Методическая разработка урока по информатике на тему "Что изучает информатика."

Содержание :

Что изучает информатика.

В настоящее время имеются различные подходы к определению того, что такое информатика. И это вполне естественно для любого нового научного направления. Широко распространена, особенно среди зарубежных ученых, трактовка   информатики   как   науки,    изучающей   вычислительной   машины (Computer Science) . Информатика включила в сферу своих интересов теорию программирования, численный анализ, обработку данных и теорию вычислительных систем. В последнее время к этому направлению стали относить работы в области искусственного  интеллекта, а также проблемы, связанные со скоростью, оптимальностью, эффективностью обработки информации и другое. Иногда информатика рассматривается как область науки, изучающая алгоритмы. По определению французских ученых, понятие “информатика” означает автоматическую обработку данных.

       До недавних пор за рубежом видели в информатике лишь инженерную науку, машинные аспекты, без учета человеческого фактора. В настоящее время некоторые западные авторы стали осознавать недостаточность такого понимания информатики, появились первые попытки исследований социально-философических методологических вопросов информатики.

        В настоящее время среди советских ученых также нет единодушия в ответе на вопрос, что такое информатика.

 Одни ученые понимают под информатикой науку, изучающую научно-информационные процессы. Имеются в виду, прежде всего организация информационной деятельности в научных исследованиях с целью повышения эффективности научного труда. Информационная деятельность в научном исследовании включает в себя методы информационного обслуживания творческих коллективов, рациональные формы работы по информационному сервису специализированных подразделений (библиотек, патентного бюро и прочих), выявление закономерностей процессов научной коммуникации. Этот самостоятельный вид научной деятельности направлен на обеспечение специалистов необходимыми сведениями о результатах научных исследований и технических разработок, о передовом производственном опыте. Такое понимание информатики первоначально было достаточно распространенным.

Другие советские ученые рассматривают информатику более широко – как науку об информации вообще или, другими словами, как информационную науку. Эта наука изучает не только процессы и законы передачи, распространения, обработки и преобразования информации, но и законы, связанные с выполнением всех других действий с информацией (кодированием, запоминанием, отображением, потреблением и т.д.).

Третьи под информатикой имеют в виду комплексную научную и инженерную дисциплину, которая изучает все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки функционирования основанных на ЭВМ систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики.

Если сторонники первого и второго подходов к информатике не связывают ее возникновение непосредственно с развитием компьютерной техники, то третий подход основан на том, что информатика – это следствие развития ЭВМ. Последняя позиция представляется наиболее обоснованной.

Под воздействием практических потребностей информатика до последнего времени решала отдельные частные вопросы. Общие проблемы информатики как самостоятельной отрасли значения, начинания с определения ее объекта и предмета, выявления общих связей и закономерностей и кончая вопросами терминологии, остаются малоизученными и поэтому нуждаются в серьезной дальнейшей теоретической разработке.

Что же можно сказать об объекте и предмете информатики как науки?

Поскольку информатика – многоаспектная, интегрированная научная область, объект и предмет ее неоднозначны. Объектом изучения информатики является, прежде всего, информация, но не только научная, как считают авторы, а и прочие ее виды. Научная информация – это получаемая в процессе познания логическая информация, которая адекватно отражает закономерности развития объективного мира и используется в общественно-исторической практике.

Рассматривая информатику в связи с информационной деятельностью, заметим, что объектом исследования в информатике является не традиционный инженерный объект, а качественно новый “деятельностный” объект. В первую очередь – это создание и использование социотехнических человеко-машинных систем, исследование и проектирование деятельности в системе “человек-ЭВМ-общество”. Здесь уже нужен новый тип мышления позволяющий, анализировать разнообразные проблемы, возникающие целенаправленной (прежде всего управленческой и социальной) деятельности.

