«2 Содержание Введение 1. Существующее представление об информатике как научной дисциплине и предмете обучения 1.1. Исторический аспект 1.2. Определения информатики 1.3. Существующие модели представления содержания ...»

Степанов А.Г.

Объектно-ориентированный подход к отбору содержания обучения информатике

УДК 378.147

Рецензенты: доктор педагогических наук профессор М.В. Швецкий (Российский государственный педагогический университет им. Герцена, СанктПетербург), доктор технических наук профессор Б.В. Соколов (СанктПетербургский институт информатики и автоматизации Российской академии

наук, Санкт-Петербург).

Степанов А.Г. Объектно-ориентированный подход к отбору содержания

обучения информатике. СПб.: Политехника, 2005. -229 с.: ил. 38, табл. 39, прил.

Монография посвящена разработке модели информатики как предмета обучения на основе анализа существующих представлений об информатике как науке. В качестве основы построения модели предлагается объектноориентированный подход. Модель строится с помощью методов концептуальной кластеризации с использованием теории прототипов на основе анализа существующего состояния обязательного содержания профильного обучения информатике.

Материалы монографии представляют интерес для специалистов, занимающихся вопросами преподавания информатики в средней и высшей школе, а также административных работников системы образования. Представленные в приложениях дидактические материалы могут использоваться как систематизированные справочные данные, характеризующие текущее содержание обучения вопросам информатики в высшей школе России.

Предложенная модель информатики как предмета обучения может быть использована для разработки перспективных Государственных стандартов образования существующих и вновь открываемых специальностей и направлений подготовки средней и высшей школы.

Содержание Введение

1. Существующее представление об информатике как научной дисциплине и предмете обучения

1.1. Исторический аспект

1.2. Определения информатики

1.3. Существующие модели представления содержания информатики

1.4. Выводы

2. Объектно-ориентированный подход к построению модели

2.1. Принципы построения объектно-ориентированной модели информатики

2.2. Метод построения объектно-ориентированной модели информатики как предмета обучения

2.3. Выбор иерархической модели информатики

2.4. Выбор объектов классификации

2.5. Процедура классификации

2.6. Выводы

3. Классификация объектов теоретической информатики

3.1. Теоретическая информатика в целом

3.2. Теория информации

3.2.1. Теория информации в целом

3.2.2. Понятие информации

3.2.3. Измерение информации

3.2.4. Основы квалиметрии информации

3.2.5. Семиотические и лингвистические аспекты информации

3.2.6. Теоретические основы искусственного интеллекта

3.2.7. Математические основы теории информации

3.3. Теория информационных процессов

3.3.1. Теория информационных процессов в целом

3.3.2. Генерация и получение информации

3.3.3. Передача и хранение информации

3.3.4. Обработка информации

3.3.5. Представление информации

3.3.6. Восприятие информации

3.3.7. Информационные характеристики человека

3.4. Теоретические основы информационных систем

3.5. Теоретические основы информационной безопасности

3.6. Теоретические основы компьютерной графики и визуализации

3.7. Прикладные вопросы математики

3.8. Теория моделирования

3.9. Социальная информатика

3.10. Информация в природе

3.11. Выводы

4. Классификация объектов прикладной информатики

4.1. Прикладная информатика в целом

4.2. Аппаратные средства

4.3. Программирование

4.4. Системное программное обеспечение

4.5. Информационные сети

4.6. Информационные ресурсы

4.7. Информационные и телекоммуникационные технологии и системы

4.8. Обеспечение информационной безопасности

4.9. Средства мультимедиа

4.10. Выводы

5. Информатика как предмет обучения в виде объектно-ориентированной модели............... 5.1. Обработка результатов классификации в соответствии с иерархической структурой информатики как науки

5.2. Модернизация структуры иерархической модели информатики в соответствии с состоянием предмета обучения

5.3. Количественная оценка составляющих модели

5.4. Определение информатики как предмета обучения

5.5. Выводы

6. Применение объектно-ориентированной модели информатики для анализа и синтеза содержания обучения

6.1. Существующая система преподавания информатики

6.2. Модель информатики как предмета обучения при подготовке в средней школе........ 6.3. Модель информатики как предмета обучения при подготовке в высшей экономической школе

6.4. Анализ варианта содержания обучения информатике студентов непрофильных направлений и специальностей

6.5. Вопросы информационной безопасности как составляющие общей информационной подготовки школьников и студентов

6.5.1. Средняя школа. Подготовка по информатике

6.5.2. Высшая школа. Специальности информационной безопасности.

6.5.3. Высшая школа. Информационные специальности

6.5.4. Высшая школа. Экономические специальности.

6.5.5. Рекомендации по построению системы обучения вопросам информационной безопасности

6.6. Выводы

7. Использование объектно-ориентированной модели информатики для обучения............. 7.1. Организация педагогического эксперимента

7.1.1. Содержание поискового этапа педагогического эксперимента

7.1.2. Содержание констатирующего этапа педагогического эксперимента.............. 7.1.3. Содержание формирующего этапа педагогического эксперимента.................. 7.2. Методика проведения и результаты педагогического эксперимента

7.3. Выводы

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Приложение А. Обязательные информационные дисциплины специальности 030100 – Информатика

Приложение Б. Обязательные информационные дисциплины специальности 030500. – Профессиональное обучение (информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии)

Приложение В. Обязательные информационные дисциплины специальности 052700 – Библиотечно-информационная деятельность

Приложение Г. Обязательные информационные дисциплины специальности 075200 – Компьютерная безопасность

Приложение Д. Обязательные информационные дисциплины специальности 075300 – Организация и технология защиты информации

Приложение Е. Обязательные информационные дисциплины специальности 075400 – Комплексная защита объектов информатизации

Приложение Ж. Обязательные информационные дисциплины специальности 075500 – Комплексное обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем

Приложение И. Обязательные информационные дисциплины специальности 075600 – Информационная безопасность телекоммуникационных систем

Приложение К. Обязательные информационные дисциплины направления 510200 – Прикладная математика и информатика, бакалавриат

Приложение Л. Обязательные информационные дисциплины направления 510200 – Прикладная математика и информатика, магистратура

Приложение М. Обязательные информационные дисциплины направления 552800 – Информатика и вычислительная техника, бакалавриат

Приложение Н. Обязательные информационные дисциплины направления 552800 – Информатика и вычислительная техника, магистратура

Приложение П. Аннотированные магистерские программы направления 552800 – Информатика и вычислительная техника

Приложение Р. Обязательные информационные дисциплины направления подготовки дипломированного специалиста 654600 – Информатика и вычислительная техника...... Приложение С. Обязательные информационные дисциплины специальности 220200 – Автоматизированные системы обработки информации и управления направления подготовки дипломированного специалиста 654600 – Информатика и вычислительная техника

Приложение Т. Обязательные информационные дисциплины специальности 220300 – дипломированного специалиста 654600 – Информатика и вычислительная техника...... Приложение У. Обязательные информационные дисциплины 220400 – Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем направления подготовки дипломированного специалиста 654600 – Информатика и вычислительная техника

Приложение Ф. Обязательные информационные дисциплины направления подготовки дипломированного специалиста 654700 – Информационные системы специальность 071900 – Информационные системы и технологии

Введение Информатика затрагивает многие стороны жизни человека и, как следствие, привлекает внимание самых разнообразных слоев современного общества. Тем не менее, приходится признать, что представление об информатике существенно различается в зависимости от того, к какой социальной группе относится человек. Свои взгляды на информатику имеет школьник и студент, свои взгляды имеют их родители, точка зрения которых существенно отличается от точки зрения преподавателей, которые учат школьников и студентов информатике.

Наконец, представление об информатике преподавателей часто входит в противоречие с представлением ученых о соответствующей научной дисциплине.

Последние сами придерживаются разнообразных взглядов и, в зависимости от своих научных интересов, включают в состав информатики самые различные научные теории. Все это часто приводит к тому, что, говоря об информатике, каждый собеседник понимает под этим термином что-то свое, весьма отличное от понимания другого участника диалога. Такая ситуация характерна для новых и быстро развивающихся научных дисциплин, а в случае информатики она усугубляется повышенным интересом к ней людей самых разных возрастов и самых разных уровней образования. Конечно, можно надеяться, что со временем информатика оформится в общепризнанную научную дисциплину, в которой все аккуратно будет разложено по полочкам, а каждый заинтересованный будет знать свое место. Откровенно говоря, очень хотелось бы дождаться такой ситуации, однако необходимость ежедневного преподавания вопросов информатики заставляет пытаться сегодня хотя бы приблизительно обрисовать ее структуру и составить модель, на основе которой можно было бы учить завтрашнего школьника, студента, магистра.

Любая система обучения по своей сути очень инерционна. Изменения, внесенные в программу обучения высшей школы, проявятся только тогда, когда выпускник начнет активно заниматься практической деятельностью, то есть не раньше, чем через пять – семь лет. Еще больше запаздывает реакция на изменения, внесенные в программу средней школы. Как следствие, ошибка в содержании обучения имеет далеко идущие последствия. Именно поэтому желательно привлечь к осмыслению всего содержания информатики специалистов соответствующей области. Такая попытка делается, например, Министерством образования и науки России, создавшим Научно-методический совет по информатике и утвердившим его положение [1]. Ни в коей мере не принижая его значимость, приходится констатировать, что опубликованные материалы проведенного Научно-методическим советом совещания носят частный характер и не дают представления обо всем комплексе актуальных проблем образования в области информатики. Аналогичная ситуация имеет место, например, и в США. Так, как отмечают авторы Рекомендаций по преподаванию информатики в университетах [76], к их разработке в рамках специального проекта было привлечено более 150 человек. Тем не менее, не смотря на ценность и огромную трудоемкость этой работы, некоторые ее положения вызывают определенные сомнения, в частности определение общей совокупности знаний. Эта ситуация представляется закономерной, поскольку маловероятно, что привлечение к разработке даже самого большого количества заинтересованных специалистов позволит в рамках краткосрочного мероприятия сформировать согласованную и взвешенную позицию. Очевидно, что надо искать другие пути, позволяющие максимально учесть, с одной стороны, мнения возможно большего числа преподавателей-практиков, а с, другой, точку зрения действующих ученых, работающих в области информатики. Одному из возможных вариантов решения сформулированной выше задачи и посвящена настоящая монография.

