Конспект установочных лекций по комплексному курсу Информатика, Теория информации
КОМПЛЕКСНАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплин "Информатика" и «Теория информации» - комплексной дисциплины «Информатика, теория информации, информациология» (далее сокращенно «Информатика»).
Специальности: 220200 - "Автоматизированные системы обработки информации и управления" (специализация «в образовании») и 071900 - «Информационные системы (в образовании)».
(Шифр по ГОСу)
Составлена на основании Государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки инженера по специальности 220200 и 071900.
(Шифр по ГОСу)
Программа разработана и реализуется на Экспериментальной технологической площадке ГНИИ ИТТ «Информика» - МИРЭА-МГДТДиЮ в учебном процессе МИРЭА по кафедре ТИССУ и в системе дополнительного образования секторов НИТ и ИВТ МГДТДиЮ в целях развивающего обучения.
Кафедра: Технических и информационных средств систем управления (ТИССУ) МИРЭА.
Секторы: Новых информационных технологий (НИТ) и Информатики и вычислительной техники (ИВТ) отдела Технического творчества МГДТДиЮ.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
1.1. Цель изучения дисциплины.
Получение:
· представления о математическом моделировании; об информации, методах ее получения, хранения, обработки и передачи;
· знания о базовых понятиях информатики и вычислительной техники; о предмете и основных методах информатики; о закономерностях протекания информационных процессов в системах управления; о принципах работы технических и программных средств; о информационных пределах избыточности при построении систем передачи информации;
· умения получать, хранить, обрабатывать и передавать информацию; согласовывать производительность источника с пропускной способностью канала связи; использовать методы информационной технологии и ее средства при разработке и проектировании и эксплуатации автоматизированных систем;
· опыта использования, применения возможностей вычислительной техники и программного обеспечения; методов проектирования в области информатики; методов программирования; оптимальных кодов для каналов без шума, а также избыточных кодов для каналов с шумом;
· развивающего обучения по информатике, теории информации и информациологии, а также в целях постановки и развития совместного школьно-студенческого творчества в сфере поименнованных здесь учебных дисциплин.
1.2. Задачи изучения дисциплины:
Обретение знаний, навыков и умений для осуществления технического, информационного, программного, математического, организационного обеспечения автоматизированных систем обработки информации и управления, а также структуры систем в целом.
Задача решается благодаря тому, что основное внимание уделено понятию информации и различным формам ее представления, ориентированном на машинную обработку. Подробно рассматривается понятие алгоритма, свойства и классификация алгоритмов, способы их формального описания и исполнения. Даются общие сведения о языках программирования, их реализации и методах программирования, а также машинно-ориентированные языковые элементы. Большое внимание уделено типичным для многих языков структурам данных, объявлениям функций, процедур и типов данных, при этом особое внимание уделяется рекурсивным объявлениям. При изложении материала систематически делается акцент на его теоретические аспекты. Рассматриваются вопросы теории кодирования. Приведены различные виды кодов, их оптимальность, надежность передачи. Теоретической основой современных ЭВМ является булева алгебра, т.к. они строятся на базе двоичных элементов. Показывается, как на базе простейших элементов можно строить более сложные решения. Рассматриваются распределенные вычислительные системы и параллельная обработка данных. Вводится фундаментальное для таких систем понятие процесса, дается его математическое определение, способы описания процессов и систем взаимодействующих процессов, вопросов коммуникации и синхронизации, средства языков программирования для описания параллельных взаимодействующих процессов.
Рассматриваются операционные системы – их назначение, функции и реализация, особенности ОС для различных режимов работы ЭВМ и их использования, приводятся примеры реализации ОС для различных режимов работы ЭВМ и их использования, приводятся примеры реализации ОС для модельной машины. Приводится реализация языков программирования с помощью интерпретаторов и компиляторов. Подробно рассматриваются основные фазы их работы – лексический и синтаксический анализ. Обозначаются теория формальных языков (основные понятия отношений и графов), формальные языки и их классификации по Хомскому, различные способы задания грамматик и их соотношения, понятия вычислимости и сложности вычислений. Рассматривается ряд классических алгоритмов (сортировка данных, нахождение путей в графах) с оценкой их сложности, а также избранные структуры данных, ориентированные на хранение больших множеств данных, и эффективные методы работы с ними (в частности, специальные древовидные структуры и хэш-таблицы). Изучаются формализмы спецификаций, базы данных и информационные системы, а также – дополнительно к рассмотренным стилям программирования – логическое и объектно-ориентированное программирование. Даются заключительные замечания к информатике, как науке (информациологии), касающиеся ее современного состояния и перспектив развития, а также обсуждаются некоторые специфичные аспекты информатики (правовые, социальные, экономические, философские и др.), связанные с построением информационного общества и развитием информационно-социальных технологий.
1.3. Перечень дисциплин и разделов, знание которых требуется для изучения данной дисциплины:
Введение в специальность
Высшая математика (алгебра, дискретный анализ, математическая логика и формальные системы, математический анализ, дифференциальные уравнения)
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Наименование тем, их содержание.
Часть первая
2.1.1. Введение в курс: понятие информации, основные определения.
2.1.2. Виды информации (классификация).
2.1.3. Булева алгебра, булевские термы.
2.1.4. Исчисление предикатов.
2.1.5. Теория графов.
2.1.6. Теория сложности.
2.1.7. Рекурсивные функции.
Часть вторая
2.1.8. Алгоритмы.
2.1.9. Вычислительные структуры.
2.1.10. Кодирование и теория информации.
2.1.11. Процессы.
2.1.12. Грамматики.
2.1.13. Контекстно-свободные языки и магазинные автоматы.
2.1.14. Гипотетические машины: Машины Тьюринга. Регистровые машины.
Часть третья
2.1.15. Методика программирования.
2.1.16. Параллельные векторные архитектуры.
2.1.17. Языки программирования и программирование: Синтаксис. Описание формального языка с помощью БНФ.
2.1.18. Аппликативные языки программирования: Элементы аппликативных языков программирования.
2.1.19. Аппликативные языки программирования: Техника аппликативного программирования.
