешенков С.А., Гейн А. Г., Григорьев С. Г. Информатика и информационные технологии: Учеб. пособие для гуманит. факультетов пед. вузов. -Екатеринбург: Урал. гос. пед. ун-т, 1995.

3. Гейн А. Г., Сенокосов А. И., Шолохович В.Ф. «Информатика». 1999г

4. Информатика. 9 кл. / Под ред. Н.В.Макаровой.

5. Семакин И.Г., Шеина Т.Ю. Преподавание базового курса информатики в средней школе: Метод, пособие. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000.

6. Сухина В.Ф. Человек в мире информатики. - М.: Радио и связь,1992

7. Сластенин В.А. и др. Педагогика: Учеб. пособие для студентов пед. учеб. заведений. - М.: Школа-Пресс, 1997

8. Информационная культура: Кодирование информации. Информационные модели: 9 - 10 кл.: Учеб, для общеобразоват. Учеб. заведений. -2-е изд. Дрофа, 1996

9. Бауэр Ф.Л., Гооз Г. Информатика. Вводный курс: В 2ч.: Пер. с нем. -М.: Мир, 1990

10. Основы информатики и вычислительной техники: Учеб. для 10-11 кл. сред. шк. /В.А. Каймин, А.Г. Щеголев, Е.А. Ерохина, Д.П. Федюшин. - М.: Просвещение, 1989

Приложение

Пример 1. Перевести в десятичную систему числа: 221₃; Е41А,12₁₆. Решение:

221₃ =(2хЗ + 2)хЗ + 1 =25₁₀;

Е41А,12₁₆ = ((14х 16 + 4) х 16 + 1) х 16 + 10 + (2/16) =

= 58394 + 0,0703125 = 58394,0703125,,,.

Обратите внимание на то, что дробная часть числа переводится отдельно, и на то, как применение схемы Горнера модифицируется для дробной части: умножение заменяется на деление, а значащие цифры подставляются в обратном порядке - справа налево.

Пример 2. Перевести шестнадцатеричные числа в восьмеричную систему.

Решение. Конечно, такой перевод можно производить и через десятичную систему по схеме 16 => 10 => 8. Но это долго и неудобно. Лучше выполнять такой перевод по схеме 16 => 2 => 8. В этом случае ничего не требуется вычислять, все сводится к формальной перекодировке. На втором шаге следует сгруппировать двоичные цифры тройками.

774₁₆ = 0111 0111 0100₂ => 011 101 ПО 100 = 3564₈;

F12,0457₁₆ = 1111 0001 0010,0000 0100 0101 0111₂ =>

=>111 100 010 010, 000 001 000 101 011 100 = 7422,010534₈.

Пример 4. Составить программу на Паскале, по которой выведется значение true, если точка с заданными координатами (х, у) лежит внутри заштрихованной области (рис. 8.1), и false - в противном случае.

Решение. Рассматриваемая область состоит из двух частей, каждая из которых описывается системой неравенств.

1-я часть:

х<0;л;² +.у²<9; у>- х-3.

2-я часть:

х >0; х² + у²< 25.

Точка с координатами (х, у) лежит в заштрихованной области, если она принадлежит 1-й или 2-й части.

Программа вводит координаты точки, вычисляет логическое выражение, определяющее принадлежность точки области, и выводит полученную логическую величину на экран.

Program Point;

var X,Y: real; L: boolean;

begin

write('Введите X:'); readln(X);

write('Введите Y:'); readln(Y);

L: = (X <= 0)and (Sqr(X)+ Sqr (Y) <= 9) and(Y >= -X-3)

or (X >= 0) and (Sqr (X) + Sqr (Y) <= 25)

writeln('Точка лежит в заданной области?', L)

end.

Размещено на Allbest.ru