В рамках настоящей работы в понятие информатика вкладывается три различных содержания. Во-первых, информатика рассматривается как самостоятельная научная область. В этом случае делается попытка учесть позицию научной общественности, которая в той или иной степени отражает состояние современной научной дисциплины. Надо признать, что эта позиция выражена наименее четко. Современных публикаций по этому вопросу мало, они носят разрозненный характер, а усилия большинства исследователей направлены на развитие составляющих информатики без разработки ее полной структуры. Вовторых, информатика рассматривается как предмет обучения в средней и высшей школе. В этом случае имеется функционирующая система подготовки и целая номенклатура специальностей высшей школы, в той или иной степени отражающая реалии и потребности практики. Необходимо отметить, что она формировалась последние пятьдесят лет, а в ее создании принимало участие гораздо большее количество ученых и педагогов, чем те, которые могут принять участие в работе любого совещания или комиссии. На настоящий момент их труд овеществлен в виде методических систем обучения, учебников и учебных пособий и формализован в требованиях действующих стандартов высшего образования. С точки зрения автора именно эти материалы представляют золотой фонд отечественной науки и педагогики и должны быть непосредственно использованы для создания современной системы обучения. Наконец, втретьих, информатика – общеупотребимое и часто встречающееся название учебной дисциплины, изучаемой в средней и высшей школе. В этом случае информатика оказывается просто одной из составляющих учебного плана и с различным содержанием входит во множество названий учебных предметов и дисциплин различных уровней и специальностей подготовки.

Первый раздел работы посвящен описанию существующих представлений об информатике как научной дисциплине. В качестве основного инструмента исследований был выбран объектно-ориентированный подход к построению модели информатики как предмета обучения. Его обоснованию посвящен второй раздел монографии. На основании выбранной одной из возможных классификаций информатики как научной дисциплины с использованием методов объектной декомпозиции и концептуальной кластеризации была проведена классификация учебных дисциплин информационной направленности, реализуемых в рамках обучения информационным специальностям высшей школы России (разделы 3 и 4). Полученные в этих разделах результаты позволили в пятом разделе создать вариант модели информатики как предмета обучения, реализуемого профильными специальностями высшей школы. Шестой раздел монографии посвящен примерам возможного использования созданной объектно-ориентированной модели. В седьмом описывается экспериментальная проверка варианта методической системы обучения информатике студентов экономических специальностей, созданного на основе разработанной объектноориентированной модели информатики как предмета обучения.

Приложения к монографии содержат названия и дидактическое содержание информационных дисциплин профильного обучения, отобранные из соответствующих Государственных образовательных стандартов. Выполненная в разделах три и четыре классификация базировалась именно на них. Если принять во внимание то, что этот материал распылен среди большого числа методических документов, содержание приложения дополнительно может быть отдельно использовано в качестве справочного пособия для самых различных целей.

1. Существующее представление об информатике как научной дисциплине и предмете обучения 1.1. Исторический аспект Одно из первых определений информатики, данное в Большой Советской Энциклопедии [70], рассматривает информатику как «дисциплину, изучающую структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности ее создания, преобразования, передачи и использования в различных сферах человеческой деятельности». Подобное определение связывало информатику с библиотековедением, библиографией, методами поиска информации в массивах документов, что, собственно говоря, и имело место в середине прошлого века.

Для описания научных направлений, связанных с протеканием и использованием информационных процессов, с теми структурами, в которых представляется информация, и теми процедурами, которые используются при её переработке, в то время использовался термин «кибернетика» [71]. Кроме этого, часть вопросов, связанных с математическими аспектами протекания информационных процессов, относилась к категории «прикладной математики», а вопросы, касающиеся аппаратной части ЭВМ, рассматривались в рамках «вычислительной техники».

Появившаяся в конце сороковых годов кибернетика связывается, в первую очередь, с трудами выдающегося американского философа и математика Норберта Винера. Для Винера было абсолютно ясно, что многие концептуальные схемы, определяющие поведение живых организмов при решении конкретных задач, практически идентичны схемам, характеризующим процессы управления в сложных технических системах. Более того, он был убежден, что социальные модели управления и модели управления в экономике могут быть проанализированы на основе тех же общих положений, которые разработаны в области управления системами, созданными людьми [71]. Идеи Винера совсем не однозначно воспринимались в Советском Союзе. В четвертом издании "Краткого философского словаря" (1954 год) в статье «кибернетика» эта наука была определена как «реакционная лженаука, возникшая в США после второй мировой войны и получившая широкое распространение и в других капиталистических странах; форма современного механицизма» [61]. Отечественным исследователям и разработчикам пришлось преодолевать активное противодействие идеологического официоза страны, в результате чего, в конечном итоге, даже возникла необходимость дополнения термина «кибернетика» термином «информатика» с выделением его содержания.

Американские исследователи создали и используют целый набор аналогичных терминов, среди которых следует упомянуть «hardware» (аппаратные средства), «software» (программные средства) и «brain ware» (алгоритмические средства). Американские исследователи и преподаватели выделяют три составляющие рассматриваемой области знаний: формальные свойства алгоритмов и структур данных «computer science», их компьютерная реализация «computer engineering» и их приложения «information systems». Англоязычный (американский) термин «computer science», т.е. «компьютерные науки», часто используется для обозначения фундаментальных направлений информатики, в то время как термин «computer engineering» относится к прикладным направлениям информатики. Кроме этого, в англоязычной литературе используется термин «information science».

Как самостоятельная научная дисциплина информатика приобрела свой статус после опубликования в 1986 году сборника "Кибернетика. Становление информатики", в котором были напечатаны статьи тогдашнего президента АН СССР А.П. Александрова [2] и вице-президента Е.П. Велихова [9]. В этих работах говорилось об определяющем значении информатики для развития человеческого общества в грядущем столетии. Вместе с развитием науки и техники содержание информатики непрерывно изменялось. В том же сборнике были напечатаны статьи А.А. Дородницина [47] и А.П. Ершова [49], содержащие тогдашнее понимание задач информатики и ее определение как «фундаментальной естественной науки, изучающей процессы передачи и обработки информации».

Дальнейшее развитие информатики стало затрагивать практически все сферы деятельности общества. В составе информатики стали различать два основных раздела – теоретическую и прикладную информатики. В рамках теоретической информатики из собственно теории информации выделились теоретические направления, связанные с информационными процессами и технологиями.

Развитие элементной базы потребовало детализации понятия прикладной информатики (аппаратура, программирование, информационные сети, информационные ресурсы, информационные технологии). Для исследователей стала становиться очевидной глобальная роль информатики в окружающем мире.

Одной из первых фундаментальных работ, показывающих существенное влияние информатики на окружающую действительность, была книга В.М. Глушкова [10]. Развитие изложенных в ней идей привело к формированию концепции информатизации общества [48]. Философское осмысление этих вопросов содержится в работе В.Н. Михайловского [71]. Проблема информатизации общества привлекает внимание большого числа исследователей практиков [75,51].

Современное состояние информатики фиксируется в работе [63]. Методологические основы информатизации рассмотрены в работе Р.М. Юсупова и В.П. Заболотского [85]. В ней, в частности, дается и само определение информатизации как «процесса создания, развития и массового применения информационных средств и технологий, обеспечивающего достижение и поддержание уровня информированности всего населения, необходимого и достаточного для кардинального улучшения условий труда и жизни каждого человека».

Таким образом, за последние 50 лет информатика прошла путь от своего зарождения до современной мультифункциональной научной дисциплины, затрагивающей практически все стороны жизни человеческого общества.

1.2. Определения информатики Современный период развития информатики как научной дисциплины можно охарактеризовать как время широкого ее внедрения во все стороны человеческого бытия. В исследования в области информатики вовлечено большое число ученых, педагогов, практиков, усилиями которых вносятся непрерывные изменения в ее составляющие. Все это приводит к многообразию используемых определений самой информатики, отражающих воззрения и опыт различных авторов. В предисловии к одному из старейших учебников информатики, переведенному на русский язык еще при участи А.П. Ершова [4], отмечается, что «informatik – это немецкое название для computer science – области знаний, которая сложилась в самостоятельную научную дисциплину в шестидесятые годы, прежде всего в США, а также в Великобритании». По определению А.Я.

Савельева [77] «информатика представляет собой неразрывное единство трех составных частей: теории передачи и преобразования информации; алгоритмических средств обработки информации и вычислительных средства». В учебном пособии под редакцией А.Н. Морозевича [73] используется следующее определение «информатика – это наука об описании, осмыслении, интерпретации, представлении, формализации и применении знаний с помощью средств вычислительной техники для поиска нового знания во всех областях человеческой деятельности». А.С. Есипов [50] предлагает такое определение информатики: «отрасль науки, изучающая структуру и общие свойства информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, преобразованием, распространением, и использованием в различных сферах деятельности человека».

А.В. Велихов [8] определяет информатику как науку «о законах, методах изменения, хранения, переработки и передачи информации с использованием компьютера, который является средством, позволяющим реализовывать новые информационные технологии, качественно отличающихся от прежних уровнем автоматизации и интеллектуализации информационных процессов». А.А. Козырев [58] в своем учебнике дает такое определение: «информатика – это наука и учебная дисциплина о закономерностях работы с информацией, методах ее преобразования, хранения и передачи с помощью компьютерной техники».