2.1.20. Аппликативные языки программирования: Техника доказательства для рекурсивных программ.
2.1.21. Объявление типов. Массивы. Конечные множества как вычислительные структуры. Рекурсивные объявления типов. Списки.
2.1.22. Структура вычислительных машин. Машинно-ориентированные программные структуры.
2.1.23. Процессы, коммуникация и координация в распределенных системах.
2.1.24. Операционные системы и системное программирование.
2.1.25. Интерпретация и компиляция программ.
2.1.26. Эффективные алгоритмы и структуры данных: Избранные алгоритмы. Деревья. Эффективное представления множеств.
2.1.27. Методы описаний в программировании: Формализмы для спецификаций. Логическое программирование.
2.1.28. Методы описаний в программировании: Объектно-ориентированное программирование.
2.1.29. Методы описаний в программировании: Базы данных и информационные системы. Моделирование отношений сущность/связь.
2.1.30. Методы описаний в программировании: Базы данных и информационные системы. Характеризация связей.
2.1.31. Методы описаний в программировании: Базы данных и информационные системы. Система управления базой данных.
2.1.32. Методы описаний в программировании: Базы данных и информационные системы. Запросы к базам данных и их изменение.
2.1.33. Методы описаний в программировании: Базы данных и информационные системы. Применение систем баз данных.
2.1.34. Заключительные замечания по курсу: Применения информатики в инженерных областях и в образовании. Информатика и наука.
2.2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ (рекомендуемый перечень).
Введение в лабораторный практикум (Инструктаж). Настройка ОС Windows 95/98/NT на АРМ.
Командные файлы. Конфигурационные файлы.
Обработка текстовых термов на примере текстового процессора Microsoft Word 95/97.
Форматирование табличной информации.
Работа с графическими объектами и операции над ними в Microsoft Word.
Организация доступа к информации через удаленный терминал.
Сбор (поиск) информации в WWW.
Введение в язык гипертекстовой разметки HTML.
Моделирование жизненного цикла программного обеспечения информационных систем.
Оформление результатов, подготовка к зачету по лабораторному практикуму.
Использование и создание шаблонов.
Базы данных в среде Microsoft Excel 95/97.
Реляционная СУБД Microsoft Access 95/97.
Организация работы с данными в Microsoft Access 95/97.
Построение алгоритмических моделей с использованием интерпретатора машины Поста.
Оформление результатов, подготовка к зачету по лабораторному практикуму.
2.3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ (программа формируется индивидуально).
2.4. ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ - ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ
Решение задач детерминистических текстовых замен.
Разработка синтаксических диаграмм описания формальных языков.
Построение рекурсивных объявлений функций.
Разработка описания, ориентированных на присваивание языковых элементов.
Разработка диаграммы управления потоком.
Использование вычислительных структур последовательностей.
Разработка кодового дерева при параллельной и последовательной передаче.
Построение и описание П-схемы с заданными параметрами.
Разработка и описание раздаточного автомата с помощью сети Петри.
Организация данных в вычислительной системе и управление ими.
Решение задач на недетерминированных полиноминально-ограниченных по времени T-машинах (с трассированным направленным обходом Гамильтона).
Построение последовательного структурированного процесса с помощью трасс.
Моделирование вычислительной системы в случае простой операционной системы для пакетного режима.
Решение задач недетерминированного порождения перестановки с использованием бэктрекинг-недетерминированности в языках программирования.
Сортирование и упорядочивание деревьев, представление деревьев массивами, построение AVL и B-деревьев.
Решение задач объектно-ориентированного программирования (с использованием концепций инкапсуляции данных, классов и наследований, объектов и воплощений, вызовов методов и обмена сообщениями).
2.5. ТЕМАТИКА И ФОРМЫ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ УЧАЩИХСЯ С ПРЕПОДАВАТЕЛЯМИ
Формы индивидуальной работы с учащимися: собеседование, обсуждение, выдача заданий на ИР, реферирование, поиск и обработка информации на сервере кафедры и в сети Интернет и т.п.
Предметная область и круг рассматриваемых вопросов (примеры):
· Списки.
· Простые списки.
· Рекурсивно объявленные списковые типы.
· Реализация последовательностей в виде списков и кольцевые списки.
· Контекстные условия.
· Семантика.
· Синтаксические диаграммы.
· БНФ-нотация.
· Формальное описание алгоритма через замену текстов и т.д.
2.6. ТЕМЫ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ:
Три типовые задачи по каждому из семестров, решаемые в процессе прохождения соответствующих тем лекционного курса в целях приобретения необходимых навыков в решении задач и закреплении теоретических знаний, например:
Часть первая:
1. Произвести вычисления с булевскими термами.
2. Построить структурный граф.
3. Использовать рекурсивные вычислительные предписания для сложения, поиска биномиальных коэффициентов и упорядочивания последовательности чисел путем слияния.
Часть вторая:
1. Построить алгоритм текстовых замен.
2. Построить кодовое дерево.
3. Описать функцию Аккермана через структурную рекурсию.
Часть третья:
1. Выполнить сортировку через выбор (в императивной форме).
2. Осуществить моделирование отношений сущность/связь для заданного объекта.
3. Представить десятичную систему счисления в БНФ-описании.
Приложение 02
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ДИСКУССИЙ (ТЕЛЕКОНФЕРЕНЦИЙ)
по комплексной дисциплине «Информатика-теория информации-информациология»:
1. Понятие о теории информации.
2. Простейшие свойства информации, кодирование, префиксные коды.
3. Законы булевской алгебры и булевских термов.
4. Пути в графах и образование замыканий.
5. Теорема Кнастера-Тарски. (приведите доказательство теоремы)
6. Мера сложности. Временна’я сложность.
7. Дерево. Его характеристики.
8. Свойства булевых функций.
9. Теорема по Савичу. (приведите доказательство теоремы)
10. Информация и ее представление.
11. Предикат. Представление предикатов.
12. Гриди-алгоритмы.
13. Понятие графа. Способы задания графов.
14. Ленточная сложность.
15. Сигнатуры. Диаграмма сигнатуры.
16. Алгоритм Форда.
17. Синтаксические диаграммы.
