Рабочая программа дисциплины Теоретические основы информатики (стр. 1 )

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования «Уральский государственный педагогический университет»

Институт математики, информатики и информационных технологий

Кафедра информационно-коммуникационных технологий в образовании

Рабочая программа ДИСЦИПЛИНЫ

Теоретические основы информатики

для ОПОП 44.03.05 «Педагогическое образование»

(с двумя профилями подготовки)

ИНФОРМАТИКА И МАТЕМАТИКА

Уровень бакалавриата

Екатеринбург 2016

Рабочая программа дисциплины Теоретические основы информатики

Составитель: , зав. кафедрой информационно-коммуникационных технологий в образовании, доктор педагогических наук, профессор, УрГПУ

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ИКТО УрГПУ

Протокол от 01.01.2001 г. № 8  Зав. кафедрой                        

Директор института математики,

информатики и ИТ                                 _________________

Пояснительная записка

1.1. Наименование дисциплины:

Теоретические основы информатики

1.2. Цель и задачи дисциплины:

Основной целью изучения дисциплины является освоение будущими специалистами в области ИТ-технологий базовых положений теории информации как теоретической и методологической основы других дисциплин информационно-технологической подготовки, а также методов решения задач, связанных с представлением и обработкой дискретной информации.

Задачи изучения дисциплины:

изучить базовые понятия теории информации; освоить методы первичного и помехоустойчивого кодирования; освоить методы проектирования и описания конечных автоматов; изучить понятия и освоить методы криптографии.

В соответствии с ФГОС ВО формируемая компетенция ОК-3 – способность использовать естественнонаучные и математические знания для ориентирования в современном информационном пространстве.

1.3. Место дисциплины в структуре ОПОП.

Курс «Теоретические основы информатики» (5 семестр) (код Б.1.В. ОД.1.7) занимает важное место в плане подготовки специалистов в области информатики, поскольку, с одной стороны, его можно отнести к категории мировоззренческих, он призван сформировать представление об единой информационной картине мира, значении информации и информационных процессов в жизни современного общества, а также о существующих научных методах их описания. С другой стороны, он служит основой для освоения других разделов информатики, программирования и информационных технологий. Курс носит пропедевтический характер по отношению к другим дисциплинам: теория алгоритмов, основы искусственного интеллекта, компьютерное моделирование и др. Акценты в программе делаются на содержательных (смысловых) аспектах и, в меньшей степени, на математической и доказательной сторонах.

Содержание дисциплины базируется знаниях, полученных при изучении дисциплин модуля «Информатика» (код Б1.В. ОД.1) и «Математика» (код Б1.В. ОД.2). Компетенции, сформированные в процессе освоения дисциплины, необходимы при изучении дисциплин «Основы искусственного интеллекта» (код Б1.В. ДВ.25), «Информационная безопасность» (код Б1.В. ОД.1.4), «Теория и методика обучения информатике» (код Б1.В. ОД.1.8,), при подготовке ВКР.

Дисциплина входит в модуль вариативных дисциплин.

1.4. Перечень планируемых результатов обучения

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование компетенций:

ОК-3 – способность использовать естественнонаучные и математические знания для ориентирования в современном информационном пространстве;

ПК-1 – готовность реализовывать образовательные программы по учебным предметам в соответствии с требованиями образовательных стандартов.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

базовые понятия теории информации; элементы теории кодирования символьной и числовой информации; закономерности передачи информации по каналам связи; подходы к построению помехоустойчивых кодов; элементы теории автоматов; теоретические основы криптографии;

уметь:

находить энтропию и количество информации, связанные со случайными исходами опыта; преобразовывать целые, дробные и нормализованные числа из одной системы счисления в другую; выполнять операции с кодами чисел в конечной разрядной сетке; определять характеристики дискретного канала связи; использовать эмулятор машины Тьюринга для решения алгоритмических задач;

владеть:

методами первичного и помехоустойчивого кодирования информации; методами анализа и синтеза конечных автоматов; методами криптографии.