Как следует из нашего понимания науки, для его определения недостаточно просто указать на объекты, которые она изучает. За объектами нужно увидеть их связи и отношения. Предметом информатики как науки являются информационные технологии в их взаимодействие со средой. Информатика – это теория и практика проектирования, встраивания новых информационных технологий в социальные среды и их использования. Такие технологии переводят практику управления, научных исследований, образования и других областей человеческой деятельности на качественно новый индустриальный уровень.

Предметной областью информатики является информационная среда. Информационная среда включает в себя информационные процессы и информационные системы, а также все факторы, воздействующие на них на протяжения всего их существования – начиная от проектирования и до окончания использования. В качестве информационной среды может быть рассмотрена с информационной стороны либо некоторая сфера общественной деятельности (производство, управление, наука, медицина и т.д.), либо звенья народного хозяйства, либо общество в целом. Информационная среда включает в себя целенаправленные системы, жизнедеятельность которых обеспечивается информационными связями, усиливаемыми посредствам электронно-вычислительной технике. Важнейшими элементами информационной среды являются компьютерная грамотность пользователя, компьютерные системы, среда программирования и другие. Информатика в этой связи рассматривается как наука о функционировании и развитии информационной среды и ее технологизации с помощью компьютеров.

В разработке проблем информатике важно не увлечься лишь технической стороной дела, фиксации в информатике сугубо технических свойств.

Мы должны понять, что ориентация информатике лишь на технологию программирования не приведет к успешному ее развитию. Необходимо постоянно учитывать постоянные факторы, проблему организации взаимодействие человека и автоматизированных информационных систем, разумного включения их в социальную среду.

Информация и организация.

Центральными понятиями информатики являются, прежде всего “информация ” и “ организация ”. Двадцать первый век с полным правом можно назвать веком информации. Трудно переоценить значение информации в развитие науки, технике, производство, в жизни человеческого общества. Информация – главная ценность земной цивилизации. В настоящее время в технически развитых странах начали формировать национальные информационные ресурсы.

Понятие “информационные ресурсы” или “информационный потенциал” охватывает широкий круг технических и организационных средств обработки и передачи данных, знания и навыки людей, а также сами данные, записанные в той или иной форме. Можно выделить следующие группы информационных ресурсов:

-          информацию, зафиксированную на физических носителях, а также технологию его обработки;

-          средства передачи информации и коммуникации, включая навыки приемы их использования;

-          средства обработки информации;

-          ученых и специалистов – “производители” информации в разных сферах общественной и производственной деятельности;

-          органы и службы, занимающиеся сбором и обработкой информации.

Сложный и многообразный мир информатики включает в себя информационные ресурсы, которые становятся такими же основными ресурсами, как материалы и энергия. В технически развитых странах медленно, но неуклонно происходит переход от индустриальной экономике к экономике, основанной на информации. Основой такого перехода является высоко развитое производство. Тенденция перекачивания трудовых ресурсов из сферы материального производства в информационную сферу наиболее заметно в Японии. Здесь активно развивается в государственных масштабов программа создания к 2001 году информационного общества.

В настоящее время более половины от общей численности трудоспособного населения промышленно развитых стран занято в информационной сфере. Таким образом, информация становится основным предметом труда. Из объекта теоретического анализа информация превратилась в важнейший ориентир для выработки внутренней и внешней социально–экономической стратегии государств.

Слово “ информация ” происходит от латинского informatio – разъяснение, ознакомление, осведомленность. Понятие информация неоднократно изменялось, его пределы то расширялись, то сужались. Сначала под этим словом понимали   “представление”, “понятие”, затем “сведения”, “передачу сообщений”. 

Понятие информации изучают философы, биологи, физики, математики. Исследования, проводимые в разных направлениях, способствуют углублению понятия информации, подчеркивают в нем оттенки, специфичные для той или иной области знаний.