18. Взаимная рекурсия.
19. Форма Бэкуса-Наура
20. Планарность. Теорема Понтрягина-Куратовского.
21. Формальные языки.
22. Корневые деревья. Независимые циклы.
23. Декартово произведение множеств.
24. База и ядро графа.
25. Булевы функции, стрелка Пирса, и «штрих Шеффера».
26. Алгоритмы подстановки термов.
27. Неравенство Крафта, код Левенштейна.
28. Теорема Шеннона I, оптимальное кодирование.
29. Код Хаффмана.
30. Энтропия и стоимость кодирования марковских источников.
31. Теорема Шеннона II.
32. Теорема Гильберта-Мура, блочное кодирование.
33. Неблочное кодирование.
34. Код Ходака.
35. Арифметический код Рассанена.
36. Универсальное кодирование.
37. Кодирование Штарькова-Бабкина, оценка его избыточности.
38. Кодирование Зива-Лелепеля, оценка избыточности.
39. Метод универсального кодирования Рябко-Элайеса.
40. Обратная теорема кодирования и теорема Шеннона для дискретного канала без памяти.
41. Код Хемлинга, граница Хемлинга, коды. Граница Варламова-Гильберта, закон Цимфа.
42. Теорема о свойстве конгруэнции семантической эквивалентности для подстановок.
43. Алгоритмы Маркова.
44. Функциональные понятия теории множеств. Аксиоматика теории множеств.
45. Связный список. Представление и работа с ним.
46. Формула упрощения булевых функций.
47. Эйлеров цикл. Полуэйлерность. Критерий эйлерности.
48. Неформальные описания алгоритмов.
49. Построение алгоритмических моделей с использованием интерпретатора машины Поста.
50. Принцип работы машины Тьюринга.
51. Код Грэя.
52. Метод рекурсивного спуска.
53. Коды переменной длины.
54. Грамматика Хомского.
55. Последовательное и параллельное кодирование последовательностей знаков.
56. Магазинные автоматы.
57. Нормальная форма Грейбах.
58. Оптимальность кодов и разрешающая информация.
59. Теорема кодирования Шеннона.
60. Магазинные автоматы и контекстно-свободные языки.
61. Надежность передачи сообщений.
62. Форма Бэкуса-Наура.
63. Надежность кодов.
64. LR(k)-языки.
65. LL(k)-грамматики.
66. Формальное описание алгоритма через замену текстов.
67. Алгоритмы Маркова.
68. Контекстно-зависимые грамматики.
69. Отображения, индуцируемые алгоритмами текстовых замен.
70. Гипотетические машины.
71. Семейства функций и множеств как вычислительные структуры.
72. Грамматики.
73. Сигнатуры.
74. Иерархия языков по Хомскому.
75. Основные термы.
76. Структурные графы и структурные деревья.
77. Термы с идентификаторами.
78. Тупики и бесконечные трассы вывода.
79. Параллельные векторные архитектуры.
80. Моделирование отношений сущность\связь.
81. Информатика и науки.
82. Применение систем баз данных.
83. Процессы, коммуникация и координация в распределенных системах.
84. Характеризация связей.
85. Процессы, коммуникация и координация в распределенных системах.
86. Функции операционной системы.
87. Структуры действий как процессы.
88. Диаграммы сущность\связь.
89. Сети Петри.
90. Система управления базой данных.
91. Предикаты над процессами.
92. Запросы к базам данных и их изменение.
93. Коммуникация через обмен сообщениями.
94. Объектно-ориентированное программирование.
95. Деревья. Эффективное представление множеств.
96. Применение систем баз данных.
97. Описание формального языка с помощью БНФ.
98. Запросы к базам данных и их изменение.
99. Элементы аппликативных языков программирования.
100.Логическое программирование.
101.Техника аппликативного программирования.
102.Интерпретация и компиляция программ.
103.Рекурсивные объявления типов. Списки.
104.Операционные системы и системное программирование.
105.Интерпретация языков программирования.
106. Простая операционная система для пакетного режима.
107.Компиляция языков программирования. Компилятор
108.Структурирование операционной системы.
Приложение 03.
ПРИМЕРЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
по комплексной дисциплине «Информатика-теория информации-информациология»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Внедрение изображений, работа с графическими объектами и операции над ними в Microsoft Word
1. Методические указания
Работа с рисунками в Microsoft Word
В среде Microsoft Word существует возможность вставки рисунков и отсканированных фотографий из других программ и файлов. Для вставки рисунка из другой программы выберите команду Рисунок в меню Вставка, а затем — команду Из файла. При выделении рисунка на экране появляется панель инструментов Настройка изображения, которую можно использовать для обрезки изображения, добавления границ, а также регулировки яркости и контрастности.
Для вставки отсканированной фотографии выберите команду Рисунок в меню Вставка, а затем — команду Со сканера. На экране появится рисунок в окне программы Microsoft Photo Editor, предназначенной для редактирования рисунков.
Существует два типа рисунков: точечные рисунки, которые не могут быть разгруппированы, а также рисунки типа метафайлов, которые могут быть разгруппированы, преобразованы в графические объекты, а затем отредактированы при помощи кнопок на панели рисования. Большинство рисунков имеют формат метафайла. Для разгруппирования и преобразования рисунка в набор графических объектов необходимо выделить его, а затем выбрать команду Разгруппировать в меню Действия. Графические объекты, получившиеся после разгруппирования метафайла, можно изменять, как любые другие графические объекты. Например, можно вставить рисунок человека, разгруппировать его, изменить цвет его одежды, а затем добавить измененный рисунок к другому рисунку.
Для создания фигурного текста нужно выбрать кнопку Добавить объект WordArt на панели рисования.
Word распознает большинство наиболее распростра-ненных графических форматов. Так как все программы Office используют одни и те же графические фильтры, фильтр, установленный при установке другой программы Office — например PowerPoint или Microsoft Excel, — будет доступен при работе в Word. Для получения дополнительных сведений о графических форматах см. Приложение 1.
Word вставляет рисунки в документ как объекты. Поэтому освоение работы с объектами является важным в процессе работы с документом.