1.5. Объем дисциплины.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы (144 уч. часа). Виды учебной работы: аудиторные – лекции (36 часов), лабораторные занятия (36 часов); внеаудиторная: самостоятельная работа (45 часов); контроль – 27 часов; контрольное мероприятие – экзамен (5 семестр).

1.6. Особенности реализации дисциплины.

Дисциплина преподается на русском языке.

В преподавании дисциплины используются электронные образовательные ресурсы.

Учебно-тематическое планирование Учебно-тематический план очной формы обучения

№ п/п	Наименование раздела, темы	Всего трудоемкость	Аудиторные занятия	Контроль	Самостоят. работа
Всего	Лекции	Практич. занятия	Лаборат. занятия
1.	Введение. Исходные понятия.	8	4	4	–	–	–	4
2.	Теория информации	20	12	6	–	6	–	8
3.	Кодирование информации	20	14	4	–	10	–	6
4.	Передача и хранение информации	14	8	4	–	4	–	6
5.	Помехоустойчивое кодирование	17	10	6	–	4	–	7
6.	Элементы теории автоматов	19	12	6	–	6	–	7
7.	Элементы криптографии	19	12	6	–	6	–	7
Контроль	27	–	–	–	–	27	–
Итого	144	72	36	–	36	27	45

Содержание дисциплины Общее содержание

1. Введение. Исходные понятия. Информатика как наука и как вид практической деятельности. Место информатики в системе наук. Кодирование информации. Роль и значение курса «Математическая теория кодирования».

2. Теория информации. Исходные понятия информатики: сообщение, информация, источник и приемник информации. Сигнал и его информационные параметры. Формы представления информации (непрерывная, дискретная). Преобразование сообщений. Теорема отсчетов. Возможности обработки информации. Универсальность дискретного представления информации. Знак, алфавит.

Виды информационных процессов. Принципы получения, хранения, обработки и использования информации.

Понятие энтропии. Свойства энтропии. Условная энтропия. Энтропия и информация. Формулы Хартли и Шеннона. Измерение количества информации. Информация и алфавит.

3. Кодирование информации. Кодирование символьной информации. Понятие кода, кодирования. Избыточность кода. Первая теорема Шеннона. Постановка задачи кодирования. Алфавитное неравномерное кодирование. Оптимальные коды (код Хаффмана). Равномерное алфавитное кодирование. Байтовый код. Стандарты кодов. Код Морзе. Блочное кодирование.

Представление чисел в компьютере. Системы счисления. Преобразование целых и вещественных чисел. Экономичность системы счисления. Преобразование нормализованных чисел. Кодирование и обработка в компьютере целых и вещественных чисел.

4. Передача и хранение информации. Общая схема передачи информации. Канал связи. Характеристики канала: ширина полосы пропускания, пропускная способность, скорость передачи. Влияние шумов на пропускную способность канала. Вторая теорема Шеннона. Дискретные каналы (симметричный, асимметричный, со стиранием). Обеспечение надежности передачи.

Последовательный и параллельный способ передачи информации. Связь компьютеров по телефонным линиям.

(*) Хранение информации. Классификация данных, уровни представления данных: концептуальный, логический, физический. Представление элементарных данных в ОЗУ (целые и вещественные числа, символы, логические данные). Классификация структур данных; примеры структур: массив, стек (очередь), множество, дерево, запись. Организация структур данных в ОЗУ. Иерархия структур данных на внешних носителях. Организация доступа к данным: произвольный, последовательный, прямой.

5. Помехоустойчивое кодирование. Общие принципы помехоустойчивого кодирования. Классификация корректирующих кодов. Избыточность помехоустойчивого кода. Принципы обнаружения и исправления ошибок в систематических кодах. Понятие кодового вектора, кодового расстояния. Граница Хемминга.