XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сколько информации получают пятиклассники на уроках

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Пащенко С.А. 1

---

1МКОУ "СОШ №10"

Широкородова О.А. 1

---

1МКОУ "СОШ №10"

Работа в формате PDF

338.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Очень часто мы слышим такие фразы: «Ученики стали учиться плохо, потому что школьная программа стала намного объёмнее; в школе детям дают столько информации, что они не в силах освоить такой объём и т.п.». Меня заинтересовал этот вопрос, и я решила разобраться, а сколько в действительности информации на уроках.

Актуальность исследовательской работы заключается в том, что почти каждый ученик хочет быть успешным в обучении, она напрямую связана с объемом информации, получаемым на уроках.

Проблема: обучаясь в школе, учащиеся получают на уроках некоторый объём информации. Сопоставим ли объёмом информации, который ежедневно получают учащиеся в школе с возможностью учащегося воспринять данную информацию.

Цель исследования: определение процентного соотношения информации, получаемой на уроках, и информации, получаемой вне уроков.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи: 1. Изучить понятие «информация».

2. Изучить способы представления информации и определения её объёма.

3.Разработать анкету для определения объёма информации, получаемого на каждом уроке

4.Сделать выводы по результатам анкетирования. Определить сколько процентов составляет информация, получаемая на уроках.

Гипотеза: мы предполагаем, что учащиеся на уроках получают больше информации, чем вне уроков.

В ходе исследования применялись следующие методы:

• Анализ и синтез информации

• Наблюдение

• Сравнение

• Метод анкетирования

• Математическое моделирование, графическая интерпретация.

Для исследования мы использовали учебники «Информатика» авторов Л.Л. Босова и Н.В. Макарова, в которых узнали о способах представления информации на компьютере; свободная энциклопедия Википедия помогла нам разобраться в сущности понятия «информация». А также разобраться в данном вопросе нам помогли интернет ресурсы.

Наша работа может использоваться учителями информатики на уроках для формирования понятия информация и способов её измерения, учащимися для самообразования, родителями для мотивации учащихся к обучению.

1. Основная часть.

1.1.Что такое информация?

Информация — сведения, воспринимаемые человеком или специальными устройствами как отражение фактов материального мира в процессе коммуникации. Определения понятия «информация» из международных стандартов: знания о предметах, фактах, идеях и т. д., которыми могут обмениваться люди в рамках конкретного контекста; знания относительно фактов, событий, вещей, идей и понятий, которые в определённом контексте имеют конкретный смысл [3]. Определений информации существует множество, причём академик Н. Н. Моисеев даже полагал, что в силу широты этого понятия нет и не может быть строгого и достаточно универсального определения информации [5].

Первоначально «информация» — сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом (с помощью условных сигналов, технических средств и т. д.); с середины XX в. термин «информация» превратился в общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом; обмен сигналами в животном и растительном мире; передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму [3].

1.2.Способы определения объема информации.

Существуют различные способы определения объёма информации. Понятно, что измерить количество смысловой информации невозможно. Какое количество информации содержится, к примеру, в тексте романа «Война и мир», во фресках Рафаэля или в генетическом коде человека? Ответа на эти вопросы наука не даёт и не даст. Тем не менее, в определенных условиях можно пренебречь качественными особенностями информации, выразить её количество числом, а также сравнить количество информации, содержащееся в различных группах данных. Физическую (термодинамическую, статистическую) и техническую (шенноновскую) информации, уменьшающие энтропию и неопределённость, измерить можно. И в физическом и в техническом подходах к определению количества информации не обсуждается ценность того или иного информационного сообщения. Смысловая информация всегда связана с материальным носителем: это может быть сигнал в любой материальной форме, числовой, символьный код на печатной основе и т.д. Поскольку, любой материальный объект можно измерить, то это относится и к информации. Количество информации, затраченное на описание конкретного объекта, можно оценить по количеству букв, затраченных на описание модели объекта. Поскольку, каждый символ естественного языка можно закодировать одним определённым числом информационных единиц, то легко вычислить полный объём информации, связанный с описанием любого объекта, процесса, явления. Это так называемый алфавитный подход измерения количества информации. Есть другой количественный подход – технический (кибернетический, шенноновский), изложенный в работах К.Шеннона и Н.Винера. Изучая системы передачи информации, К.Шеннон пришёл к выводу, что каждое элементарное сообщение на выходе системы уменьшает неопределённость исходного множества сообщений, при этом смысловой аспект сообщения не имеет никакого значения [1]. В нашей работе нам требуется сравнить объём информации, получаемый учащимися на уроках с объёмом информации, получаемым вне уроков и найти процентное соотношение между этими величинами. Мы применим, так называемый, машинный способ оценки объёма информации.

