wykł_1. PDF

1. PODSTAWY METODOLOGICZNE
Metodologia dydaktyki informatyki jest dziedziną wiedzy o tym jak człowiek
uczestniczy i poznaje środowisko, w którym powstają, rozprzestrzeniane są oraz
przetwarzane informacje.
Procesy kulturotwórcze spowodowały ukształtowanie się środków
pośredniczących w przekazywaniu i przetwarzaniu informacji pomiędzy ludźmi,
ludźmi i wytworami cywilizacji oraz ludźmi i przyrodą. Środki te nazywamy
informatycznymi.
Współcześnie, najczęściej spotykanymi środkami informatycznymi stają się
komputery i sieci komputerowe oraz środki multimedialne.
Tak więc, metodologia dydaktyki obejmuje takŜe badanie roli tych środków w
procesie dydaktycznym.
Zajmiemy się głównymi aspektami tej dziedziny wiedzy.
Geneza wiedzy o przetwarzaniu informacji
Przyjmujemy, Ŝe przedmiotem badań moŜe być tylko to co jest zdeterminowane
lub powtarzalne, a więc wywoływane przez stałe mechanizmy, których
wykorzystywanie przez naukę umoŜliwia otrzymanie powtarzalnych i
mierzalnych wyników.
W tym sensie, współczesny determinizm utoŜsamiany jest z badanym
porządkiem rzeczy. Przy tym, przyjmuje się Ŝe, systemy rzeczywistości są
systemami iteracyjnymi, tj., w nich realizowane jest powtarzalne wykonywanie
operacji lub wchodzenie w relacje (iterowanie operacji i relacji).
W latach sześćdziesiątych XX w. cybernetycy (por. witryna internetowa :
Principia Cybernetica Web) nazywali je układami. Układ był rozumiany jako
transformacja jednych stanów w drugie. Transformacja określona była przez
wiele przejść stanów, które kolejno po sobie następując składają się na proces.
Wielokrotne działanie transformacji tj. jej iteracja jest wynikiem uaktywnienia
ciągu operatorów (nazywanych teŜ determinantami) wywołujących kolejne
przejścia stanów. W systemach iteracyjnych rzeczy (przedmioty, ciała,
zjawiska, zdarzenie itp., a takŜe stany) powiązane są róŜnymi drogami za
pomocą operacji i relacji.
Czym jest informacja
Informacja i porządek rzeczy są ściśle ze sobą powiązane. Dlatego miarą
informacji jest lokalny wzrost uporządkowania, tj. lokalny spadek entropii.
Informacja jest bytem, który moŜe być ten sam w róŜnych miejscach i moŜe
być „przekazywany” z jednego do drugiego miejsca, zarazem jest to byt
określający porządek rzeczy.
AŜeby wyjaśnić fenomen istnienia w naszym wszechświecie, czegoś takiego jak
informacja, musimy sobie zdać sprawę z tego, Ŝe wszechświat to gigantyczny,
ogarniający wszystko co istnieje, system iteracji.
Niestety ciągle nieodgadniony jest zbiór podstawowych mechanizmów tego
systemu. Wiadomo juŜ, Ŝe w całym wszechświecie działają uniwersalne, stałe
mechanizmy, których uaktywnienie, zgodnie np.
• z teorią strun, rozchodzi się najprawdopodobniej w czasoprzestrzeni w
postaci „drgań strun” (lub „superstrun”),
• czy zgodnie z innymi teoriami - „fal materii” (np. zgodnie z mechaniką
kwantową, na poziomie kwantowym, zwanych teŜ „falami
prawdopodobieństwa”).
Uniwersalizm systemów iteracyjnych polega na powtarzalności
rozchodzących się zaburzeń, co powoduje, Ŝe w róŜnych miejscach
wszechświata występuje ten sam porządek rzeczy, tj. powstają takie same
cząsteczki elementarne, atomy róŜnych pierwiastków i substancje, te same
rodzaje ciał, czy wreszcie w jednakowy sposób u róŜnych ludzi, to wszystko
odzwierciedla się w ich umyśle w postaci wiedzy.
Uniwersalnym jest wszystko to, co moŜe się powtarzać w dowolnym miejscu
wszechświata w wyniku zadziałania tych samych grup mechanizmów, np. bycie
atomem tego samego pierwiastka, połoŜenie prąŜków w widmie wodoru, ten
sam sposób zachowywania się róŜnych ludzi, itp. To, Ŝe w ogóle grupy
mechanizmów mogą być we wszechświecie uaktywniane w pewien
powtarzalny sposób wynika z powszechności procesów ewolucji.
Ewolucja prowadzi do selekcji mało stabilnych mechanizmów zdarzeń, a
kosztem tego, do lokalnego wzrostu stabilności innych zdarzeń (tj. w sensie
fizycznym do lokalnego spadku entropii), czyli do pojawienia się pewnego
mechanizmu stabilizującego, ustalającego lokalnie ten sam porządek rzeczy
w wielu róŜnych miejscach. Ten mechanizm stabilizujący nazywamy
informacją.