В связи с прогрессом в технике, развитием массовых коммуникаций (телефон, телеграф, радио, телевидение и др.) и в особенности с ростом объема передаваемых сообщений появилась необходимость их измерения для улучшения условий передачи. Первые попытки количественного измерения информации были сделаны Р.Фишером (1921 г.). Проблемами хранения информации, передачи ее по каналам связи и задачами определения количества информации занимались Р.Хартли (1928 г.) и Х.Найквист (1924 г.). Р.Хартли определил меру количества информации для некоторых задач, ввел единицу информации (бит), заложил основы теории информации. Наиболее существенный вклад в разработку и обобщение этих вопросов внес американский инженер К.Шеннон (1948г.).

Проблема информации является одной из наиболее актуальных и фундаментальных в условиях современной НТР. Однако единого общего определения информации не существует. Наиболее распространенными являются два подхода к определению информации: один предложен английским кибернетиком и биологом У.Эшби на основе категории разнообразия, а другой впервые обоснован философами-марксистами на основе категории отражения как свойства всей материи. Эшби считал, что информация есть там, где имеется разнообразие, неопределенность. Чем больше в некотором объекте отличных друг от друга элементов, тем больше этот объект содержит информации. Свою концепцию разнообразия он изложил в середине 50-х годов, используя идеи Н.Винера и результаты К.Шеннона. Суть этой концепции заключается в утверждении, что теория информации изучает процессы “передачи разнообразия” по каналам связи, причем “информация не может передаваться в большем количестве, чем это позволяет количество разнообразия”. Открытый Эшби закон необходимого разнообразия может быть общим для процессов управления так же, как закон Шеннона для процессов связи.   

 Источником разнообразия, по мнению академика В.М.Глушкова, является неоднородность распределения материи в пространстве и времени. Информацию В.М.Глушков характеризует как меру этой неоднородности, показатель изменений, которыми сопровождаются все происходящие в мире процессы. Информация рассматривается независимо от получателя, без учета ее смысловой стороны.

Идея алгоритмического измерения количества информации, высказанная в 1965 г. академиком А.Н.Колмогоровым, близка к “разнообразностной” трактовке информации. Суть ее заключается в том, что количество информации определяется как минимальная длина программы, позволяющей преобразовать один объект (множество) в другой (множество). Чем больше различаются два объекта между собой, тем сложнее (длиннее) программа перехода от одного объекта к другому. Длина программы при этом измеряется количеством команд (операций), позволяющих воспроизвести последовательность. Этот подход, не базирующийся на понятии вероятности, позволяет, например, определить прирост количества информации, содержащейся в результатах расчета, по сравнению с исходными данными. Вероятностная теория информации К.Шеннона не может дать удовлетворительного ответа.

Человек научился преобразовывать информацию, кодировать ее, обрабатывать и передавать на большие расстояния. В этом помогли ему компьютеры и другие кибернетические устройства.

Теория информации – полезный, но не универсальный инструмент. ЕЕ интересует количество информации лишь с точки зрения возможности передачи данных, сообщений оптимальным образом. Она основана на вероятностных, статистических закономерностях явлений. Поэтому не все ситуации описываются моделью Шеннона. Подобно тому, как масса не исчерпывает характеристик вещества, так и количество информации не исчерпывает всех характеристик информации.

Попытки оценить не только количественную, но и качественную сторону информации способствовали развитию семантической (смысловой) и прагматической концепции информации. Вместе с синтактикой самантика и прагматика образуют теорию знаковых систем – семиотику. Семиотика исследует знаки как особый вид носителей информации. При этом знаком является условное изображение элемента сообщения; словом – совокупность знаков, имеющих смысловое значение; языком – словарь и правила пользования им.

Способы сочетаний знаков, правила преобразования этих сочетаний безотносительно к их значениям изучает синтаксис.

В процессе электронной реализации обработки информации синтаксис преобладает над семантикой, форма превалирует над содержанием.

Прагматические и семантические концепции взаимосвязаны и могут быть практически применены пока лишь к очень небольшому числу явлений реальной действительности. Но они имеют еще и теоретическое значение. Дальнейшее их развитие будет способствовать формированию теории информации в широком смысле слова. В этом находит свое выражение многогранность понятия информации.