В.А. Каймин [57] считает, «что информатика – новая информационная индустрия и научная дисциплина, связанные с использованием компьютеров и глобальной сети Интернет».

В учебнике Экономическая информатика под редакцией В.П. Косарева [84] указано, что в «узком» смысле информатику можно представить как взаимосвязь технических, программных и алгоритмических средств. А словосочетание экономическая информатика обозначило «область науки и деятельности, связанную с информационными процессами в объектах экономического (социально-экономического) типа».

Учебник Экономическая информатика под редакцией П.В. Конюховского и Д.Н. Колесова [83] дает свои определения информатики:

информатика - научная дисциплина, предметом которой стали свойства информации, ее поведение в техногенных, социальных и биологических системах, а также методы и технологии, ориентированные на сбор, обработку, хранение, передачу и распространение информации;

информатика - это наука об описании, представлении, интерпретации, формализации и применении знаний, накопленных с помощью вычислительной техники, с целью получения новых знаний.

В учебнике под редакцией С.В. Симоновича [55] предлагается такое определение термина информатика:

информатика – это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Там же отмечается, что предметом информатики являются следующие понятия: аппаратное обеспечение вычислительной техники; программное обеспечение вычислительной техники; средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения; средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

А.Н. Степанов [78] определяет информатику следующим образом:

информатика представляет собой фундаментальную естественную науку об осуществляемой преимущественно с помощью автоматизированных средств целесообразной обработке информации, рассматриваемой как отражение знаний и фактов сведений, данных в различных областях человеческой деятельности. Это наука о средствах, методах и способах сбора, хранения и обработки информации.

Как отмечает В.А. Острейковский [74], «разнообразие в понимании предмета информатики как науки, отсутствие оригинальных понятий, не пересекающихся с понятиями других наук кибернетического цикла, свидетельствует о том, что информатика переживает этап накопления и осмысления эмпирического материала. Доминируют прикладные разработки, решения частных вопросов, практически односторонние суждения. Программисты, вычислители, системотехники, представители кибернетики, семиотики, математической лингвистики, теории информации и т.д. дают определения информатики по принципу «Информатика – это то, чем занимаюсь я»». В.А. Острейковский упоминает сразу три подхода к формированию понятия информатика. В соответствии с ними:

информатика - это комплексная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования основанных на ЭВМ систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики;

информатика - учение об информации вообще;

информатика – учение о семантических (содержательных) сторонах информации.

Тем не менее, сложившаяся ситуация не может существовать неопределенно долго. Потребности практики, в частности педагогики, заставляют уточнять понятие информатики. Введение дисциплины информатика в систему обучения средней и высшей школы приводит к необходимости создания рабочих программ обучения и соответствующей учебной литературы. Очевидно, что хотя их содержание существенно зависит от целей обучения (среднее, высшее техническое, гуманитарное, медицинское и т.п.), само обучение представляет собой передачу уже имеющихся знаний последующему поколению. Как следствие, должна существовать сама система знаний, выявить которую невозможно без создания ее определения. Сам В.А. Острейковский [74] предлагает следующую трактовку термина:

информатика – это наука об информационной деятельности, информационных процессах и их организации в человеко-машинных системах. Основными разделами информатики являются исследование и разработка информационных средств и технологий, программных средств и моделирование предметных областей.

По определению М.В. Швецкого [82] информатика – это фундаментальная естественная наука, предметом которой является систематическое изучение алгоритмов и структур данных (информационных моделей), которые являются формализованным описанием процессов накопления, передачи и обработки информации (информационных процессов). Систематическое изучение информационных моделей предполагает рассмотрение их теории, проектирования, анализа, эффективной реализации с помощью вычислительных систем, социальных, естественно научных и технических приложений.

В учебнике информатики под редакцией Н.В. Макаровой [56] приводится такая трактовка рассматриваемого термина:

информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.

Там же также предлагается классификация составляющих информатики в «узком смысле». В соответствие с ней выделяются три взаимосвязанные части – технические средства, программные средства, алгоритмические средства. Отметим, что подобная классификация соответствует рассмотренным ранее англоязычным терминам «hardware», «software» и «brain ware». Кроме этого, в учебнике отмечается, что информатика может рассматриваться как отрасль народного хозяйства, как фундаментальная наука, как прикладная дисциплина.

В работе К.К. Колина [59] предлагается еще два определения информатики.

В соответствии с ними:

информатика – наука о закономерностях и формах движения информации в природе и обществе; комплексное научное направление, имеющее междисциплинарный характер.

информатика – в настоящее время одна из фундаментальных областей научного знания, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации, стремительно развивающаяся и постоянно расширяющаяся область практической деятельности человека, связанная с использованием информационных технологий.

Классификация составляющих информатики как научной дисциплины по К.К. Колину выделяет следующие ее основные разделы: теоретическая информатика, технические и программные средства информатики, информационные системы, социальную информатику.

Позиция американской науки и педагогики по отношению к сегодняшней информатике сформулирована, в частности, в заключительном отчете специальной объединенной комиссии ACM и IEEE Computer Science, содержащем рекомендации по преподаванию информатики и типовые учебные планы этой дисциплины [76]. В соответствии с ним, «информатика (computing) – это широкая область исследований, которая не может быть сведена к рамкам компьютерной науки (computer science)». Работа комиссии была разбита на несколько рабочих групп, названия которых, в частности, характеризуют структуру современной информатики. К ним относятся дискретные структуры; основы программирования; алгоритмы и теория сложности; операционные системы; архитектура и организация ЭВМ; распределенные вычисления; языки программирования; взаимодействие человека и машины; графика и визуализация; интеллектуальные системы; управление информацией; социальные и профессиональные вопросы программирования; программная инженерия; методы вычислений.

В.П. Заболотский и Р.М.Юсупов [85, 52] предлагают свою трактовку термина информатика:

информатика - это наука, которая изучает общие свойства информации, законы, закономерности, способы и методы ее получения и преобразования, а также средства, реализующие эти способы и методы. Объектами изучения информатики являются: информация; информационные процессы; информационные технологии; информационные системы. Предметы изучения информатики: общие свойства информации и информационных процессов; законы и закономерности протекания информационных процессов; свойства информационных технологий, а также способы и методы реализации информационных процессов в соответствующих информационных технологиях; свойства информационных систем, а также способы и методы организации функционирования этих систем для реализации соответствующих информационных технологий.

Продолжая анализ научной и учебной литературы, можно найти еще массу вариантов определений понятия информатика, отражающих мнения большого числа авторов публикаций в этой области. Тем не менее, уже приведенные определения и классификации позволяют найти исходную точку для исследований в области методики преподавания информатики. Сама система научных знаний по информатике, которая берется в качестве основы для разработки методической системы обучения информатике, неизбежно представляет собой некую абстрактную модель реальной научной дисциплины. Очевидно, что в зависимости от целей и условий подготовки, приходится рассматривать ту или иную степень абстракции знаний, что неизбежно влияет и на само определение информатики как предмета обучения. Как следует из [63], определение должно характеризовать место информатики в общей системе знаний, ее совокупные свойства и задавать ее структуру. Различают экстенсиональное определение, задающее класс как перечисление входящих в него объектов, и интенсиональное, указывающее свойства и признаки входящих объектов [82]. Отметим, что с точки зрения автора настоящей работы определение В.П. Заболотского и Р.М.Юсупова наиболее точно характеризует сегодняшнюю информатику как научную дисциплину.

Характеризуя положение в целом, следует отметить, что многообразие имеющихся подходов к определению понятия информатика объективно отражает текущую ситуацию в рассматриваемой области знаний. Имеющие место разнообразные и иногда противоречивые суждения проявляют и расхождение взглядов и противоречия, имеющиеся внутри научного сообщества. Причин, породивших указанную ситуацию, несколько. Во-первых, это сложность окружающего нас реального мира. Информатика находится на передовых рубежах исследований поведения объектов неживой и живой природы, человека, общества, сознания, вселенной. Многие теоретические и практические задачи из этих областей весьма далеки от разрешения, а возникающие актуальные вопросы еще не поставлены и даже не сформулированы. Во-вторых, имеют место существенные трудности, связанные с управлением процессом исследований в данной области, а также процессом осознания и освоения уже имеющихся результатов. Эти трудности связаны с принципиальной ограниченностью ресурсов самих исследователей, системы образования и во многом определяются всем уровнем развития науки и общества. В третьих, темпы развития теории, аппаратной базы, социальных приложений существенно превышают скорость сменяемости поколений исследователей, преподавателей и потребителей научной продукции. Как следствие, за время активной жизни современного человека многие новые направления и составляющие информатики успевают родиться, сформироваться и уйти в небытие, а это заставляет заинтересованных лиц в этой области непрерывно переучиваться и осваивать новые знания.

В целом современную информатику можно рассматривать как сложную систему, характеризуемую определенной иерархической структурой, свойствами, методами и состоянием. Очевидно, что, создавая определение информатики как предмета обучения, целесообразно воспользоваться известными методами описания и создания сложных систем, к числу которых можно отнести системнофункциональный анализ и объектно-ориентированный подход.

Как следствие, приходится констатировать наличие множества взаимно дополняющих определений информатики как научной дисциплины. Это обстоятельство отражает динамику ее развития. Разработчики систем обучения каждый раз по-новому вынуждены определять предметную область. Такие определения во многом носят субъективный характер и подвергаются справедливой критике. Необходимо искать новые подходы к формированию определения информатики как предмета обучения, базирующиеся, в частности, на методах описания сложных систем.

