Методические рекомендации к уроку информатики "Информационные основы процессов управления"
план-конспект урока по информатике и икт (8 класс) на тему

Тема: Информационные основы процессов управления.

Класс: 8

Учебник: Информатика. Учебник 7-9 класс Часть 1 (Теория) / Под ред. проф. Н. В. Макаровой. — СПб.: Питер Пресс, 2012. — 432 с.: ил.

Тип урока: урок изучения нового материала

Цель урока:

• сформировать представление о процессе управления как информационном процессе; о замкнутых и разомкнутых системах управления; классифицировать системы управления по степени участия в них человека.

Задачи урока:

  образовательные:

• содействовать формированию у учащихся представления о процессах управления в окружающем мире и в повседневной жизни, о значении цели и информации в процессе управления;
• содействовать в формировании умения выделять объект управления и управляющее воздействие;
• показать роль текущей информации и обратной связи;
• содействовать формированию понятия замкнутой и разомкнутой систем управления;
• классифицировать системы управления по степени участия в них человека.

развивающие:

• развивать критическое мышление, умение ставить проблемные вопросы, выдвигать гипотезы, анализировать и сравнивать, обобщать полученные данные и делать выводы;
• развивать устную и письменную речь учащихся.

воспитательные:

• воспитывать познавательный интерес к предмету;
• формировать коммуникативные качества личности.

Формы и методы обучения: объяснительно-иллюстративный, словесный (фронтальная беседа), наглядный (демонстрация презентации).

Оборудование: компьютер, проектор, экран, презентация "Информационные основы процессов управления", учебник.

План урока

1. Организационный момент – 1 мин.
2. Актуализация знаний – 5 мин.
3. Изложение нового материала – 13 мин.
4. Физкультминутка – 2 мин.

5. Закрепление знаний – 10 мин.

6. Практическая работа - 12 мин.

7. Итог урока – 1 мин.

8. Домашнее задание – 1 мин.

Ход урока:

I. Организационный момент (1 мин.)

Приветствие. Проверка присутствующих. Сообщение темы урока.

II. Актуализация знаний (5 мин.)

Проверка домашнего задания - стр.77-80, стр.80 в.7-10 (устно)

Учитель: Ребята, вам знакомо слово “управление”?

Ученики: Да.

Учитель: Назовите выражения, связанные с этим понятием.

Примеры ответов учащихся: управление самолетом, государством, своими эмоциями.

Из ваших ответов можно сделать вывод, что в повседневной жизни мы везде сталкиваемся с управлением: рабочий управляет станком, учитель – учениками, дирижер - оркестром, программист - работой компьютера и ходом выполнения программы и т.д.

Тема нашего урока “Информационные основы процессов управления”. Сегодня на уроке мы сформируем представление о процессе управления как информационном процессе; о замкнутых и разомкнутых системах управления; рассмотрим классификацию систем управления по степени участия в них человека.

III. Изложение нового материала (13 мин.)

Зачем выполняется управление? Например, летчик, садясь за штурвал самолета, должен заранее знать, куда и зачем он летит. Врач, назначая больному лекарство, должен быть уверен в том, что оно поможет ему выздороветь. Водитель автобуса обязан обеспечить доставку пассажиров к месту назначения. Работая на компьютере, пользователь стремится представить информацию в удобной для работы форме. Все это означает, что для управления надо знать конкретную цель, ожидаемый результат.

При этом важно понимать, что тот, кто управляет кем-либо или чем-либо, должен обладать исходной (предварительной) информацией.

Например, для летчика исходной информацией является:

• навыки и сведения, полученные в процессе обучения летной профессии, то есть профессиональные знания;
• задание на конкретный полет в устной или письменной форме; разработка по картам предстоящего маршрута со штурманом;
• данные о состоянии летательного аппарата на момент взлета;
• данные о предполагаемых метеоусловиях.

Для водителя автомобиля, например, исходная информация - это:

• профессиональные знания по управлению автомобилем и о правилах дорожного движения;
• сведения о состоянии дороги и автомобиля перед поездкой;
• маршрут поездки.

Задание 1. Учащимся предлагается выделить исходную информацию для различных процессов управления. (Учащиеся работают в готовых таблицах на слайдах презентации)

Выделение исходной информации для различных процессов управления

Таким образом, всегда должен существовать объект управления, который может быть представителем как живой, так и неживой природы. В рассматриваемых примерах — это оркестр, ученики, компьютер, самолет, автомобиль.