Информационные процессы всегда связаны с переносом энергии, ее потерей в одном месте и накоплением – в другом. Обмен информацией совершается не вообще между материальными телами, а только между теми из них, которые представляют собой систему, обладающую каким-то минимумом организованности.

На проходившей, в октябре 1984г. Всесоюзной конференции по информатике академик А.А.Самарский показал слайд, на котором информатика в виде грациозной красавицы с цветком в руках опиралась на трех китов – модель, алгоритм и программа. Действительно, без модели, алгоритма и программы информатика, неразрывно связанная с машинной обработкой информации, существовать не может. И все- таки это лишь машинные аспекты информатики. А организационные средства, человеческие аспекты выпадают из поля зрения.

Поэтому важной основой развития информатики наряду с информацией является организация.

Термин “организация” по своему содержанию достаточно многозначен. Наиболее распространенное употребление этого термина следующее. Организация – строение, устройство. Но это не единственный ее смысл.

Организация – организованность, внутренняя дисциплина;

-          внутренняя упорядоченность, согласованность, взаимодействие более или менее дифференцированных и автономных частей целого;

-          объединение людей для работы, руководство их работой, согласование работы отдельных частей и отдельных работ, контроль работы;

-          деятельность людей по созданию состояния упорядоченности объекта и субъекта управления, равно как и отношений между ними;

-          объединение людей для совместной реализации общих целей, программ.

Понятие “организация” обозначает способность материи порождать бесконечное разнообразие связей и отношений между объектами, оформлять и упорядочивать их изменения.

Это понятие непосредственно связано с понятием системы, структуры, с понятием уровней.

Обращение к понятию “упорядоченность” послужило основанием для введения количественной меры организованности систем. В философском смысле рост организованности системы характеризуется уменьшением ее энтропии. Поскольку уменьшение энтропии связано с ростом объема информации, информация и организация неразрывно связаны. Энтропия – мера степени беспорядка, содержание информации – мера степени порядка, организации. “Одно является отрицанием другого”, - писал Н.Винер. Создание и использование информации является решающей характеристикой организации, отправной точкой для ее понимания.

 Новейшие тенденции в области социальной организации связаны с широким внедрением вычислительной техники и новых методов обработки информации и принятия решений (моделирование, линейное и динамическое программирование и т.п.). Понимание компьютера как важного средства организации делает информационную технологию ключевой технологией научно – технического прогресса.

Существует два аспекта организации: функциональный (или динамический) и структурный. Первый аспект характеризует внутреннюю стабилизацию и динамичную устойчивость системы, ее целостность и формируется для решения противоречий с факторами, которые воздействуют на систему со стороны внешней среды. В этой связи организацию можно рассматривать как деятельность, как упорядоченное, согласованное, эффективное взаимодействие человека и вычислительной техники, всех звеньев цепи, образующих информационную систему.

Относительно  второго аспекта организации можно сказать следующее. Сама информатика должна существовать и развиваться в рамках определенных организационных структур (например, предприятий, фирм, городов). Именно такое понимание организации мы имеем в виду, говоря о встраивании информационных технологий в общественные организации. Внимание к проблемам организации, к организационным структурам – это, полагаю, показатель высокого профессионализма в отношении к информатике. К сожалению, нередко разработчики АСУ не учитывают организационные, социальные аспекты, что является важнейшей причиной низкой внедряемости их систем.

Нередко конструкция и методы включения новой системы таковы, что “вживление” ее в общественные организации проходит по-своему болезненно. Разработчики АСУ, жалуясь на низкую внедряемость их систем, считают, что социальные аспекты их не касаются, технический прогресс, мол, требует жертв. Типичная установка таких разработчиков: система незыблема и должна оцениваться только сама по себе, приспосабливаться же, изменяться должны люди. В действительности именно разумной организацией определяется в конечном итоге эффективность функционирования любой системы.