информатики Приведенные выше определения информатики позволяют в том или ином виде судить о содержании самой научной дисциплины. Тем не менее, для целей обучения необходимо жестко зафиксировать структуру предметной области и создать на ее основе модель содержания обучения. Используемые на практике модели информатики как предмета обучения лучше всего иллюстрируются структурой содержания самих учебников, учебных пособий, монографий и программ учебных дисциплин. Так, содержание учебника Ф.Л. Бауэра и Г. Гооза [4] представлено на рис. 1.1.

Сообщение и информация Дискретные сообщения обработка информации Рис. 1.1. Модель информатики по учебнику Ф.Л. Бауэра и Г. Гооза [4] Учебник А.Я. Савельева [77] предназначен для профильного обучения информатике. Это обстоятельство и определяет его содержание (рис. 1.2). Для аналогичных целей создан и учебник А.С. Есипова [50], содержание которого иллюстрирует рис. 1.3.

Содержание учебника под редакцией А.Н. Морозевича [73] представлено на рис. 1.4. Вопросы преподавания информатики рассматриваются и в монографии А.П. Алексеева [3] (рис. 1.5).

Учебное пособие А.В. Велихова [8] по своей структуре организовано как конспект лекций по курсу информатики. По этой причине выделить используемую структуру информатики, анализируя только его содержание, оказывается затруднительным. Тем не менее, даже названия лекций, представленные на рис. 1.6, охватывают практически весь объем существующих знаний в рассматриваемой области.

Общие сведения об информации Статистическая мера информации Формы представления информации цифровых Рис. 1.2. Модель информатики по учебнику А.Я. Савельева [77] Учебник В.А. Каймина [57] выделяет составляющие содержания информатики, представленные на рис. 1.7.

Учебник Экономическая информатика под редакцией В.П. Косарева [84], как и следует из его названия, рассматривает, в том числе, и экономические приложения информатики (рис. 1.8). Аналогичным вопросам посвящены учебник Информатика А.А. Козырева [58] (рис. 1.9) и учебник Экономическая информатика под редакцией П.В. Конюховского и Д.Н. Колесова [83] (рис. 1.10).

Эти книги не выделяют из общего содержания теоретические и прикладные вопросы. Содержание учебников сводится к изложению избранных вопросов прикладной информатики. Например, как отмечают авторы [83], «статистическая теория информации и аналогичные ей теории не получили распространения в обработке информации для управления экономическими объектами». Даже если согласиться с этим утверждением (а оно представляется весьма спорным), можно заметить, что изучившие этот учебник будущие специалисты в области экономики никогда и не будут использовать упомянутые теории, поскольку они просто не будут знать об их существовании. Безусловно, прикладные вопросы играют важную роль при обучении экономистов, поскольку именно с ними они в первую очередь будут сталкиваться в своей практической деятельности. Тем не менее, отбрасывание фундаментальной составляющей теоретической подготовки в области информатики входит в противоречие с основными принципами дидактики, например, с принципами отбора содержания образования, в частности, принципом функциональной полноты образования [65].

Рис. 1.3. Модель информатики по учебнику А.С. Есипова [50] Учебник Информатика: Базовый курс под редакцией С.В. Симоновича [55] также не выделяет составляющие информатики (рис. 1.11). Его основное содержание посвящено вопросам прикладной информатики, а из категории теоретической информатики затрагиваются только вопросы, относящиеся к способам кодирования данных. Аналогичную структуру (рис. 1.12) имеет и учебник Информатика для юристов и экономистов, выпущенный также под редакцией С.В.

Симоновича [54]. Его структура отличается от структуры предыдущего учебника [55] добавлением изложения вопросов электронной коммерции, описанием принципов работы с электронной почтой, средств подготовки презентаций и автоматизации делопроизводства. В то же время из изложения исключены ряд вопросов, в частности, основы программирования. Как и в предыдущем случае, закончившие обучение не имеют представления об общей структуре информатики как научной дисциплины.

Роли информации в обществе Экономическая информатика Организационное строение автоматизированных систем Рис. 1.4. Модель информатики по учебнику под редакцией А.Н. Морозевича [73] В учебнике А.Н. Степанова [78] приводятся определения понятий информация, сообщение, информационная модель, алгоритм. Все они имеют непосредственное отношение к вопросам теоретической информатики. Кроме этого, в учебнике затрагиваются способы и методы хранения информации в компьютере. Этим, к сожалению, и ограничиваются сведения, относящиеся к теории информации и теории информационных процессов. Следует отметить, что учебник предназначен для студентов гуманитарных специальностей, поэтому выбранный уровень изложения можно считать приемлемым. Тем не менее, даже минимальных сведений по теоретическим основам информационных систем, теоретическим основам информационной безопасности, социальной информатике, теории моделирования в учебнике нет. Все это приводит к отсутствию у обучаемого представления об общей структуре теоретической информатики и тенденциях ее развития. А вот вопросы прикладной информатики отражены в учебнике достаточно полно. В целом, можно отметить, что общая структура информатики по учебнику А.Н. Степанова [78] выявляется не четко (смотри рис. 1.13).

Рис. 1.5. Модель информатики по монографии А.П. Алексеева [3] Система подготовки по информатике, разработанная в монографии В.В.

Лаптева и М.В. Швецкого [64] рис. 1.14, также практически полностью посвящена вопросам прикладной информатики. Поскольку монография разрабатывает вопросы профильной подготовки будущих учителей информатики, большой объем знаний в области программирования, безусловно, оправдан. Тем не менее, отсутствие рассмотрения вопросов теоретической информатики (за исключением теории алгоритмов и математической логики) приводит и к отсутствию системности изложения и не формирует у обучаемых общее представление обо всей структуре информатики.

В то же время имеется целый ряд публикаций, четко позиционирующих авторское видение структуры современной информатики. Так, например, в содержании учебника В.А. Острейковского [74], представленном на рис. 1.15, выделяется три основные составляющие: теоретическая информатика, прикладная информатика и элементы информационных технологий. Содержание теоретической информатики раскрыто достаточно полно. Тем не менее, следует отметить, что из содержания учебника выпали вопросы теоретические вопросы моделирования, информационной безопасности, социальной информатики. В разделе прикладной информатики большое внимание уделяется общей характеристике процессов сбора, передачи, обработки и ранения информации. Представляется целесообразным отнести эти вопросы в категорию теоретической информатики и рассматривать с общих позиций. Если рассматривать информационные технологии как самостоятельную составляющую общей структуры информатики, из рассмотрения выпадают информационные системы как важная составляющая современной информатики. Было бы логичным изучать информационные технологии и информационные системы как составляющие прикладной информатики. В этом случае удалось бы создать единый подход к их анализу и синтезу, что требуется современному специалисту. Следует признать, что учебник дает общее представление о структуре информатики как научной дисциплины и позволяет после освоения его содержания ориентироваться в общей системе знаний.

Рис. 1.6. Структура лекционного курса по учебному пособию А.В. Велихова [8] В монографии под редакцией В.Г. Кинелева [72] в программе предлагаемого курса структура информатики зафиксирована (рис. 1.16). Само разделение составляющих информатики может быть предметом научной дискуссии, однако точка зрения авторов по этому вопросу выражена явно. При условии практической реализации предлагаемого учебного курса и создания необходимой методической литературы у обучаемых будет ясное представление о структуре современной информатики (с позиции авторов программы) и возможность своего дальнейшего развития в интересующих направлениях.

Рис. 1.7. Модель информатики по учебнику В.А. Каймина [57] Подготовка про- Прикладные проКомпьютерная номических задач ного назначения Информационная Компьютерные Рис. 1.8. Модель информатики по учебнику Экономическая информатика под редакцией Четко определено содержание информатики авторами учебника под редакцией Н.В. Макаровой [56] (рис. 1.17). Оно отражает их собственную позицию и отлично от структур по учебнику В.А. Острейковского [74] и по монографии под редакцией В.Г. Кинелева [72]. Тем не менее, используемая классификация, безусловно, дает обучаемым фундаментальное представление о предмете обучения. В качестве недостатков можно отметить лишь отсутствие систематического изложения вопросов информационной безопасности, ограничивающегося только описанием антивирусных средств, а также изложения вопросов математического моделирования и методов дискретных вычислений.

информационных глобальные сети Рис. 1.9. Модель информатики по учебнику А.А. Козырева [58] Рис. 1.10. Модель информатики по учебнику Экономическая информатика под редакцией Автоматизация Рис. 1.11. Модель информатики по учебнику Информатика: базовый курс под редакцией Рис. 1.12. Модель информатики по учебнику Информатика для юристов и экономистов Рис. 1.13. Модель информатики по учебнику А.Н. Степанова [78] Рис. 1.14. Модель информатики по монографии В.В. Лаптева и М.В. Швецкого [64] Используемая в США модель знаний в области Computer Science [76] (рис. 1.18) также не имеет иерархической структуры. Очевидно, что она отражает в первую очередь традиции американской высшей школы. Тем не менее, необходимо отметить, что в этой модели из рассмотрения выпали вопросы теории информации (за исключением вопросов лингвистики и семиотики и искусственного интеллекта) и теории информационных процессов (за исключением вопросов передачи, хранения и представления информации). В целом эта модель направлена на профессиональную подготовку в области компьютерных наук, но не может использоваться в существующем виде для фундаментальной подготовки в области информатики.

Рис. 1.15. Модель информатики по учебнику В.А. Острейковского [74] Своя структура содержания информатики как научной дисциплины была предложена В.П. Заболотским (рис. 1.19). Он выделяет две основные составляющие информатики – теоретическую и прикладную, а в их составе рассматривает набор связанных между собой, но все-таки самостоятельных дисциплин.