Вставка рисунка
В Microsoft Word предусмотрена возможность вставки картинки или рисунка из Clip Gallery, а также точечного рисунка или отсканированной фотографии из других программ. Точечный рисунок - рисунок, состоящий из множества точек, составляющих фигуры и линии. Точечные рисунки создаются в графических редакторах типа Microsoft Paint или путем сканирования изображений. Точечные рисунки не могут быть преобразованы в наборы графических объектов, однако допускают обрезку, масштабирование и изменение цвета (с помощью панели Настройка изображения).
После вставки картинки ее можно преобразовать в набор графических объектов, а затем отредактировать, используя кнопки на панели инструментов Рисование, например, изменить заливку или цвет линий, перегруппировать элементы или объединить несколько рисунков. При выделении рисунка на экране появляется панель инструментов Настройка изображения, которую можно использовать для обрезки изображения, добавления границ, а также регулировки яркости и контрастности.
По умолчанию импортированные рисунки являются перемещаемыми, т. е. вставляются в графический слой, что позволяет задать их точное положение на странице и поместить впереди или позади текста и других объектов. Перемещаемый рисунок можно преобразовать во встроенный, т. е. рисунок, который вставляется непосредственно в позицию курсора и ведет себя как обычный текстовый символ.
Операции над точечными рисунками
Word позволяет осуществлять над рисунками ряд операций:
· преобразование рисунка в Рисунок Microsoft Word или Документ Microsoft Word;
· вставку текста непосредственно в рисунок;
· изменение размера и масштаба рисунка;
· добавление/обрезка дополнительного просвета слева, справа, снизу и сверху;
· преобразование цвета рисунка: исходный, черно-белый, оттенки серого, подложка;
· изменение яркости и контрастности рисунка;
· размещение рисунка в документе относительно текста;
· осуществление заливки объектного пространства рисунка каким-либо цветом;
· размещение вокруг выделенного рисунка прямоугольных границ раличной конфигурации: с тенью, объемные, а также с заданными типом, цветом и толщиной линии.
2. Цель работы
Исследование возможностей среды Microsoft Word при работе с различными графическими объектами, в том числе с растровыми изображениями.
3. Задание
1. Вставить в документ Microsoft Word рисунок.
2. Осуществить операции над рисунком.
3. Сохранить результаты в файле Фамилия студента.doc.
4. Указания по подготовке к выполнению задания
Каждый учащийся проходит собеседование по теме исследований и допускается до лабораторной работы, если при собеседовании покажет необходимые знания:
· материала рекомендованной литературы, страниц web или источников на электронных носителях;
· понимание цели лабораторной работы;
· знание правлил техники безопасности.
5. Основные вопросы теории, которые необходимо проработать
Изучить типы графических форматов, возможности по сохранению и преобразованию графических файлов в основных графических редакторах: Microsoft Paint, Microsoft Photo Editor, Microsoft Imaging for Windows, приемы работы с графическими файлами в Microsoft Word.
6. Вопросы для самопроверки
1. Какие типы графических форматов поддерживает Microsoft Word?
2. Как добиться сохранения изображения в формате CCITT 4 (Group 4), тип файла – черно-белый (monochrome 1 bit)?
3. Что такое CCITT?
4. Какими свойствами обладает тип объекта Рисунок Microsoft Word?
5. Каким образом можно поместить название рисунка «Рисунок 1» в объект Документ Microsoft Word?
6. Для чего используются флажки Связать с файлом и Хранить в документе в окне Добавить рисунок? Как они связаны между собой?
7. Описание лабораторного комплекса
Лабораторный комплекс реализован на АРМ кафедры ТИССУ МИРЭА или секторов ИВТ, НИТ в МГДТДиЮ и включает в себя:
· персональный компьютер в сетевом классе под управлением ОС Windows 95/98;
· графический редактор Microsoft Paint, входящий в состав ОС Windows 95/98;
· пакет Microsoft Office 97 с установленными приложениями и компонентами:
ü Microsoft Word;
ü Microsoft Photo Editor;
ü Microsoft Equation 3.0;
ü графическими фильтрами, в том числе Tagged Image File Format (Tiffim32.flt).
8. Порядок выполнения работы. Обработка результатов
Подготовка места сохранения результатов лабораторной работы
1. Перейдите на сервере в каталог Учащиеся (студенты, школьники).
2. Создайте директорию с именем Фамилия учащегося.
Подготовка рисунка
1. Заранее приготовить рисунок над которым будут производиться операции. Для упрощения работы нужно выбрать черно-белый рисунок в формате TIFF CCITT Group 4 (CCITT4), тип файла? черно-белый (monochrome 1 bit), т.к. при работе с ним требуется меньше всего ресурсов компьютера. В случае если такого нет, то выполнить указанные ниже операции.
2. Найти рисунок для обработки.
3. Отсканировать изображение в котором находится рисунок.
4. Сохранить отсканированное изображение в формате TIFF CCITT Group 4 (CCITT 4) (monochrome 1 bit), тип файла? черно-белый.
5. С помощью Microsoft Photo Editor вырезать рисунок (фрагмент рисунка), размером не более 300x300 точек.
6. Сохранить получившийся рисунок в формате TIFF CCITT Group 4 (CCITT 4), тип файла? черно-белый (monochrome 1 bit) в файле под именем Фамилия учащегося.
7. В случае если есть рисунок в электронном формате нужно привести его к такому же формату ? TIFF CCITT Group 4 (CCITT 4) (monochrome 1 bit), тип файла ? черно-белый. Для этого откройте рисунок в редакторе Paint и сохраните в формате BMP, тип файла – черно-белый (monochrome 1 bit). Далее нужно повторить п.п. 5-6.
Импорт рисунка в документ Word и операции над ним
1. Запустите Microsft Word. Откройте документ Word, содержащий только одну страницы текста и занимал не более 2/3 листа.
2. Укажите место вставки рисунка.
3. В меню Вставка
выберите команду Рисунок, а затем — команду Из файла.
4. Выберите файл, в котором содержится нужный рисунок.
5. Снимите флажок Поверх текста. Нажмите кнопку Добавить.