Следовательно, одним из элементов организации производства, требующих своего развития, является организация работы информационных систем. Информатику можно рассматривать как инструмент для модернизации организации. Информатика должна “наводить мосты” между автоматом и общественным окружением, между вычислительной техникой и обществом. Одна из важнейших ее задач – внедрение автоматов в общественную организацию, социальную среду.

До становления информатики была недостаточно изучена сторона пользователя. Человек только функционировал, обслуживая компьютер, и не овладевал искусством организации. Теперь он перестает быть только “приемником” информации, становясь главным действующим лицом информационного процесса.

Наличие вычислительной техники на предприятиях, учреждениях еще не означает более эффективную их работу. Без необходимой организации эта техника не оправдывает себя и приносит лишь убытки.

Мероприятия, идеи, положения, которые служат тому, чтобы такую организацию осуществить, развивать и приспосабливать постоянно к новым условиям, а также технология их использования определяются как организационные информационные ресурсы.

Важным объектом организации является функциональная группа персонала человеко-машинных систем. Необходимо выбрать оптимальный по числу и психологической совместимости состав групп.

Таким образом , организация неразрывно связана с человеческим фактором.

Аспект организации – не только составная часть трудовой деятельности; он пронизывает все формы общественной жизни, такие как политика, культура, образование и другие. Сама организация становится непосредственным объектом информационных технологий.

Возвращаясь к определению предмета информатики с учетом не только информации, но и организационных аспектов, можно сказать, что предметом информатики является структура и организация информации и процессов обработки информации как теснейшее взаимодействие человеческих и машинных операций. Здесь проявляется структура информатики как отражение процесса деятельности человека – составление модели, разработка алгоритма, создание программы, ее реализация в архитектуре и функционировании ЭВМ.И все это – в тесной взаимосвязи человеческих и машинных аспектов, что определяется в конечном итоге   эффективностью организации.

Ввод информационных технологий в рабочий процесс изменяет как содержание, так и форму человеческой деятельности, ведет к иной организации рабочих процессов, иному режиму работы. Заметим, что, если ранее, лет 20 тому назад, установление ЭВМ требовало изменение производственного процесса, теперь стоит задача так изменять ЭВМ, чтобы они сами “вписывались” в процесс. С этой целью важно улучшать организацию их проектирования, создавать новые ЭВМ с учетом конкретного их применения, приспособленные к решению специальных задач. Компьютеры должны быть доступны для нас, а мы – для них.

Итак, организация наряду с модельным, алгоритмическим и программным обеспечением – один из тех “китов”, на которых развивается информатика.

Основные направления развития информатики и ее связь с другими науками.

Можно выделить основные направления развития информатики: теоретическая информатика, прикладная и техническая.

Основные цели теоретической информатики – развитие общей теории создания, переработки и хранения информации; изучение ее структуры и свойств; разработка теоретических проблем организации систем обработки информации; выяснение закономерностей, в соответствии, с которыми происходит создание семантической информации, ее преобразование, передача и использование в различных сферах деятельности человека; разработка современных методов расчета на ЭВМ; открытие общих законов, лежащих в основе переработки информации; изучение сложных взаимосвязей в системе “человек – ЭВМ”, а также взаимного влияния социальных факторов и развития информационных технологий.

Прикладная информатика охватывает возможности формализации и математизации областей ее применения, создание баз знаний, моделей информатики, имитации; разработку наиболее рациональных методов осуществления информационных  процессов автоматизации исследований, методов и средств вычислительной техники, автоматизации производства; разработку теоретических основ проектирования и организации информационно-поисковых и информационно-логических систем; определение способов наиболее оптимальной организации связи как внутри науки, так и между наукой и производством с широким применением современных вычислительных технических средств, а также изучение закономерностей научно – информационной деятельности.