Особая роль уделяется теории информации и теории информационных процессов, содержимое которых расшифровано дополнительно. Как и любая вновь создаваемая классификация, предложенная В.П. Заболотским структура информатики может быть подвергнута критике и сомнениям. Тем не менее, из всех рассмотренных здесь классификаций она представляется наиболее полной.

Завершая обзор существующих моделей представления информатики как научной дисциплины, подведем некоторые итоги. Во-первых, нет единого и устраивающего всех варианта определения информатики и, как следствие, описания ее структуры. Существующая научная и учебная литература по-разному подходит к определению ее составных частей.

ИнтеллектуальИнформация Рис. 1.16. Модель информатики по монографии под редакцией В.Г. Кинелева [72] Во-вторых, ряд используемых различными авторами моделей, как правило, сформированы по экстенсивному принципу, когда, в зависимости от потребностей обучаемых и требований их будущих специальностей, содержание текущего обучения определяется путем дополнения и корректировки ранее существовавшего. В этом случае объем изучаемого материала неуклонно возрастает, а его составляющие представляются в виде самостоятельных и слабо связанных между собой функциональных блоков. В результате у обучаемого не складывается полная картина предмета обучения и не может идти речь о фундаментальной подготовке в области информатики.

В третьих, для обеспечения фундаментальной подготовки ряд авторов (В.А.

Острейковский, В.Г. Кинелев, Н.В. Макарова, В.П. Заболотский) предлагают собственные структуры классификации предметной области. К сожалению, они оказываются отличны между собой, не могут быть объединены и в таком виде взяты за основу построения общей модели. В то же время такая модель оказывается принципиально необходимой для построения всей системы подготовки.

Как следствие, приходится останавливаться на одном из вариантов и использовать его для конструирования с учетом мнений остальных заинтересованных лиц.

Рис. 1.17. Модель информатики по учебнику под редакцией Н.В. Макаровой [56] 1.4. Выводы За последние 50 лет информатика прошла путь от своего зарождения до современной мультифункциональной научной дисциплины, затрагивающей практически все стороны жизни человеческого общества.

Приходится констатировать наличие множества взаимно дополняющих определений информатики как научной дисциплины. Это обстоятельство отражает динамику ее развития. Как следствие, разработчики систем обучения каждый раз по-новому вынуждены определять предметную область. Такие определения во многом носят субъективный характер и подвергаются справедливой критике. Необходимо искать новые подходы к формированию определения информатики как предмета обучения, базирующиеся, в частности, на методах описания сложных систем.

Рис. 1.18. Модель информатики по ACM и IEEE Computer Science [76] Поскольку не существует единого и устраивающего всех варианта определения информатики, нет и единого общего описания ее структуры. Существующая научная и учебная литература по-разному подходит к определению ее составных частей.

Ряд используемых различными авторами моделей, как правило, сформированы по экстенсивному принципу, когда, в зависимости от потребностей обучаемых и требований их будущих специальностей, содержание текущего обучения определяется путем дополнения и корректировки ранее существовавшего.

В этом случае объем изучаемого материала неуклонно возрастает, а его составляющие представляются в виде самостоятельных и слабо связанных между собой функциональных блоков. В результате у обучаемого не складывается полная картина предмета обучения и не может идти речь о фундаментальной подготовке в области информатики.

Основы квалиметрии информации Семиотические и лингвистические информации математическая логика Ряд авторов предлагают собственные структуры классификации предметной области. К сожалению, они оказываются отличны между собой, не могут быть объединены и в таком виде взяты за основу построения общей модели. В то же время такая модель оказывается принципиально необходимой для построения всей системы подготовки. Как следствие, приходится останавливаться на одном из вариантов и использовать его для конструирования с учетом мнений остальных заинтересованных лиц.

2. Объектно-ориентированный подход к построению модели 2.1. Принципы построения объектно-ориентированной модели информатики В основе объектно-ориентированного подхода к построению модели сложной системы лежит метод объектной декомпозиции. При его использовании предметная область разбивается на набор самостоятельных объектов, которые могут вступать во взаимодействие друг с другом. Предполагается, что для каждого объекта модели определены его состояние, поведение и идентичность.

Взаимодействие объектов строится на основе использования одним объектом свойств другого объекта. Реакция объекта на воздействие выражается в его поведении. Поведение объекта зависит от его состояния. Одинаковые объекты с разным состоянием могут вести себя по-разному. Идентичность – это такое свойство объекта, которое отличает его от других объектов. Сами по себе объекты могут обладать сходными структурами и поведением. В этом случае объекты могут быть объединены в классы. Классы также могут вступать в определенные отношения друг с другом. Сам по себе результат объектной декомпозиции может рассматриваться как взаимодействие объектов между собой, так и взаимодействие классов.

Важнейшим достоинством объектной декомпозиции применительно к рассматриваемой задаче является возможность самостоятельного формирования внутренней структуры объекта или класса. Подобный подход в программировании позволяет подключить к разработке модели объекта специалиста в прикладной области. Считается, что никто другой, кроме как человек, непосредственно занимающийся конкретным вопросом, не может лучше составить модель соответствующей предметной области. А вот для организации взаимодействия с другими объектами оказывается достаточным прописать набор возможных состояний объекта и его свойства, через которые реализуется поведение объекта.

Следуя объектно-ориентированному подходу, можно рассматривать существующие знания в области информатики как некую сложную систему. Г. Буч [7], в частности, выделяет следующие признаки сложных систем:

Сложные системы часто являются иерархическими и состоят из взаимосвязанных подсистем, которые в свою очередь также могут быть разделены на подсистемы, и так далее, вплоть до самого низкого уровня.

Выбор, какие компоненты в данной системе считаются элементарными, относительно произволен и в большой степени оставляется на усмотрение исследователя.

Внутрикомпонентная связь обычно сильнее, чем связь между компонентами. Это обстоятельство позволяет отделить «высокочастотные» взаимодействия внутри компонентов от «низкочастотной» динамики взаимодействия между компонентами.

Любая работающая сложная система является развитием ранее работавшей более простой системы.

Отметим, что существующая система знаний в области информатики удовлетворяет указанным признакам.

Основными свойствами объектной модели являются абстрагирование, инкапсуляция, модульность и иерархия. Кроме этого рассматриваются такие дополнительные свойства объектной модели как типизация, параллелизм и сохраняемость [7].

Абстрагирование выделяет внешние особенности и существенные признаки объекта, отличающие его от всех других видов объектов. Как следствие, абстрагирование задает границы объекта. Общепринятые названия и содержание различных составляющих современной науки (математика, физика, философия, экономика и так далее) представляют собой не что иное, как исторически сложившиеся и традиционно используемые абстракции научных знаний.

Обсуждая современное состояние обучения, мы также имеем дело не с самими знаниями, а с некоторыми их абстракциями, адаптированными для достижения вполне определенных целей обучения. Если говорить о научной дисциплине, то в качестве таких абстракций могут выступать направления и тематика исследований, структурная организация научных подразделений, названия публикаций и их содержание. Применительно к предмету обучения в рассмотрение вводятся абстракции в виде учебных дисциплин и их составляющих, дидактические единицы, темы занятий и тому подобное. В любом случае речь идет о некой модели, отражающей реальную сущность. Как следствие, возникает задача определения способа построения модели исследуемой и используемой в конкретных целях области знаний. Применительно к информатике в качестве абстракций могут рассматриваться ее разделы, например, формальные свойства алгоритмов и структур данных «computer science», их компьютерная реализация «computer engineering» и их приложения «information systems». Другие варианты абстрагирования информатики представлены на рис. 1.15 - 1.19.

Под инкапсуляцией понимается процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его поведение и устройство. Для организации взаимодействия абстракций между собой принципиально важным является знание поведения объектов и классов. Именно это позволяет создать общее представление о системе и в целом использовать ее модель для конкретного применения.

С другой стороны, причины поведения объекта скрыты в его реализации. Детализация его внутреннего устройства также может быть описана в виде собственной модели с той или иной степенью абстракции. Знание этой модели может быть доступно другим объектам или скрыто от них. Инкапсуляция выполняется как скрытие внутреннего устройства объекта, поскольку с точки зрения взаимодействия объектов интересует только такой объем знаний, который может описать поведение системы в целом. Выбор уровня инкапсуляции есть ничто иное, как выбор уровня абстрагирования модели объекта.

Разработка модели объекта, входящего в состав сложной системы, представляет собой самостоятельную задачу декомпозиции. Очевидно, что и в этом случае строится внутренняя структура объекта в виде набора абстракций, описывается их поведение, взаимодействие и внутренняя структура. Глубина такой проработки может быть достаточно глубокой и зависит от целей построения модели и возможностей ее разработчиков. Очевидно, что чем она выше, тем более точно модель имитирует сам объект. В то же время, когда созданная таким способом модель объекта рассматривается как составляющая модели более сложного объекта или всей системы, ее внутреннее устройство может быть скрыто от потребителя. Видимая внешним наблюдателям структура модели и степень ее детализации определяется используемым уровнем инкапсуляции объекта. Вполне естественно, что для разработки модели объекта целесообразно привлечь специалистов в конкретной области знаний, поскольку именно они могут создать модель с наибольшей степенью детализации, в то время как остальным окажется достаточным использование ее свойств с той или иной степенью понимания внутреннего устройства.

Аналогичный прием можно использовать и при разработке модели информатики и ее составляющих. Действительно, никто, кроме как специалист, занимающийся конкретной учебной дисциплиной, не в состоянии лучше его описать ее внутреннюю структуру. Тогда взаимодействие с таким объектом может быть описано на основе принципа клиент – сервер, когда методическая система запрашивает конкретный объект для целей обучения, а как его реакцию получает набор знаний и умений обучаемого. Поскольку на практике реализуется большое число сходных учебных дисциплин, их можно описывать как класс объектов со сходным поведением.