Kanały komunikacyjne
Proces przemieszczania się, zniekształcania i przetwarzania informacji zwykle
nazywany jest przekazywaniem informacji. Niekiedy określone są drogi
przekazywania informacji (mechanizmy przekazywania informacji). Nazywa je
się zazwyczaj kanałami komunikacyjnymi.
Współcześnie uwaŜa się, Ŝe na poziomie kwantowym materii, istnieją
najmniejsze, dostępne dla człowieka, nośniki informacji – infony, Na poziomie
cząsteczek mniejszych niŜ infony, ingerencja człowieka przy „odczytywaniu”
informacji tak zabuŜa ruch materii, Ŝe staje się on chaotyczny, a więc
pozbawiony moŜliwości przekazywania informacji.
Informacja jest w tym sensie zdeterminowana jako zdarzenie uniwersalne, Ŝe w
przyrodzie i w cywilizacji ludzkiej spotykamy się z porządkiem rzeczy
polegającym na wykorzystywaniu do przekazu informacji iteracji uaktywnień
róŜnorakich mechanizmów na wszystkich poziomach złoŜoności materii.
Wykorzystanie tych mechanizmów w kanale komunikacyjnym na wejściu
(przez źródło, nadawcę, nadajnik) nazywamy kodowaniem informacji,
natomiast w odwrotną stronę na wyjściu (przez odbiornik, odbiorcę) –
dekodowaniem Powstaje sieć oddziaływań na kanał komunikacyjny, w ramach
której dochodzi do ewolucyjnego przetwarzania lub zachowywania informacji
prowadzącego do identyfikacji obiektów. Oddziaływania te nazywamy
sterowaniem. Zakodowaną w kanale komunikacyjnym informację nazywa się
komunikatem, a w szczególnym przypadku komunikacji międzyludzkiej
nazywa się ją tekstem.
Kodowanie informacji
WyróŜnia się dwie formy kodowania informacji: przekaz analogowy oraz
dyskretny (np. cyfrowy, czy szczególny jego przypadek, powszechnie
stosowany w technice – binarny). Przekaz analogowy jest mechanizmemprocesem, wywołującym w róŜnych miejscach kanału komunikacyjnego
analogiczne zjawiska, natomiast przekaz dyskretny, to proces przekazywania
tylko wybranych fragmentów, porcji, próbek, przekazu analogowego.
Najprostszym, najdokładniejszym, najbardziej niezawodnym i najszybszym
sposobem przekazu dyskretnego jest przekaz binarny, np. przerwania
przepływu prądu elektrycznego dokonywane zgodnie z alfabetem Morse’a.
Dlatego teŜ ten sposób przekazu rozpowszechnił się najbardziej w technice
komputerowej.
Nie oznacza to, Ŝe w przyszłości nie rozpowszechni się bardziej przekaz
analogowy: homeostaty, systemy rozproszone, sieci neuronowe, komputery
kwantowe czy molekularne, nano-technologia, itp., wykorzystujące procesy
analogiczne do samoregulujących się (cybernetycznych) procesów przyrody.
Środki informatyczne
Mechanizmy, które pośredniczą i zarazem stanowią środowisko przenoszenia i
powstawania informacji, a więc które są konkretnymi realizacjami systemu
komunikacyjnego, nazywamy środkami informatycznymi.
Środki informatyczne działają według pewnego porządku. To co ustala ten
porządek nazywamy algorytmem. Realizowany on jest w procesie kompilacji
za pomocą procesora, przy czym wynik tego procesu monitorowany (tzn.
udostępniany) jest jako układ stanów rzeczy – monitor (fałszywie utoŜsamiony
tylko z ekranem monitora, współcześnie pojęcie to dotyczy systemu
multimedialnego), będący zarazem implementacją (tj. realizacją) tego
porządku rzeczy.
Tak więc, środkami informatycznymi w szerszym rozumieniu są mechanizmy
realizujące algorytmy.
Środki informatyczne w węŜszym rozumieniu nazywamy technologią
informacyjną.
Środkami informatycznymi w węŜszym, klasycznym rozumieniu, tj.
technologią informacyjną są:
kartka papieru wraz z ołówkiem, liczydło, suwak logarytmiczny, komputer wraz
z urządzeniami wejścia i wyjścia (drukarki, skanery, plotery, itp.), sieci
komputerowe, komputery neuronowe, itd,,
Środkami informatycznymi w szerszym sensie są:
dowolne mechanizmy fizyczne, biologiczne, społeczne, czy teŜ techniczne,
dzięki którym rzeczy (zjawiska, zdarzenia, przedmioty, itp.) stają się czymś, tj.
stają się obiektami rozpoznawanymi jako układy pewnych stanów rzeczy, a
więc rozpoznawane są jako implementacje pewnych algorytmów. W tym
rozumieniu wiedzę z zakresu informatyki oraz umiejętności logicznego
myślenia i programowania, wchodzącą w skład tzw. "kultury informatycznej",
naleŜy teŜ zaliczyć do środków informatycznych.
ALGORYTM
PROCESOR
MONITOR
Rys. 1 Środek informatyczny.
Źródło: Opracowanie własne.