Техническая информатика – отрасль народного хозяйства, основанная на “индустрии” информатики; она включает в себя разработку структуры, принципов конструкции автоматизированных систем обработки информации; создание вычислительной техники новых поколений (в том числе персональных компьютеров), математического обеспечения; эксплуатация средств обработки создание гибких технологических систем, роботов, а также другие проблемы связанные с коадаптации человека к новой информационной технологии. К информатике относят и область искусственного интеллекта, содержащую как теоретические, так и технические аспекты.

Информатика – слуга других наук, технике и производства. Она снабжает их методами исследовании. Но пока – это методы, в основном заимствованные ею из других областей: математической статистики, вычислительной математики, теория игр, графов, исследование операций, математического программирования и другие. Развитие этих дисциплин вызывает к жизни новые методы исследований, а также способствует качественному изменению уже известных методов. Выяснение вопроса о сущности информатики было бы не полным без рассмотрения связи этой комплексной области знания и практической деятельности с другими науками, и прежде всего с кибернетикой, теории информации, математикой. Обычно не легко установить точную границу между различными дисциплинами.

Информатику не верно было бы отождествлять с кибернетикой. Основанная на кибернетике, она стимулировалась такими важнейшими процессами современного научного развития, как математизация научного знания, его интеграция, изменения научного мышления эпохи, системный подход. Кроме того, имели место факторы, связанные с социальными процессами. Это, прежде всего возрастание объема информации и ее роли в социальном развитии.

Н.Винер писал, что кибернетика – это “наука об управлении связи в живых организмов, машинах и обществе”. Кибернетику интересуют не особенности разных форм движения материи, а их общие свойства. Для кибернетики проблематика человека играет роль только с точки зрения сущности самого человека. Задачей кибернетики является, по сути, разработка одинаковых аспектов различных форм движения ,рассмотрение информации как таковой.

Кибернетика ставит в центр своего рассмотрения компьютер. Она исследует технические основы компьютера – его архитектуру и создание; теоретические основания ; технико-технологические вопросы применения.

Хотя Н. Винер и понимал фундаментальность информационного подхода, главными понятиями развиваемой науки он считал управление и обратную связь, поскольку на этом пути были получены основные результаты.

Информатика синтезирует достижения точных наук и технологически применяет их к управлению социальными (прежде всего производственнно-технологическими и экономическими) объектами. Для этого она использует элементы точного математического анализа, моделирования, оптимизации, инженерного расчета и другие конструктивные элементы в социальном управлении. Таким образом, происходит технологическое развитие и обогащение методов, форм, стиля управления. Аспекты управления, изучаемые информатикой, конечно, тесно связаны с аспектами ,изучаемыми кибернетикой. Именно благодаря информатике социальное управление превращается в область научно-технической (инженерной) деятельности, оставаясь вместе с тем областью применения достижений социальных наук.

Следовательно, информатика является не составной частью кибернетики, а самостоятельной научной дисциплиной, тесно связанной с кибернетикой, пересекающейся с нею. Как кибернетику , так и информатику в зависимости от вида информации можно делить на экономическую, медицинскую, научно-техническую и другие . Каждый вид информации характеризуется своим содержанием, однако все они подчинены общим закономерностям их машинного представления и доступа к ним, которые изучает информатика.

Кибернетика недостаточна, чтобы разъяснить: вопросы проектирования информационных систем; оценку эффективности обработки информации с помощью ЭВМ для общества; место компьютера в обществе и другие. Такие задачи возлагаются на новую научную дисциплину – информатику. В информатике речь идет не об отдельном и изолированном применении возросшего технико-вычислительного потенциала, а о рационализации сложных информационных систем, их интеграции в общественные организации. Рассмотрение только технических аспектов и аспектов математического обеспечения применения ЭВМ означало бы в конечном счете отрыв рационализации от организации ,преувеличение роли вспомогательных средств в сравнении с главным процессом, в котором вспомогательные средства могут быть использованы для его интенсификации.

Кибернетика в целом стремилась стать наукой о моделях человеко-машинных систем .