Под модульностью в программировании обычно понимают разделение программы на набор составляющих – модулей [66]. Модуль имеет определенные свойства и поведение, а также обладает собственной структурой с собственными внутренними связями. Связи модуля с другими модулями реализуются по жестко установленным правилам, обычно называемыми интерфейсом. Структура модуля должна быть понятной для восприятия, а его реализация не должна зависеть от реализации других модулей. Фактически разбиение программы на модули также представляет собой ее декомпозицию и подчиняется принципам абстрагирования и инкапсуляции. Важнейшим отличием модуля от обычной абстракции является возможность его законченной реализации.

Принцип модульности широко используется и в дидактике. Так, А.В. Хуторской отмечает необходимость модульного подхода к формированию содержания учебного материала [81, страница 181]. Использование развернутого перспективного плана изучения материала учителем средней школы и непосредственная подготовка к уроку представляет собой разработку учебного модуля, реализуемого в рамках конкретных временных ограничений. В рамках высшего образования в качестве модуля может выступать содержание лекции или нескольких лекций, объединенных смысловым содержанием и посвященных разделу читаемой дисциплины. Если не связываться с временным фактором, то в качестве модуля могут рассматриваться дидактические единицы содержания обучения, набор которых определяет общее содержание дисциплины.

По-видимому, как и в программировании, разбиение содержания обучения на модули и их размер определяется, в первую очередь, технологическими соображениями.

Иерархия – это упорядочение объектов по уровням. Как отмечает Г. Буч [7], число абстракций в системе может намного превышать наши умственные возможности. Инкапсуляция позволяет в какой-то степени устранить это препятствие, убрав из поля зрения внутреннее содержание абстракций. Модульность также упрощает задачу, объединяя логически связанные абстракции в группы.

Но этого оказывается недостаточным. Значительное упрощение в понимании сложных задач достигается за счет образования из абстракций иерархических структур. В качестве основных видов иерархических структур выделяются структура классов и структура объектов.

Иерархическая структура классов предусматривает собой концепцию наследования. Наследование создает такую иерархию абстракций, в которой подклассы наследуют строение одного или нескольких суперклассов. В наследственной иерархии общая часть структуры и поведения сосредоточена в наиболее общем суперклассе. Как следствие, говорят об обобщении – специализации.

Суперклассы при этом отражают наиболее общие, а подклассы – более специализированные абстракции. Принцип наследования позволяет упростить выражение абстракций, поскольку классы лишаются общности и могут быть решены по-своему [7].

Структура объектов рассматривается как иерархия агрегации. В этом случае иерархическая структура строится на основе физической группировки логически связанных структур, после чего наследование копирует общие группы в различные абстракции [7].

При создании новой модели, в частности предмета обучения, иногда пользуются методом включения – исключения составляющих уже существующей модели на основе экстенсивного метода ее развития. Отметим, что подобный прием принципиально отличен от метода выбора уровней абстрагирования и инкапсуляции. Так, при использовании экстенсивного метода отбора содержания обучения исключение составляющей приводит к тому, что обучаемый просто не будет знать о ее существовании, поскольку в этом случае не задается общая структура и иерархия классов. В то же время повышение уровня абстрагирования и инкапсуляции приводит к тому, что составляющая просто скрывается от обучаемого, например, в составе иерархии более высокого уровня. Тем не менее, обучаемый знает о ее существовании и, при необходимости, может получить ее развернутое описание в учебной литературе.

Фактически иерархическая структура классов информатики уже создана (рис. 1.15 - 1.19) и остается только выбрать наиболее удобную для нашего случая декомпозицию. В то же время необходимо определить набор объектов, которые могут быть отнесены к соответствующим классам и подклассам, и на их основе построить абстракции составляющих структуры. Составление системы абстракций реализуется через решение задачи классификации объектов. Их выбор во многом определяет общие результаты построения объектноориентированной модели.

Типизация – это способ избежать использования объектов одного класса вместо другого. Применительно к рассматриваемой задаче типизация позволяет создавать абстракции для конкретного использования. В этом случае используемая абстракция имеет характерные признаки своего назначения. Важной особенностью типизации является полиморфизм, когда одно и то же имя может означать объекты разных типов, но, имея общего предка, все они имеют и общее подмножество операций, которые с ними можно выполнять. Как следствие, можно говорить, например, о курсе информатики для экономистов, отличным по структуре и содержанию от курса с таким же названием, но читаемым для юристов. Хотя в этих случаях используются одинаковые свойства соответствующих классов, их практическая реализация может быть выполнена по-разному.

Свойство параллелизма относится к динамической составляющей процесса обучения. В данном случае рассматривается временной интервал реализации системы обучения и определяется последовательность изложения материала.

Проблема параллелизма возникает в том случае, когда модель содержания обучения представляет собой иерархическую структуру, изложение которой проводится различными учебными дисциплинами, например Информатика и Информационные технологии. Параллелизм может возникнуть и в рамках изучения конкретного курса. Если такое имеет место, то приходится обеспечивать синхронизацию процесса обучения и выделять события, которые могут наступить только после возникновения других событий. Так, например, освоение офисных технологий можно начать только после освоения структуры ЭВМ и получения начальных сведений об операционной системе. К сожалению, никаких других методов обеспечения параллелизма, кроме ожидания завершения самого медленного из параллельных процессов, нет. Как следствие, обеспечение параллелизма между учебными дисциплинами реализуется во время компоновки учебного плана, а внутри учебной дисциплины параллелизм сводится к выбору последовательности ее изложения.

Свойство сохраняемости объектно-ориентированной модели регламентирует ее поведение во времени. Это свойство в первую очередь учитывает динамику развития самой научной дисциплины и проявляется в выделении постоянной и изменяемой во времени ее части. Применительно к информатике ее общая структура какой-то период времени будет сохранена, в то время, например, используемые версии программного обеспечения могут заменяться ежегодно.

Можно говорить о реализации модели в течение учебного года, цикла обучения специальности и вообще о фундаментальных составляющих модели.

Изложенные принципы построения объектно-ориентированных моделей имеют универсальный характер и применимы в различных приложениях. Руководствуясь ими, можно построить, в частности, общую модель содержания обучения информатике, базирующуюся на современном состоянии соответствующей научной дисциплины. Ее использование позволит решить задачу отбора содержания обучения для конкретных применений.

2.2. Метод построения объектно-ориентированной модели информатики как предмета обучения Общепризнано, что информатика как научная дисциплина является чрезвычайно быстро развивающейся областью знаний. Поэтому, кроме всего прочего, разрабатываемая модель должна учитывать ее текущее состояние и динамическую составляющую развития. Важным достоинством объектноориентированной модели является использование в его основе эволюционного, а не революционного характера развития самого объекта исследований. Принимая в качестве основы текущее состояние информатики как научной дисциплины, конструируемая объектная модель информатики строится в виде структуры классов с определенными свойствами, отражающей состояние и поведение реального объекта в текущий момент времени. Подобная трактовка сочетает экстенсиональное и интенсиональное определения. Если удастся создать единую модель, устраивающую всех или, по крайней мере, большинство, то, выбирая уровень ее абстрагирования, можно получить определение информатики как предмета обучения для конкретных условий его применения. В то же время объем изучаемых знаний задается уровнем инкапсуляции составляющих абстракций. В качестве вариантов применения конструируемой модели можно рассматривать обучение в средней школе, профильную и общую подготовку по информатике в высшей школе и тому подобное. Задачу выбора уровня абстрагирования и инкапсуляции знаний для каждого конкретного применения модели придется решать индивидуально с учетом всего комплекса проблем образования, к числу которых относятся научные, методические, экономические, маркетинговые и менеджерские составляющие. Тем не менее, если такая задача решена, то созданная система обучения, являясь абстракцией более высокого уровня по отношению к исходной модели, сохраняет ее основные свойства, обеспечивает преемственность и фундаментальность подготовки.

Разрабатывая объектно-ориентированную модель знаний в области информатики, необходимо задать иерархию составляющих информатики и набор элементарных компонентов. Подобная процедура может рассматриваться как декомпозиция интересующей нас предметной области. От того, насколько удачно выполнена структура классов создаваемой модели, существенно зависит количество связей между ними. Мы заинтересованы в их минимизации, поскольку если все компоненты модели окажутся независимыми друг от друга, мы получим оптимальную ортогональную декомпозицию. На практике это невозможно по многим причинам. Во-первых, разбиение содержания реальных объектов (учебных дисциплин в области информатики) проводилось на основе различных представления об иерархии информатики. Во-вторых, в рассмотрение придется принимать объекты с различным уровнем инкапсуляции. Например, операционные системы могут излагаться в виде самостоятельного учебного курса или как дидактическая единица в общей дисциплине Информатика.

Модель информатики как предмета обучения невозможно построить без учета уже имеющихся результатов в области преподавания информатики. С момента введения ее в программу обучения накоплен гигантский опыт изложения ее составляющих. Свой вклад в разработку методики обучения информатике внесли миллионы педагогов разных ступеней образования. Их труд материализован в виде наборов учебных планов, программ дисциплин, перечней дидактических единиц содержания обучения, методик организации практических и лабораторных занятий, учебников и учебных пособий, методических указаний, стандартов образования. Имеется гигантский объем педагогической информации, который существенно определяет текущее состояние информатики как предмета обучения. Вне всякого сомнения, он должен быть использован для конструирования модели. Как следствие, при построении модели должна быть решена задача классификации имеющихся в этой области знаний.

Как утверждает Г. Буч [7], исторически известны только три подхода к решению задачи классификации. В качестве них он называет классическую категоризацию, концептуальную кластеризацию и теорию прототипов.