1. 3. Представление информации. Объем информации.

Информация, это все то, что мы видим, слышим, ощущаем. Классифицировать информацию можно:

• по способам восприятия (визуальная, тактильная и т.д.);

• по форме представления (текстовая, числовая, графическая и т. д.);

• по общественному значению (массовая, специальная, личная).

Одной из характеристик любой информация является ее объем. Бит (bit) — минимальный объем информации в двоичной системе счисления, равен 0 или 1.

Байт — восемь последовательных битов образуют 1 байт. Именно в байтах измеряют объем любой информации неважно текст, изображение или видео.

Килобайт (КБ, Кбайт) — единица информации равная 1 024 байтам. Мегабайт (МБ, Мбайт) — единица информации равная 1 024 килобайта. Гигабайт (ГБ, Гбайт) — единица информации равная 1 024 мегабайта,

Терабайт (ТБ, Тбайт) —равен 1 024 гигабайт. Существуют и более крупные единицы информации (петабайт, эксабайт, зеттабайт, йоттабайт) [7].

Представление символьной информации в компьютере

Информация, которая представлена в компьютере, представляется в виде символов. Символ в компьютере – это любая буква, цифра, знак препинания, математический знак, специальный символ. В общем, все, что можно ввести с клавиатуры. Каждый символ кодируется. ПК «понимает» только нули и единички – с помощью них и представляется информация в компьютере. Эти «нули и единички» называются битом. Бит может принимать одно из двух значений – 0 или 1. Восьми таких бит достаточно, чтобы придать уникальность любому символу, а таких последовательностей, состоящих из 8 бит, может быть 256, что достаточно, чтобы отобразить любой символ. Поэтому – 1 символ = 8 битам = 1 байту. Чтобы посчитать информационный объём предложения «МАМА И ПАПА!» надо сосчитать количество символов в предложении (Пробел, т.е. разделитель между словами, тоже символ). 1 буква – это 1 символ, а 1 символ – 1 байт. Объём данного предложения 12 байт [4].

Представление звуковой информации в компьютере

Сигнал - способ передачи информации. Это физический процесс, имеющий информационное значение Звук представляет собой непрерывный сигнал - звуковую волну с меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека. Чем больше частота сигнала, тем выше тон. Частота звуковой волны выражается числом колебаний в секунде измеряется в герцах (Гц, Нz). Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, который называют звуковым.

Представление графической информации в компьютере

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами –как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.

Растровое изображение представляет собой совокупность точек, используемых для его отображения на экране монитора. Объём растровое изображе6ние определяется как произведение количества точек и информационного объёма одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Для черно-белого изображения информационный объём одной точки равен 1 биту, так как точка может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать одной из двух цифр- 0 или 1.

Для отображения цветного изображения необходимо: для 8 цветов 3 бита; для 16 цветов -4 бита, т.е. каждая точка кодируется с помощью 4 битов; для 256 цветов – 8 битов (1 байт) [4].

Информационный объём растрового изображения (V) определяется как произведение числа входящих в изображение точек (N) на информационный объём одной точки (q), который зависит от количества возможных цветов, т. е. V=N⋅q [8].

Любой формат файла изображения несёт в себе информацию о ширине и высоте файла в пикселях, а также разрешение файла для печати стандартных форматов. В приложении 1 представленыразмеры файла в миллиметрах и мегабайтах [9].