 Управление каким-либо объектом живой или неживой природы осуществляет человек или устройство, которые обладают исходной информацией: сведениями о существующей обстановке или ситуации, профессиональными знаниями (если это человек), сведениями о самом объекте управления и пр. Человек или устройство, получив необходимую исходную информацию, оказывает управляющее воздействие на объект управления. Так, например, дирижер, учитель, программист, летчик, водитель управляют соответствующими им объектами: оркестром, учениками, компьютером, самолетом, автомобилем.

Задание 2. Выделите объекты управления и управляющее воздействие в названных процессах управления

Объекты управления и управляющее воздействие

Однако только исходной информации недостаточно для успешного управления. В процессе управления должна быть использована информация о фактическом состоянии объекта управления, например о текущем состоянии самого автомобиля или самолета и об обстановке на дороге или в полете. Такая информация называется текущей, или рабочей. Текущая информация о состоянии объекта управления должна постоянно поступать к человеку или устройству, которые управляют этим объектом. В этом случае говорят, что между ними существует обратная связь. Эта связь позволяет корректировать поведение объекта управления, то есть управлять им.

Опр. Обратная связь - это процесс передачи информации о состоянии объекта управления управляющему объекту.

Компоненты системы управления:

• цель управления
• управляющий объект (субъект) и объект управления
• среда, в которой осуществляется деятельность субъекта и объекта
• управляющее воздействие
• прямая и обратная связь
• результат управления

Пример. Рассмотрим простейшую ситуацию. Человеку необходимо попасть из точки А на берегу реки в точку В на другом берегу. В его распоряжении есть лодка, которой он умеет управлять.

В этом примере:

• цель — попасть в точку В;
• субъект управления — человек;
• объект управления — лодка;
• внешняя среда — река;
• промежуточный результат — лодка находится в точке М.

Субъект управления, в данном случае человек, ставит перед собой вполне определенную цель, в данном случае переправиться на другую сторону реки. С точки зрения управления, достижение цели есть изменение состояние системы — переход из начального состояния (человек в точке А) в конечное состояние (человек в точке В). При этом воздействие внешней среды — течение реки — влияет на выбор управляющего воздействия.

А сейчас попробуем дать определение процессу управления (формулируют сами учащиеся).

Опр. Управление - это процесс целенаправленного воздействия одних объектов, которые являются управляющими, на другие объекты - управляемые.

Процессы управления: замкнутый и разомкнутый.

Опр. Процесс управления называется замкнутым, если в нем учитывается текущая информация об объекте управления с помощью обратной связи.

Замкнутая схема управления

Пример. Процесс обучения в школе построен по замкнутой схеме управления. Ученики являются объектами управления. Учитель перед началом урока обладает определенной исходной информацией: знаниями по предмету, знаниями об учениках. Эти знания позволяют ему так построить урок, чтобы ученики поняли новый материал. Применяя различные методы ведения урока, учитель оказывает на учеников управляющее воздействие. В процессе опроса учеников, что равносильно обратной связи, учитель делает вывод о том, как усвоен материал, и решает, что ему дальше делать — либо провести дополнительное разъяснение, либо дать новый материал. Он должен постоянно отслеживать текущую информацию, чтобы видеть, как реагируют ученики (объект управления) на его воздействия.

Опр. Процесс управления называется разомкнутым (незамкнутым), если в нем не учитывается текущая  информация об объекте управления.

В разомкнутой схеме отсутствует обратная связь — данные о состоянии объекта управления.

Разомкнутая схема управления

Примеры. Человек и телевизор, хозяин и собака, светофор и автомобиль.

Управление потоком автомобилей и пешеходов с помощью светофора является примером незамкнутой (разомкнутой) схемы управления. Светофор не может воспринять корректирующую информацию, он выступает в роли устройства, которое только выдает управляющее воздействие. Изменение цветов светофора — управляющие сигналы. Автомобили и пешеходы выступают в качестве объектов управления.

В приведенных выше примерах управляющее воздействие производится в разных формах: человек нажимает клавишу или поворачивает ручку управления телевизором; хозяин голосом подает команду собаке; светофор разными цветами управляет движением автомобилей и пешеходов на перекрестке.