Классический подход в качестве критерия похожести использует родственность свойств объектов классификации. В этом случае объекты разбиваются на непересекающиеся множества в зависимости отсутствия или наличия у них некоторого признака. Основным недостатком классической классификации считается необходимость использования четко выраженного критерия, позволяющего отнести объект к одному из множеств. На практике это не всегда возможно, поэтому возможности классической категоризации оказываются ограниченными.

Концептуальная кластеризация позволяет отнести объект сразу к нескольким множествам. В этом случае множества становятся нечеткими, а объект принадлежит им с разной степенью точности. Математическим аппаратом концептуальной кластеризации является нечеткая логика, позволяющая выполнить эту процедуру автоматически с использованием специальных программных средств [62]. В качестве недостатка концептуальной кластеризации отмечается трудность классификации принципиально новых объектов, имеющих отличные от существующих множеств признаки.

Теория прототипов позволяет устранить этот недостаток. В ее основе лежит классификация свойств по степени сходства нового объекта с существующим конкретным прототипом. Такой прием позволяет опознать новый объект по сходству отдельных свойств.

На практике используются все три подхода. Применительно к классификации объектов информатики возможности классического подхода ограничены из-за существования множества вариантов объектной декомпозиции иерархической структуры. Как следствие, базовым методом классификации может быть выбрана кластерная концептуализация в сочетании с теорией прототипов. В рамках настоящей работы концептуальная кластеризация выполнялась вручную, хотя существуют возможности ее автоматизации.

В качестве основного метода построения модели информатики как предмета обучения будем использовать концептуальную кластеризацию известных методических материалов обучения информатике на основе одной из ее иерархических моделей. Как следствие, проектируемая объектно-ориентированная модель информатики как предмета обучения строится на основе иерархии классов информатики, которые в свою очередь формируются как результат классификации множества объектов, существующих в виде методических материалов в этой области.

2.3. Выбор иерархической модели информатики При рассмотрении информатики как предмета обучения достаточно конструктивным будет определение её как науки, которая изучает общие свойства информации, законы, закономерности, способы и методы ее получения и преобразования, а также средства, реализующие эти способы и методы. Учитывая то обстоятельство, что структура информатики как научной дисциплины В.П.

Заболотского рис. 1.19 оказывается наиболее детально разработанной, именно она взята в основу для дальнейшего конструирования объектноориентированной модели.

Заметим, что информатика как предмет обучения не может в точности совпадать с информатикой как научной дисциплиной. Это объясняется, прежде всего, тем, что содержание образования представляет собой педагогически адаптированные основы науки (в частности, информатики), предаваемые обучаемому вместе с системой знаний, умений и навыков в этой области. Кроме этого технология обучения регламентирует, например, возможную форму проведения занятий и объем изучаемой учебной дисциплины, который, с одной стороны, не может быть меньше определенной величины (например, семестр обучения один раз в неделю), а с другой не должен превышать некие разумные пределы, связанные с ограниченностью учебной нагрузки студента. В соответствии с используемой концептуальной кластеризацией учебная дисциплина в зависимости от варианта адаптации (степени абстрагирования и инкапсуляции) материала может являться частью одного раздела иерархии научной дисциплины или охватывать несколько взаимосвязанных или даже разноплановых разделов.

Текущее состояние класса определяется текущим состоянием соответствующего раздела науки и меняется вслед за ее изменением. Это позволяет отслеживать динамическую составляющую развития научной дисциплины. С другой стороны, степень детализации знаний может регулироваться за счет использования принципа инкапсуляции модели. В одном случае обучаемый может получить только общее представление о структуре соответствующих знаний, а в другом прослушать полный детальный курс, посвященный соответствующему классу. Важно, что соответствующий класс системы обучения обеспечен необходимой методической поддержкой, в том числе и учебной литературой, раскрывающей его содержание полностью. Если обучаемый хочет получить углубленные знания по соответствующему вопросу, то он может ей воспользоваться. В противном случае может оказаться достаточным изложения содержания, например, в лекционной форме.

Используемая иерархическая модель информатики как предмета обучения первоначально должна быть создана на основе общей иерархической структуры информатики как научной дисциплины и учитывать отличия, связанные с реальным состоянием и поведением предмета обучения.

2.4. Выбор объектов классификации Практика преподавания информатики накопила большое количество методик и приемов, позволяющих достигать поставленной цели обучения, и используемых в современной педагогике. За последние годы выпущено несколько десятков учебников и учебных пособий по информатике. Их содержание весьма различно и отражает существующее многообразие взглядов на современную информатику. Тем не менее, в настоящее время содержание образования оказывается куда более жестко регламентируемым, чем это было даже 10 – 15 лет тому назад. Так, например, сейчас регламентируются обязательные названия учебных дисциплин и их обязательное дидактическое содержание. Как следствие, даже наиболее удачные авторские методики обучения должны укладываться в требования современных стандартов образования, на основе которых строятся, в частности, процедуры аттестации и аккредитации высших учебных заведений. Поэтому действующие требования образовательных стандартов представляют собой важнейшую составляющую подготовки, находятся под пристальным вниманием педагогической общественности и наиболее полно обсуждены. Частая смена поколений стандартов объективно отражает как изменение общественного мнения, так и приближает их к некому идеалу. Будем предполагать, что содержание нормативных документов образования в области информатики наиболее приближено к коллективному взгляду на информатику как предмет обучения, а их изменение отражает в первую очередь динамическую составляющую развития научной дисциплины.

Структура обучения современной информатике с точки зрения американской системы высшего образования содержится в [76] и является результатом многолетней работы объединенного комитета по образованию профессиональных обществ ACM и IEEE Computer Society. На рис. 2.1 представлена построенная на основе этой разработки схема, иллюстрирующая составляющие информатики как предмета обучения по принятой в США классификации. В ее состав включен перечень необходимых для изучения с точки зрения ACM и IEEE Computer Society учебных дисциплин по соответствующим разделам информатики. Рассматриваемый перечень дисциплин обязателен для студентов, проходящих подготовку в США в области Computer science, и представляет собой модель предмета обучения в области информатики. Внутреннее содержание каждой дисциплины раскрывается набором дидактических материалов и представляет собой описание внутрикомпонентных связей. Уровень абстрагирования модели и степень ее инкапсуляции отвечает целям обучения (профессиональная университетская подготовка в области Computer science). Как следствие, рассматриваемая схема оказывается удобной для формулировки экстенсионального определения информатики и может быть использована для выявления межкомпонентных связей.

В отличие от американской системы образования, российская высшая школа ведет подготовку по целому ряду направлений и специальностей, связанных с информатикой, которые могут быть отнесены как computer science, так и computer engineering и information systems. Современное содержание информатики как предмета обучения с точки зрения российской высшей школы находит свое отражение в наборах обязательных учебных дисциплин, предлагаемых для изучения студентам по различным специальностям (направлениям) подготовки высшей школы. В дальнейшем во внимание были приняты направления и специальности высшей школы России, указанные на рис. 2.2 [11-24].

Таким образом, из всего многообразия имеющихся методических материалов в качестве объектов классификации выбраны реально существующие обязательные учебные дисциплины подготовки информационных специальностей высшей школы. Всего во внимание были приняты 259 объектов, каждый из которых имел собственное название и идентификацию и рассматривался в совокупности с его дидактическим содержанием. В соответствии с выбранной иерархией модели на основе анализа дидактического содержания этих дисциплин была проведена концептуальная кластеризация имеющихся объектов.

Принимая во внимание тезис о том, что разработчик сложной системы практически не в состоянии охватить все аспекты ее функционирования из-за сложности природы окружающего мира [7], подобный подход представлялся наиболее удобным для формирования общей модели содержания обучения информатике.

2.5. Процедура классификации Перечень объектов классификации составлялся из двух основных частей.

Во-первых, в их число были включены составляющие обучения в соответствии с американской системой подготовки по ACM и IEEE Computer Society (рис.

1.18 и 2.1). Во-вторых, во внимание принимались обязательные информационные дисциплины специальностей (направлений) профильной подготовки высшей школы России, показанные на рис. 2.2. Полный перечень обязательных дисциплин и их содержание для профильной подготовки представлен в приложениях к настоящей работе. Последовательно в рассмотрение принимались все составляющие (классификационные группы) нижнего уровня используемой иерархии. Для каждой такой составляющей просматривался весь набор объектов классификации на предмет возможности связывания или не связывания с заданной составляющей иерархии. Если принималось решение об отнесении объекта к соответствующей составляющей, дополнительно определялось, полностью ли он входит в соответствующую группу, или он может быть отнесен и к другим кластерам. Отнесение объекта к составляющей иерархии самого низкого уровня автоматически приводило к включению его и в состав составляющих верхних уровней иерархии. После рассмотрения всех составляющих иерархии проверялось, полностью ли дидактическое наполнение каждого объекта классификации отнесено к имеющимся классификационным группам. Если нет, то принималось решение о введении новых составляющих на основе теории прототипов.

Процедура выполнялась последовательно сначала для выбранной первоначально иерархии информатики как научной дисциплины (рис. 1.19), а потом для полученной новой иерархии информатики уже как предмета обучения.

Разработанная процедура классификации представляет собой вариант концептуальной кластеризации с использованием теории прототипов.

2.6. Выводы Принципы построения объектно-ориентированных моделей имеют универсальный характер и применимы в различных приложениях. Руководствуясь ими, можно построить, в частности, общую модель содержания обучения информатике, базирующуюся на современном состоянии соответствующей научной дисциплины. Ее использование позволит решить задачу отбора содержания обучения для конкретных применений.