Представление видеоинформации в компьютере

Когда говорят о видеозаписи, прежде всего имеют в виду движущееся изображение на экране телевизора или монитора. Преобразование оптического изображения в последовательность электрических сигналов осуществляется видео камерой. Эти сигналы несут информацию о яркости и цветности отдельных участков изображения. Они сохраняются на носителе в виде изменения намагниченности видеоленты (аналоговая форма) или в виде последовательности кодовых комбинаций электрических импульсов (цифровая форма).

Процесс превращения непрерывного сигнала в набор кодовых слов называется аналого-цифровым преобразованием. Это сложный процесс, состоящие из:

Дискретизации, когда непрерывный сигнал заменяется последовательностью мгновенных значений через равные промежутки времени;

Квантования, когда величина каждого отсчета заменяется округленным значением ближайшего уровня;

Кодирование, когда каждому значению уровней квантования, полученных на предыдущем этапе, сопоставляются их порядковые номера в двоичном в виде [4].

Изучив школьные диски с видеоуроками, мы выяснили, что за одну минуту просмотра пятиклассник получает в среднем 13,35 МБ информации. (пример расчета одного из дисков, содержащего три видеоурока общей продолжительностью 112 минут: 1,46 ГБ*1024/112мин=13,348МБ)/

Количество бит, отводимое на один звуковой сигнал называют глубиной кодирования звука. При кодировании звуковой информации непрерывный сигнал заменяется дискретным, то есть превращаются в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц). Важной характеристикой при кодировании звука является чистота дискретизации - количество измерений уровень сигнала за 1 секунду. Одно измерение в секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений в секунду соответствует частоте 1 кГц. Количество измерений может лежать в диапазоне от 8 кГц до 48 кГЦ. Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла [4].

Оценить информационный объём моноаудиофайла (V) можно следующим образом: V = N⋅f⋅k, где N — общая длительность звучания (секунд), f — частота дискретизации (Гц), k — глубина кодирования (бит). 

Например, при длительности звучания 1 минуту и среднем качестве звука (16 бит, 24 кГц): V = 60⋅24000⋅16 бит = 23040000 бит = 2880000 байт = 2812,5 Кбайт = 2,75 Мбайт. 

При кодировании стереозвука процесс дискретизации производится отдельно и независимо для левого и правого каналов, что, соответственно, увеличивает объём звукового файла в два раза по сравнению с монозвуком [8].

Существуют различные методы кодирования звуковой информации двоичным кодом.

2. Практическая часть.

2.1. Сколько информации вмещает человеческий мозг?

Мы можем ответить на этот вопрос, только если представим, что человеческий мозг подобен компьютеру. Большинство нейробиологов, как правило, оценивает человеческий потенциал где-то между 10 терабайтами и 100 терабайтами, хотя полный спектр предположений варьирует от 1 терабайта до 2,5 петабайт. Расчет этих выводов довольно прост. Мозг человека содержит около 100 миллиардов нейронов. Каждый нейрон способен создавать около 1000 связей, представляя собой около 1000 потенциальных синапсов, которые в основном и хранят данные. Умножьте каждый из этих 100 миллиардов нейронов на 1000 связей, которые они могут создавать и у вас получится около 100 триллиона пунктов данных или 100 терабайт информации. Однако сами же ученые признают, что такие расчеты очень упрощены [10].

2.2. Результаты анкетирования.

С целью получения информации по теме «Сколько информации получает пятиклассник на уроках», нами была разработана анкета (приложение 2), в которой мы классифицировали информацию, получаемую учащимися на уроках по форме представления (символьная, графическая, видео, звуковая). Анкета состояла из 4 вопросов, ответы на которые учащиеся должны были дать для 11 предметов, изучаемых нами в этом году. В анкетировании приняли участие 20 учащихся 5-х классов.

При обработке полученных данных был произведен подсчет сведений, полученных с помощью анкеты. В анализе данных учитывались ответы учащихся, характеризующие, какую информацию получают учащиеся на уроках и в течение какого времени (приложение 3). Так на диаграмме 1 видно, что самый большой объём символьной информации учащиеся получают на уроках: литература, история, биология, иностранный язык.