Все варианты управляющих воздействий следует рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд.

В примере с телевизором через пульт управления передаются команды следующего типа: "включить/выключить", "переключить канал", "увеличить/уменьшить громкость". Хозяин передает собаке команды голосом: "Сидеть!", "Лежать!", "Взять!". Световые сигналы светофора шофер воспринимает как команды: красный - "стоять", зеленый - "ехать", желтый - "приготовиться".

Примеры замкнутого и незамкнутого процессов управления:

1. Управляющий объект: человек

     Управляемый объект: собака

     Управляющее воздействие: голосом подаётся команда

     Обратная связь: если собака не выполнила команду, то человек её повторит

2. Управляющий объект: светофор

    Управляемый объект: шофёр

    Управляющее воздействие: световые сигналы

воспринимаются как команды

    Обратная связь: нет

Упражнение 1: Определите название управляющего воздействия, изображенного на схеме: Предполагаемый ответ: (команда, приказ)

Упражнение 2: Определите обратную связь, показанную на схеме.

Предполагаемый ответ: реакция зала – свист, восторг, овации, смех.

Классификация систем управления по степени участия в управлении человека.

В зависимости от степени участия человека в процессе управления системы управления деется на три класса: 

• автоматические,
• неавтоматические,
• автоматизированные.

В системах автоматического управления все процессы, связанные с получением информации о состоянии управляемого объекта, обработкой этой информации, формированием управляющих сигналов и пр., осуществляются автоматически в соответствии с замкнутой схемой управления. В подобных системах не требуется непосредственное участие человека. Системы автоматического управления используются на космических спутниках, на опасном для здоровья человека производстве, в ткацкой и литейной промышленности, в хлебопекарнях, при поточном производстве, например при изготовлении микросхем, и пр.

В неавтоматических системах управления человек сам оценивает состояние объекта управления и на основе этой оценки воздействует на него. С такими системами вы сталкиваетесь постоянно в школе и дома. Дирижер управляет оркестром, исполняющим музыкальное произведение. Учитель на уроке управляет классом в процессе обучения.

В автоматизированных системах управления сбор и обработка информации, необходимой для выработки управляющих воздействий, осуществляется автоматически, при помощи аппаратуры и компьютерной техники, а решение по управлению принимает человек. Например, рабочий металлорежущего станка производит его установку и включение, остальные процессы выполняются автоматически. Автоматизированная система продажи железнодорожных или авиационных билетов, льготных проездных билетов в метрополитене работает под управлением человека, который запрашивает у компьютера необходимую информацию и на ее основе принимает решение о продаже.

IV. Физкультминутка (2 мин.)

V. Закрепление знаний (10 мин.)

Контрольные задания:

Задание №1. Игра “Верные и неверные утверждения”

1. Объектами управления в дорожном движении являются автомобили и пешеходы (верно)
2. Пешеходы и водители не могут оказывать управляющее воздействие на объекты дорожного движения (неверно)
3. Правила дорожного движения, ситуация на дороге, навыки вождения, язык жестов регулировщика – текущая информация для управления движением (неверно)
4. Показания светофора, положение пешеходов и автомобилей – исходная информация для управления движением (неверно)
5. Между регулировщиком и водителем есть обратная связь, а между светофором и пешеходом нет обратной связи (верно)

Задание №2. В приведённом ниже списке найдите соответствие между управляющим и управляемым объектами и заполните таблицу:

    оркестр, лошадь, тренер, наездник, актёр, дирижёр, водитель, режиссёр, спортсмен, автобус.      

Управляющий объект     Управляемый объект                                            

             тренер                  спортсмен

            наездник               лошадь

            дирижер               оркестр

            водитель               автобус

            режиссер              актер                      

Задание №3. Определите, кто играет роль управляющего и кто (или что) играет роль объекта управления в следующих системах:

        школа;

        класс;

        самолёт;

        стая волков;

        стадо коров.

 Задание №4. Таблица. Выделение исходной информации для различных процессов управления. Заполните таблицу.

VI. Практическая работа (12 мин.)

Практическая работа

Тема: Информационные основы процессов управления

VI. Итог урока (1 мин.)

Анализ и оценка работы учеников.

VII. Домашнее задание (1 мин.)

стр.50-54, стр.55 в.7, 9, 10 (письменно)