Алгоритмы и решение задач Фундаментальные структуры Событийно-управляемое программирование Обзор языков программирования Основы анализа алгоритмов Переменные и типы данных вычислительные алгоритмы Объектно-ориентированное Основы теории вычислимости Функциональное программирование Теория автоматов Семантика языков программирования Геометрические алгоритмы Разработка языков программирования Параллельные алгоритмы Рис. 2.1. Составляющие информатики как совокупности знаний по ACM и IEEE Computer Society [167] 075200 - Компьютерная безопасность 075300 - Организация и вычислительная техника и компьютерные технологии) технология защиты информации 075400 - Комплексная защита объектов информации 075500 - Комплексное обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем Библиотекарь - библиограф;

ционных ресурсов; референтаналитик информационных 220100 - Вычислительные машины, комплексы, системы и сети ресурсов; менеджер 220200 - Автоматизированные системы обработки информации и информационных ресурсов 052700 - БиблиотечноПрограммное обеспечение вычислительной техники информационная деятельность Рис. 2.2. Рассматриваемые направления и специальности подготовки в области В качестве основного метода построения модели информатики как предмета обучения используется концептуальная кластеризация известных методических материалов обучения информатике на основе одной из ее иерархических моделей. Проектируемая объектно-ориентированная модель информатики как предмета обучения строится на основе иерархии классов информатики, которые в свою очередь формируются как результат классификации множества объектов, существующих в виде методических материалов в этой области.

Используемая иерархическая модель информатики как предмета обучения первоначально должна быть создана на основе общей иерархической структуры информатики как научной дисциплины и учитывать отличия, связанные с реальным состоянием и поведением предмета обучения.

Из всего многообразия имеющихся методических материалов в качестве объектов классификации выбраны 259 реально существующих обязательные учебных дисциплины подготовки информационных специальностей высшей школы.

Разработанная процедура классификации представляет собой вариант концептуальной кластеризации с использованием теории прототипов.

3. Классификация объектов теоретической информатики 3.1. Теоретическая информатика в целом В соответствии с [85] использовалось следующее определение: теоретическая информатика – это наука, которая изучает общие свойства информации и информационных процессов, а также законы и закономерности протекания информационных процессов. Объектами изучения теоретической информатики являются:

информация;

информационные процессы.

Предполагается, что информация представляет собой пригодные для обеспечения активных действий результаты процесса отражения, протекающего при любом взаимодействии любых объектов, а также сведения о ком-нибудь, о чемнибудь. В то же время, информационный процесс – это процесс сбора, накопления, хранения, обработки, распределения, распространения, представления, восприятия и использования информации.

Предметы изучения теоретической информатики:

общие свойства информации и информационных процессов;

законы и закономерности протекания информационных процессов.

Аннотированная программа магистерской подготовки Теоретическая информатика по направлению 522800 – Информатика и вычислительная техника относит к категории вопросов теоретической информатики следующее:

Модели дискретных объектов и явлений реального и виртуальных (компьютерных) миров в рамках лингвистического, логического, алгебраического, графового, стохастического и категорного формализмов.

Информация. Количественные меры информации. Информационные объекты. Объектно-ориентированный анализ.

Открытые системы. Теория фрактальных структур.

Структура и закономерности протекания информационных процессов.

Измерение как первичный информационный процесс, его характеристики.

Модели процессов передачи, обработки и накопления информации.

Формальные языки и грамматики. Алгебраическая теория языков.

Синтаксический и семантический анализ. Формальные логические системы. Автоматическое доказательство теорем. Логические системы на основе классической и неклассических логик.

Сложность вычислений и описаний. Спецификация вычислений. Алгоритмическая теория сложности по Колмогорову.

Семантика и логика программ. Спецификация, верификация, доказательство свойств программ. Семантика языков программирования.

Теория структур данных. Элементы криптографии.

Динамика поведения вычислительных структур и дискретных систем.

Взаимосвязь теорий переключательных схем, конечных автоматов, формальных грамматик и языков, теории параллельных процессов и программирования. Асинхронные клеточные автоматы. Элементы теории волновых процессов. Нейронные Сети массового обслуживания. Теория массового обслуживания применительно к анализу коммуникационных систем общего вида.

Эргономика. Задачи рационального распределения функций в эргатических системах. Организация интеллектуального интерфейса между человеком и машиной. Вопросы теории общения, речевых актов, функциональной активности и функционального гомеостазиса.

Правовые и экономические вопросы информатики.

В обязательной программе обучения специальности 030100 - Информатика присутствует дисциплина Теоретические основы информатики. Ее содержание определяется следующими дидактическими единицами:

Понятие информации. Информационные процессы. Непрерывная и дискретная формы представления информации. Количество и единицы измерения информации.

ЭВМ как универсальное средство обработки информации.

Понятие алгоритма, его основные свойства. Исполнитель алгоритмов. Способы представления алгоритмов. Рекурсия и итерация. Понятие сложности алгоритма.

Асимптотическая сложность алгоритма. Реально выполнимые алгоритмы. Полиномиальные алгоритмы. Совпадение классов полиномиальных и реально выполнимых алгоритмов. Основные методы разработки эффективных алгоритмов (метод балансировки, динамическое программирование, изменение представления данных). Исчерпывающий поиск. Сложность задачи. Верхние и нижние оценки. Понятие трудной задачи. Моделирование как основной метод научного познания. Различные виды моделей.

Дискретный характер ЭВМ. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. Понятие жадного алгоритма. Матроиды. Теорема Радо-Эдмондса. Приближенные комбинаторные алгоритмы, оценка их точности. Апроксимируемость трудных задач.

Перечисленные дидактические единицы целиком отнесены в категорию теоретической информатики. Кроме этого отметим, что в соответствии с рис.

1.19 категория теоретической информатики включает в свой состав несколько составляющих более низкого уровня иерархии. Поэтому дополнительно к категории теоретической информатики автоматически были отнесены все объекты, для которых устанавливалось их отношение к составляющим более низких уровней иерархии.

3.2. Теория информации 3.2.1. Теория информации в целом В качестве определения понятия теории информации использовалось следующее: теория информации – наука об общих свойствах информации и информационных процессов в природе и обществе; одна из фундаментальных областей научного знания о наиболее общих проявлениях информационной реальности, которые лежат в основе развития природы и общества [59].

Самостоятельная дисциплина Теория информации присутствует в планах обучения специальностям 075200 – Компьютерная безопасность, 075400 Комплексная защита объектов информатизации, 075500 – Комплексное обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем и 075600 - Информационная безопасность телекоммуникационных систем. Содержание обучения трех первых специальностей регламентируется дидактическими единицами:

Энтропия вероятностной схемы; аксиомы Хинчина и Фаддеева; условная энтропия;

взаимная информация и ее свойства; источники информации; энтропия источников;

дискретный источник без памяти; теоремы Шеннона об источниках; марковские и эргодические источники; информационная дивергенция; граница Симмонса; оптимальное кодирование; префиксные коды; неравенство Крафта; линейные коды; параметры кодов и их границы; корректирующие свойства кодов; циклические коды;

БЧХ - коды; код Хемминга; сверточные коды; математическая модель канала связи;

пропускная способность канала связи; прямая и обратная теоремы кодирования», а последней:

Энтропия и информация; теорема дискретизации; скорость передачи информации и пропускная способность канала связи при отсутствии и наличии помех; прямая и обратная теоремы Шеннона; информационные пределы избыточности и методика построения кодов; проблемы передачи непрерывной информации с оценкой ошибок дискретизации по времени и по амплитуде; возможности информационного подхода к оценке качества функционирования систем связи.

Кроме этого, в соответствии с классификацией рис. 1.19 теория информации включает в себя составляющие более низкого уровня иерархии. Поэтому, как и в предыдущем случае, дополнительно к категории теории информации автоматически были отнесены все объекты, для которых устанавливалось их отношение к составляющим более низких уровней иерархии 3.2.2. Понятие информации В работе [63] приводится 18 используемых в настоящее время определений информации. В соответствии с ними информацией называют:

любые сведения о каких-либо ранее неизвестных событиях;

содержательное описание объекта или явления;

результат выбора;

содержание сигнала, сообщения;

меру разнообразия;

отраженное разнообразие;

сущность, сохраняющуюся при вычислимом изоморфизме;

уменьшаемую неопределенность;

меру сложности структур, меру организации;

результат отражения реальности в сознании человека, представленный на его внутреннем языке;

семантику или прагматику синтаксиса языка представления данных;

продукт научного познания, средство изучения реальной действительности;

основное содержание отображения;

бесконечный законопроцесс триединства энергии, движения, и массы с различными плотностями кодовых структур бесконечно-беспредельной вселенной;

непременную субстанцию живой материи, психики, сознания;

вечную категорию, содержащуюся во всех без исключения элементах и системах материального мира, проникающую во все «поры» жизни людей свойство материи, ее атрибут, некую реалию, существующую наряду с материальными вещами или в самих вещах;

язык мира как живого целого.

Тем не менее, как отмечают авторы работы, хотя информация является общенаучной категорией, строгого, устраивающего всех специалистов понятия этого феномена нет.

Воспользуемся для целей классификации определением [51]: информация – пригодные для обеспечения активных действий результаты процесса отражения, протекающего при любом взаимодействии любых объектов, а также сведения о ком-нибудь, о чем-нибудь.

По результатам классификации было установлено, что понятие информации рассматривается в процессе изучения ряда обязательных дисциплин различных специальностей, перечень которых приведен в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Результаты классификации в категории понятие информации.

052700 – Библиотечно-информационная деятельность Информатика 075300 – Организация и технология защиты информации Информатика 075400 – Комплексная защита объектов информатизации Теория информации 075500 – Комплексное обеспечение информационной безТеория информации опасности автоматизированных систем.

075600 – Информационная безопасность телекоммуникациТеория информации онных систем.