На диаграмме 2 видно, что самый большой объём графической информации учащиеся получают на уроках: музыка, ИЗО, иностранный язык.

А самый большой объём видео информации учащиеся получают на уроках: литература, иностранный язык, технология (диаграмма 3).

Диаграмма 4 показывает, что самый большой объём звуковой информации учащиеся получают на уроках: литература, технология, иностранный язык, история, физическая культура.

Теперь выясним, какой объём информации получают учащиеся на каждом уроке. Для этого воспользуемся формулами, приведенными в главе I. В приложении 4 представлены результаты подсчета объёма информации, который получают учащиеся пятого класса на каждом уроке. Из полученных данных видно (диаграмма 5), что самый большой объем информации учащиеся получают на уроках: география, технология, литература, музыка.

Теперь посчитаем, сколько информации получают учащиеся за неделю, учитывая количество часов по предмету в неделю (приложение 5).

Из диаграммы 6 видно, что за неделю самый большой объем информации учащиеся получают на уроках: русский язык, литература, география, биология.

Таким образом, мы выяснили, что самый большой объем информации учащиеся получают на уроках: география, технология, литература, музыка. Это предметы, на которых учителя используют много наглядностей, показывают видео, сопровождают демонстрации рассказами, комментариями, часто используют на уроках дискуссии. А за неделю самый большой объем информации учащиеся получают на уроках: русский язык, литература, география, биология. Таким образом, за неделю учащиеся 5-х классов получают на уроках 19822,27МБ = 19,3 ГБ информации. В день же учащиеся на уроках получают в среднем 19,3ГБ/5=3,86 ГБ информации.

1. 3. Много ли информации получают учащиеся на уроках?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо знать, сколько информации получает учащийся вне школы. Чем занимается ученик дома? Из каких источников он получает информацию дома?

Самым популярным источником информации, как выяснилось, является телевизор. Школьник тратит в сутки около пяти часов в день на просмотр телевизора и 2 часа 20 минут слушает музыку. Компьютер, для получения знаний, менее 2 часов в день, а вот видео играм он посвящают час и более. Этот час игры и составляет самый большой поток информации. Он содержит более половины всей информации, полученной за день (17 ГБ и более). Всего же в день получается примерно 34 ГБ информации [11]. Таким образом, получается, что на уроках учащийся получает лишь 15% информации, полученной в день. Поэтому нет смысла говорить о том, что учащиеся перегружены сложной программой.

Эксперты заметили, что год от года количество усваиваемой информации человеком за день становиться всё больше. Но оно растет не за счет увеличения каких-либо исследовательских или научных изысканий, а за счет расширения потребления развлекательной информации.

За год учащиеся 5 класса получат на уроках 656,2 ГБ информации, а вне школы 10417,12 ГБ учитывая каникулы. (Приложение А за 11 лет обучения в школе ученик получит в среднем 7175, ГБ =7 ТБ информации, вне школы – 114588.32 ГБ = 111,9 ТБ (диаграмма 7).

Получается, что за 11 лет обучения, учащиеся получают в школе меньше информации, чем за один год вне школы (диаграмма 8).

Вся ли информация запоминается? Конечно, нет. Ученые доказали, что в памяти остаётся лишь незначительная часть информации, в виде образов и схем. И запоминаются наиболее яркие фрагменты или те фрагменты, на которых вы были сосредоточены достаточно длительное время (более 15 минут). В противном случае объём нашего головного мозга равный примерно 100 терабайтам не в состоянии был бы вместить весь объём информации, полученный человеком за жизнь.

Заключение

Проведя исследование, мы выяснили, что из всего объёма информации, получаемой учащимися 5-х классов, лишь 15% они получают на уроках. Остальную информацию они получают вне уроков, и чаще всего, эта информация развлекательного характера, которая является более яркой и чаще остаётся в памяти. Не трудно сделать вывод, что те учащиеся, которые уделяют меньше времени компьютерным играм и просмотру телевизора более успешны в обучении, чем те, которые играют и смотрят без ограничений.