6. Выберите рисунок указателем мыши. Нажмите на панели кнопку По центру.
7. Щелкине два раза на рисунке. Рисунок откроется для редактирования. В открывшемся окне выберите рисунок. Нажмите правую кнопку мыши и выберите пункт Формат рисунка. В открывшемся окне выберите вкладку Положение
и снимите флажок Поверх текста. Выбирете OK.
8. Снова выберите рисунок. Подведите указатель мыши к нижнему правому углу рисунка, захватите его и начинайте его уменьшение по диагонали справа налево с учетом того чтобы внизу можно было добавить название рисунка.
9. Включите показ непечатаемых символов на панели Word.
10. Установите в позицию абзаца (отображается символ ¶) указатель мыши.
11. Нажмите один раз клавишу Enter.
12. Введите фразу шрифтом размером 12pt «Рисунок 1. Демонстрация возможностей Word по работе с рисунками. ». Здесь кавычки используются для указания какой текст нужно вводить.
13. Нажмите еще раз клавишу Enter. Введите фразу шрифтом размером 10pt «Рисунок вставил Фамилия студента.»
14. Нажмите на панели кнопку Закрыть рисунок.
15. При необходимости переместите рисунок в удобное место и отцентрируйте его.
16. Выберите рисунок указателем мыши. Нажмите правую кнопку мыши и выберите пункт Границы и заливка. В открывшемся окне на вкладке Границы укажите тип границы Тень, цвет - любой, ширину линии – 3пт, тип линии – любой. В поле Применить к выберите рисунку. Нажмите OK.
17. Установите панель Рисование. Выберите Овал и разместите по центру рисунка. Выберите нарисованный овал. Нажмите правую кнопку мыши. Выберите Добавить текст. Выберите Объект в меню Вставка. Выберите на вкладке Создание в списке Тип объекта Microsoft Equation 3.0. Нажмите OK. Введите математическую формулу: интеграл от a до b, подинтегральное выражение 3 в степени x по dx. Формулу нужно вводить с помощью математических знаков. Установите границу и заливку для объекта Microsoft Equation 3.0 (для формулы) и для овала как это было сделано в п. 16.
18. Выберите рисунок. Выберите Шрифт в меню Формат. Выберите вкладку Анимация. В списке Вид выберите Мерцание. Нажмите OK.
19. Щелкниет мышью на текст. Выберите Границы и заливка в меню Формат. Выберите вкладку Страница. Установите аналогичные параметры с пунктом 15. В поле Применить к
установите значение Ко всему документу.
20. Выберите Параметры страницы в меню Файл. Выберите вкладку Макет. В поле Вертикальное выравнивание установите значение По центру. Нажмите OK.
21. Сохраните получившийся в результате обработки файл в каталоге созданном в подразделе Подготовка места сохранения результатов лабораторной работы.
9. Требования к содержанию и оформлению протокола отчета
1. Протокол оформляется в электронной форме, сохраняется в отдельном файле с именем Фамилия учащегося_отчет и предъявляется преподавателю.
2. Протокол содержит титульный лист единого образца:
3. В протоколе отражаются результаты достигнутые в подразделах раздела 8., а также:
· содержание задания;
· описание лабораторного комплекса;
· основные сведения об импорте рисунков в документ Word и операций с ними;
· описание конечного результата работы;
· выводы.
10. Пояснения: типы графических файлов, поддерживаемые Word:
· AutoCAD Format 2-D (.dxf)
· Computer Graphics Metafile (.cgm)
· CorelDRAW (.cdr)
· Encapsulated PostScript (.eps)
· Enhanced Metafile (.emf)
· Graphics Interchange Format (.gif)
· JPEG File Interchange Format (.jpg)
· Kodak Photo CD (.pcd)
· Macintosh PICT (.pct)
· Micrografx Designer/Draw (.drw)
· PC Paintbrush (.pcx)
· Portable Network Graphics (.png)
· Tagged Image File Format (.tif)
· Targa (.tga)
· Точечные рисунки Windows (.bmp, .rle, .dib)
· Метафайлы Windows (.wmf)
· WordPerfect Graphics (.wpg)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Построение алгоритмических моделей с использованием интерпретатора машины Поста
1. Методические указания
Работа с машиной Поста
Познакомьтесь с содержанием файла mp32.hlp, расположенном на сервере по следующему пути: \\virgin\students\Матчин\Лабы\mp32.hlp. Если этот файл не удается запустить с сервера, скопируйте на локальный компьютер и повторите операцию.
2. Цель работы
Знакомство с простейшими алгоритмическими машинами. Исследование алгоритмических моделей и построение простейших алгоритмов для машины Поста.
3. Задание
4. Составить алгоритм и написать программу в терминах машины Поста, используя интерпретатор машины Поста:
· сложения двух чисел (конкретные значения чисел и количество пропущенных клеток между числами необходимо получить у преподавателя).
· вычитание двух чисел (конкретные значения чисел и количество пропущенных клеток между числами необходимо получить у преподавателя).
· игра в пинг-понг (метки отражаются от двух меток). Количество отражающихся меток нужно получить у преподавателя.
5. Отладить работу программ.
6. В итоге получится три программы, которые необходимо сохранить в файлах Фамилия студентаN.pst.
Где N – порядковый номер программы.
7. Написать отчет о проделанной работе.
4. Указания по подготовке к выполнению задания
Каждый учащийся проходит собеседование и допускается до лабораторной работы, если при собеседовании покажет необходимые знания:
· материала рекомендованной литературы, страниц web или источников на электронных носителях;
· понимание цели и задач лабораторной работы, а также методики исследований;
· знание правлил техники безопасности.
5. Основные вопросы теории, которые необходимо проработать
Изучить принцип работы машины Поста, освоить интерпретатор машины Поста, освоить команды машины Поста.
6. Вопросы для самопроверки
7. Что такое алгоритм?
8. Что такое машина Поста?
9. Какие команды существуют у машины Поста?
10. Как осуществить запуск, останов и пошаговое выполнение программы в интерпретаторе машины Поста?
7. Описание лабораторного комплекса
Лабораторный комплекс реализован на АРМ кафедры ТИССУ МИРЭА или секторов ИВТ, НИТ в МГДТДиЮ и включает в себя:
· персональный компьютер в сетевом классе под управлением ОС Windows 95/98;
· интерпертатор машины Поста, выполненный в качестве исполняемого модуля (mp32.exe);
· файл помощи, выполненный в виде стандартного файла помощи Windows (mp32.hlp);
· пакет Microsoft Office 97 с установленными приложениями и компонентами.
8. Порядок выполнения работы. Обработка результатов
Подготовка места сохранения результатов лабораторной работы
3. Нажмите кнопку Пуск\Выполнить, в поле наберите \\virgin и нажмите Enter.
4. В открывшемся окне перейдите в каталог Матчин. Создайте в этом каталоге папку под именем Фамилия_студента. В этом каталоге сохраняйте результаты лабораторной работы.
Создание алгоритма и написание программы для машины Поста
1. Запустите интерпретатор машины Поста, расположенный в каталоге \\virgin\students\Матчин\ Лабы\mp32.exe. Если не удается запустить этот файл с сервера, тогда скопируйте файлы mp32.exe и mp32.hlp на локальный компьютер и снова повторите операцию запуска.
2. Откройте помощь, нажав Справка в меню Помощь.
3. Далее изучите помощь и следуйте приведенным в помощи инструкциям.
9. Требования к содержанию и оформлению протокола отчета
4. Протокол оформляется в электронной форме, сохраняется в отдельном файле с именем Фамилия студента_отчет и предъявляется преподавателю.
5. Протокол содержит титульный лист (см. приложение 1):
6. В протоколе отражаются результаты, достигнутые в процессе выполнеия работы:
· содержание задания;
· описание лабораторного комплекса;
· основные сведения о работе машины Поста;
· описание конечного результата работы;
· выводы.
10. Пояснения: работа машины Поста.
Машина Поста состоит из ленты и каретки (называемой также считывающей и записывающей головкой). Лента бесконечна и разделена на секции одинакового размера. Порядок, в котором расположены секции ленты, подобен порядку, в котором расположены все целые числа. Поэтому естественно ввести на ленте "целочисленную систему координат", занумеровав секции числами ..., -3 , -2 , -1 , 0 , 1 , 2 , 3,...
В каждой секции ленты может быть либо ничего не записано (такая секция называется пустой), либо стоять метка "V" (тогда секция называется отмеченной).
Информация о том, какие секции пустые, а какие отмеченные, образует состояние ленты. Иными словами, состояние ленты - это распределение меток по ее секциям. На точном математическом языке состояние ленты - это функция, которая каждому числу (номеру секции) ставит в соответствие либо метку, либо "пусто". Состояние ленты, в процессе работы, может меняться.
Каретка может передвигаться вдоль ленты влево и вправо. Когда она неподвижна, она стоит против ровно одной секции ленты; говорят, что каретка обозревает эту секцию, или держит ее в поле зрения.Информация о том, какие секции пустые, а какие отмеченные и где стоит каретка, образуют состояние машины Поста.
Таким образом, состояние машины Поста слагается из состояния ленты и указания номера той секции, которую обозревает каретка.
За единицу времени, которая называется шагом, каретка может сдвинуться на одну секцию влево или вправо. Кроме того, каретка может поставить (напечатать) или уничтожить (стереть) метку в той секции, против которой она стоит, а также распознать, стоит или нет метка в обозреваемой ею секции.
Работа машины Поста состоит в том, что каретка передвигается вдоль ленты и печатает или стирает метки. Эта работа происходит по инструкции определенного вида, называемого программой. Для машины Поста возможно составление различных программ из разного числа команд, но эти команды строго определены.
Чтобы машина Поста работала, надо задать некоторую программу и некоторое состояние машины.
Работа машины на основании заданной программы происходит следующим образом. Машина приводится в начальное состояние и приступает к выполнению первой команды программы. Эта команда выполняется за один шаг, после чего машины приступает к выполнению той команды, номер которой равен отсылке первой команды.
Вообще каждая команда выполняется за один шаг, а переход от выполнения одной команды к выполнению другой происходит по следующему правилу: пусть на k-ом шаге выполнялась команда с номером i, тогда,
· если эта команда имеет единственную отсылку j, то на (k + 1)-ом шаге выполняется команда с номером j;
· если эта команда имеет две отсылки j1 и j2, то на (k + 1)-ом шаге выполняется одна из двух команд -- с номером j1 или с номером j2;
· если же выполняющаяся на k-ом шаге команда вовсе не имеет отсылки, то на (k +1) - ом шаге и на всех последующих шагах не выполняется никакая команда – машина останавливается.
Если теперь, задав программу и какое-либо начальное состояние, пустить машину в
ход, то осуществится один из следующих трех вариантов:
1) В ходе выполнения программы машина дойдет до выполнения
невыполнимой команды; выполнение программы прекращается, машина
останавливается - происходит безрезультатная остановка.
2) В ходе выполнения программы машина дойдет до выполнения команды
остановки; программа в этом случае считается выполненной,
машина останавливается - происходит результативная остановка.
3) В ходе выполнения программы машина не дойдет до выполнения ни одной
из команд, указанных в первых двух вариантах;
выполнение программы при этом никогда не прекращается, машина никогда
не останавливается - процесс работы машины происходит бесконечно.
Приложение 04.
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ И ВОПРОСОВ ПО КУРСУ ИНФОРМАТИКИ МИНИМАЛЬНОГО БАЗОВОГО УРОВНЯ (ШКОЛЬНОЙ, ВНЕШКОЛЬНОЙ) ПОДГОТОВКИ ДЛЯ ПЛОДОТВОРНОГО УЧАСТИЯ В УЧЕБНО-ТВОРЧЕСКИХ РАБОТАХ ПО ПРОГРАММАМ НАСТОЯЩЕГО УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА МИРЭА-МГДТДиЮ-ГНИИ ИТТ «ИНФОРМИКА»
ПО КОМПЛЕКСНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ: «ИНФОРМАТИКА-ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ-ИНФОРМАЦИОЛОГИЯ».
1. Информация и персональные ЭВМ.