Гипотеза о том, что учащиеся на уроках получают больше информации, чем вне уроков, не нашла своего подтверждения.

Список литературы

1. И. Н. Бекман Информатика. Курс лекций. (http://profbeckman.narod.ru/InformLekc.htm)

2. Большой энциклопедический словарь 2-е изд., перераб. и доп. М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. 1434 с.

3. Босова Л.Л. Информатика: учебник для 5 класса-3-е изд. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015.-184 с.

4. Википедия — свободная энциклопедия

5. Макарова Н.В. Информатика и ИКТ. 10 класс. ПИТЕР 2006. 328стр.

6. Моисеев Н.Н. Расставание с простотой. — М.: АГРАФ, 1998. 98 стр.

7. Новая иллюстрированная энциклопедия. Харьков, Белгород, клуб семейного досуга. 2011. 209стр.

8. Симонович С. В. и др. Информатика: Базовый курс. Питер, 2003. 640 с

9. http://www.yaklass.ru/p/informatika/10-klass/informatciia-i-informatcionnye-protcessy

10. http://www.imagemarket.ru/knowledge/index.php?articleid=3

11. www.slate.com

12. http://www.stepandstep.ru/catalog/your-news/94431/ckolko-informacii-usvaivaet-chelovek-za-den.htmlразвиваться

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.РАЗМЕРЫ В ПИКСЕЛЯХ И МЕГОБАЙТАХ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. АНКЕТА ПО ТЕМЕ «СКОЛЬКО ИНФОРМАЦИИ ПОЛУЧАЕТ ПЯТИКЛАССНИК НА УРОКАХ»

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ АНКЕТИРОВАНИЯ УЧАЩИХСЯ 5 КЛАССА

Диаграмма 2.Время получения графической информации.

Диаграмма 1.Время получения символьной информации.

Диаграмма 4. Время получения информации от учителя, одноклассников, аудиозаписи на уроке

Диаграмма 3.Время получения видео информации.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ПОДСЧЁТ КОЛИЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ, ПОЛУЧАЕМОЙ УЧАЩИМИСЯ 5 КЛАССА НА УРОКАХ

1.Русский язык: 10*1000*1б +3*13,35мб+23*60*16*24000б=505,38МБ

2.Литература: 35*1000*1б+1,8*3,1мб+30,2*13,35мб+34,4*60*16*24000б=775,89МБ

3.Иностранный язык: 20*1000*1б+14*3,1мб+17*13,35мб+29*60*16*24000б=637,22МБ

4.Математика: 10*1000*1б+8*3,1мб+5*13,35мб +18*60*16*24000б=395,51МБ

5.История: 20*1000*1б+4,6*3298,3мб+10*13,35мб+31*60*16*24000б=681,18МБ

6.Биология: 19,6*1000*1б+11*12,4мб+10*13,35мб+28*60*16*24000б=615,25МБ

7.География: 10*1000*1б+8*398,3мб+10*13,35МБ+19*60*16*24000Б=417,03МБ

8.Музыка: 5*1000*1б+23*6,2мб+29*60*16*24000б=637,21МБ

9.ИЗО: 14*1000*1б+19*12,4мб+22*60*16*24000б=483,40МБ

10.Технология: 10*1000*1б+5,6*3,1мб+18*13,35мб+35*60*16*24000б=769,05МБ

11.Физкультура: 30*60*16*24000б=659,18МБ

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. КОЛИЧЕСТВО ИНФОРМАЦИИ, ПОЛУЧЕННОЕ НА УРОКАХ ЗА НЕДЕЛЮ

Диаграмма 6.Количество информации за неделю

Диаграмма 5.Количество информации, получаемое учащимися на уроках

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. КОЛИЧЕСТВО ИНФОРМАЦИИ, ПОЛУЧЕННОЕ ЗА 11 ЛЕТ

Диаграмма 7.Количество информации за 11 лет

Диаграмма 8.Сравнение количества информации