1.1. Информация и компьютеры. Понятие информации. Примеры информационных процессов. Состав персональных ЭВМ. Операционные системы.
1.2. Редактирование текстов на ЭВМ. Виды информации. Объем и количество информации. Основные возможности редакторов текстов на ЭВМ.
1.3. Графические виды информации. Свойства информации. Графические представления. Основные возможности графических редакторов.
1.4. Выполнение расчетов на ЭВМ. Результаты и методы решения задач.
Основные возможности электронных таблиц.
2. Элементы информационных технологий.
2.1. Базы данных на ЭВМ. Табличные базы данных. Сортировка данных. Основные возможности табличных баз данных.
2.2. Элементы математической логики. Высказывания. Логические связки "и", "или", "не". Элементарные логические законы (отрицания).
2.3. Элементы исчисления предикатов. Понятие предиката. Факты, вопросы и правила в исчислении предикатов. Описания баз данных.
2.4. Базы знаний на ЭВМ. Понятие баз знаний. Определение понятий в базах знаний. Примеры баз знаний.
3. Алгоритмы и начала программирования.
3.1. Понятие и свойства алгоритмов. Понятие алгоритма. Свойства алгоритмов. Примеры алгоритмов.
3.2. Основные возможности языка Бейсик /Паскаль/. Понятие программы. Арифметические операторы. Операторы ввода-вывода. Графические операторы.
3.3. Ветвления в алгоритмах и программах. Выбор действий в алгоритмах. Оператор goto. Организация ветвлений в программах.
3.4. Циклы в алгоритмах и программах. Цикл со счетчиком. Цикл с предусловием. Организация циклов в программах.
3.5. Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы. Переменные и параметры. Вспомогательные алгоритмы. Организация подпрограмм.
3.6. Алгоритмы и программы обработки данных. Понятие массива. Понятие файла. Обращения к массивам и файлам.
4. Технология решения задач на ЭВМ.
4.1. Этапы решения задач на ЭВМ. Постановка и методы решения задач. Виды ошибок в алгоритмах и программах.
4.2. Анализ правильности программ. Понятие правильности алгоритмов и программ. Анализ правильности простейших алгоритмов.
4.3. Анализ правильности циклов. Индукция и дедукция. Примеры и контрпримеры. Опровержения и доказательств правильности.
4.4. Математическое моделирование. Виды математических моделей и представлений. Примеры математического моделирования.
4.5. Вычислительный эксперимент. Понятие вычислительного эксперимента. Организация экспериментов на ЭВМ.
5. Основы вычислительной техники.
5.1. Логические элементы ЭВМ.
Логические элементы "И", "ИЛИ", "НЕ". Функции логических схем.
5.2. Архитектура ЭВМ. Процессоры. Оперативная и внешняя память. Внешние устройства. Двоичное исчисление.
5.3. Системы программирования. Интерпретаторы, трансляторы и компиляторы. Технология разработок программ.
5.4. История вычислительной техники. Четыре поколения ЭВМ: элементная база, архитектура и системы программирования. Пятое поколение ЭВМ. Мультимедиатехнологии. Компьютерная графика. Аудиовидеосистемы (MP 3 и др.).
5.5. Телекоммуникации и электронная почта. Вычислительные сети. Телекоммуникации. Электронная почта. Телеконференции. Виртуальные пространства (понятия). Терминалы удаленного доступа и их создание.
5.6. Интернет\Интранет-технологии. WEB-страницы и WEB-дизайн. Поиск информации в сети Интернет. Понятие об информсреде образования, науки, культуры. Понятие об открытых информационных системах, технологии «клиент-сервер».
5.7. Базы и банки данных и знаний, управление ими (СУБД). Поисковые системы. Серверы, их назначение и обслуживание. Корпоративные сети и системы. Понятие об информационных системах и их назначении. Дидактические, обучающие системы, системы ДО, экспертные и интеллектуальные системы.
Приложение 05.
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ ТВОРЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО ИНФОРМАТИКЕ,
СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ МИНИМАЛЬНОМУ БАЗОВОМУ УРОВНЮ
(по материалам школьного лицея «Воробьевы горы», 1999\2000 уч. год, М. МГДТДиЮ)
(примеры размещены на сервере МГДТДиЮ)
Приложение 06.
Технологии учебно-творческого процесса и подходы к формированию
содержания подготовки по информатике в условиях развивающего обучения
(методические рекомендации по конструированию курса)
Углубленное развивающее обучение и творчество в сфере комлексной дисциплины «Информатика, теория информации и информациология» предполагают реализацию модели множественных образовательных траекторий в разновозрастных школьно-студенческих учебно-творческих коллективах на основе использования и развития управляемого информационного ресурса, заложенного в информационные системы многомодульного наполнения.
Отсюда становится состоятельной система набираемых, свободно конструируемых авторских и экспериментальных образовательных программ по курсу, опирающихся на его базовую обязательную компоненту, продиктованную действующими образовательными стандартами на обслуживаемые курсом специальности: в данном случае специальности 071900 «Информационные системы (в образовании)».
Содержание таких моделируемых образовательных программ по информатике отражает структуру ее предметной области, предусматривает изучение взаимосвязанных разделов теории, средств информатизации и информационных технологий. При этом значимость каждого из разделов определяется приоритетными целями обучения, которые могут предусматривать подготовку эрудита, профессионала, решение задач воспитания и общего развития или овладения конкретными практическими умениями и навыками. Естественно, что во всех перечисленных случаях подходы к формированию содержания подготовки, как и выбору форм, методов и средств обучения, существенно различаются.
Как уже отмечалось выше, при разработке частных и инновационных планов, программ изучения информатики и творчества в этой предметной области используется классический для высшей школы подход, заключающийся в опоре на стандартное прочтение курса и его фундаментализм.
Парадигмой такого подхода является формирование полноценной углубленной, хорошо структурированной и объясняемой теоретической части программы, посвященной изучению фундаментальных основ, теории и методов разработки средств информатизации и информационных технологий. Изучение же самих средств и технологий призвано закрепить теоретические знания и вооружить изучающего информатику современными инструментальными средствами обучения и творчества. В случае разработки программ базовой подготовки по информатике надо также учесть все особенности специальности, которую обслуживают информатика и НИТ. Таким образом в углубленном развивающем изучении информатики как науки присутствуют одновременно и дополняют друг друга грани теоретической, естественнонаучной и инструментально-технологической подготовки.
В этом едином поле уживаются и дополняют друг друга частные или частичные программы, имеющие краткосрочные сменяемые и частные цели, в результате чего обязательная комплексность всей предметной области «информатика, теория информации и информациология» образуется сложением частных программ и подпрограмм.
Технологии обучения и творчества образуют последовательные, циклические или комбинаторные схемы, объединяющие естественно-научные основы, теории и методы, средства, технологии и несущие всю совокупность генеральных признаков процесса: фундаментальность, теоретичность, технологическую и технические его стороны.
Эффективность учебно-творческого процесса, под которой понимается достижение поставленных целей, определяют выбор схемы последовательности изучения материала, мера разбиения на модули и семантические связи между ними, система форм, методов и средств обучения и творчества.
Для фундаментального подхода (по Б.А. Сазонову, НИИВО) более свойственна последовательная схема, предусматривающая распределение содержания подготовки между последовательно изучаемыми циклами и модулями дисциплины: общенаучных (естественные основы), общепрофессиональных с некоторым уклоном в обслуживаемую специальность (теория и методы), специальных с комплексным уклоном в обслуживаемую специальность (теория, методы, средства, технологии). Неизбежная в этом случае временная разорванность всех перечисленных выше звеньев последовательности может отчасти компенсироваться использованием циклического технологического подхода к синтезу учебно-творческого процесса. Наиболее действенной мерой реализации такой парадигмы является построение учебного процесса «от простого к сложному». Эффективность реализации зависит также от чувства меры в вопросах переноса в программу обучения по информатике всего объема естественнонаучной и общетеоретической подготовки с одной стороны и узкоспециальных разделов специализаций с другой стороны. Таким образом развивающий комплексный курс «Информатика – теория информации - информациология» в наиболее эффективном случае имеет блочно-модульную основу построения комбинаторно-последовательной схемы.
Следовательно, каждый цикл, блок или модуль по информатике может рассматриваться как относительно самостоятельный модуль или блок учебной программы, находящийся в ее едином информационном поле и поддерживаемый на единой технологической, инструментальной, методологической основе и единым универсальным, но управляемым информационным ресурсом. В технологическом отношении это достигается в результате создания и использования специализированных информационных систем (ИС) в оборазовании на основе применения Интернет\Интранет/Экстранет-технологий в открытом информационном пространстве и допорлняющих его корпоративных сетевых решениях.
Ввиду многообразия межмодульных связей, динамичности изменений (особенно в системе дополнительного образования) и отбора критериев оптимизации учебных программ реальный процесс объединения множества отобранных модулей и блоков в программу является сложным процессом, регу3лируемом на стадии моделирования ИС. Для этого формализация представления предметной области информатики осуществляется с использованием широко применяемых в инженерии знаний семантических сетей (СС). Для представления предметной области информатики множеству узлов сети может быть поставлено в соответствие множество учебных модулей, представляющих исходное для формирования учебной программы содержание курса и развиваемое в процессе самого учебно-творческого процесса.
В общем виде задача формирования учебной программы комплексного курса «Информатика-теория информации- информациология» по Б.А. Сазонову формализуется следующим образом:
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
· семантическая сеть предметной области информатики, заданная соответствующим структурным графом, отображающим состав и взаимосвязи учебных модулей и обеспечивающим ссылки к их информационным и параметрическим атрибутам;
· сформулированные требования к программам;
· временные и ресурсные ограничения.
ЗАДАЧИ:
· составить фрагменты калификационных характеристик специальности, отражаемые в курсе информатики;
· сформировать учебную программу, удовлетворяющую заданным учебным целям, временным и ресурсным ограничениям;
· сформулировать требования к изначальному минимуму знаний и навыков, требования к достигаемым пороговым знаниям и навыкам обучаемых и к их рубежным, итоговым выпускным и творческим работам;
· разработать варианты календарных планов и программы при заданных временных ограничениях;
· рассчитать потребность в ресурсном обеспечении учебно-творческого процесса;
· сформировать комплект учебно-методических материалов и средств компьютерной, информационной поддержки изучения программы и контроля над ее усвоением.
МЕХАНИЗМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ:
1. составление фрагментов квалификационных характеристик, соответствующих заданным учебным целям;
2. отбор и редактирование учебных модулей для включения в программу;
3. уточнение пороговых знаний обучаемых и корректировка состава учебных модулей, особенно в частях, направленных на закрепление учебного материала (лабораторные исследования, практикум, индивидуальная и самостоятельная работа учащихся и т.п.);
4. преобразование и оптимизация структуры программы, алдаптация ее конкретным условиям выполнения;
5. рейтинговая оценка актуальности и педагогической значимости программы;
6. формирование требований к ресурсному обеспечению и при необходимости корректировка программы под имеющиеся ресурсные ограничения;
7. формирование текста учебной программы, текстов установочных и проблеммных лекционных материалов, иного информационно-методического обеспечения;
8. формирование комплекса учебно- методических материалов для обучения по сформированной программе;
9. формирование комплекса средств информационной компьютерно-сетевой поддержки обучения и контроля, желательно на уровне специально создаваемых и используемых на протяжении всего жизненного цикла информационных, дидактических систем, систем ДО;
10. формирование, поэтапное расширение и ипользование электронных архивов, библиотек, банков знаний и баз данных, виртуальных структур поддержки учебно-творческого процесса (виртуальных школьно-студенческих КБ и творческих лабораторий, мастерских, учебно-творческих объединений);
11. формирование интерфейса учебных программ (в составе ИС), в том числе интерфейса преподавателя, разработчиков учебной программы, интерфейса обучаемого, системного интерфейса учреждения (подразделения) образования в сетевых интерпретациях, в том числе формирование САТЙТА в Интернет;
12. мониторинг, анализ и корректировки программы в процессе ее внедрения и получения результатов использования (в обратных связях).
