Icon Forklift.svg

Do této učebnice průběžně přibývá obsah. Současný stav je už ale dobře použitelný a byla by škoda čekat, až bude publikace zcela hotová. Pravděpodobně bude pořád co zlepšovat. Na stránce Kontakt nám můžete dát vědět, pokud si všimnete nějakých chyb či jiných nedostatků.

Úvod a komunikace

Z Informatika pro každého
Přejít na: navigace, hledání
Co jsem za zvíře?
ikona boxu
Co se naučíš:
  • Informace není tak jednoduchý pojem, jak by se mohlo zdát
  • Jednoduše modelovat komunikační proces
  • Co a k čemu je zpětná vazba
  • V jakém vztahu jsou různé vrstvy komunikace
  • Využít uvedené nástroje k nalezení a odstranění nedostatků v komunikačním procesu
ikona boxu
Obvyklý průběh hodiny

Na začátku hodiny studenti během krátké diskuse zjistí, že pojem informace není nijak triviální. Je naopak dosti hluboký a existuje množství různých pojetí a nezáměnných definic. Mělo by je to mimo jiné motivovat k dalšímu průzkumu.

Pro ten budou v další hodině intenzivně komunikovat, takže zbytek hodiny věnujeme právě komunikaci. Komunikace je opět velmi obecný pojem, jednotný pohled získáme pomocí jednoduchého modelu. Odvodíme jej z průběhu jednoduché aktivity (kopírování obrázku). Ta vyžaduje také přesnost vyjadřování, stejně jako celá další výuka informatiky. V rámci kopírování obrázku lze studenti samovolně využijí také mechanismus zpětné vazby, který už je tak potřeba jen pojmenovat a ukotvit jako obecný princip pomocí dalších příkladů.

Posledním zastavením je rozkládání komunikace na vrstvy či úseky. To je opět princip, který studenti znají, jen si ho většinou dosud neuvědomili.

Probrané obecné principy jsou zajímavé a důležité samy o sobě, studenti by ale měli vidět i jejich praktické využití. Nasnadě je odhalování chyb v komunikaci: pokud se druhá strana nechová podle našich očekávání, je možná nutno uplatnit zpětnou vazbu. Zjistíme-li, že jsou naše zprávy přijímány poškozené (nebo vůbec), rozkladem komunikačního procesu na části postupně izolujeme chybu a snáz tak odhalíme a odstraníme její příčinu.

Definice informace?

ikona boxu
Úloha: Dokážeš říct, co to je informace?

Schválně to zkus.
Jak uspokojivý je výsledek? Jak je to s výsledky ostatních spolužáků?
Co mají vaše popisy společného, čím se liší?

Než se pustíme do otázky „Co to je?“, zkusme se zamyslet „k čemu to je“:

ikona boxu
Úloha: K čemu informace slouží?


ikona boxu
Nápověda
Jestli tě hned nic nenapadá, zauvažuj nad několika příklady, kdy lidé v běžném životě potřebují a využívají informace.
Co mají takové situace společného? K čemu jsou informace potřeba, co by bez nich nešlo?

Řešení

Informace slouží k rozhodování. (To není jediná možná odpověď, ale je pro nás nejvýznamnější.)

Tak teď k tomu „co to je“.

ikona boxu
Úloha: Najdi definici informace, které rozumíš a se kterou souhlasíš.
ikona boxu
Úvodní domácí úkol

Úkol o nalezení definice lze zadat jako domácí už na předchozí hodině. Žáci přijdou o něco naladěnější a ušetří se čas. Při čtení jednotlivých nálezů se pak rychle projeví, jak se mezi sebou různé definice liší. Také se projeví, kdo si dal záležet, a kdo prostě vzal první nalezený odkaz. Takoví žáci obvykle nedovedou vysvětlit, proč jim nejpřiléhavější přijde právě jejich definice.

Všimni, jak je pojem „jasný“, ale výstižně jej popsat není vůbec jednoduché.

Ztížení úkolu: Najdi definici, která se liší definic spolužáků.

Vidíš, že v literatuře a na internetu najdeme množství i velmi odlišných definic. Lidé se na přesném významu pojmu informace neshodují.

ikona boxu
Co je na tom tak těžkého?

Obtíže s definicí informace jsou pro tebe možná překvapivé. Informace je pojem běžně používaný, „každý přeci ví“, co to znamená. A přesto je tak obtížné to vyjádřit. Pes je zvíře, úhel je rovinný útvar, demokracie je forma vlády. Co je informace? Máme co do činění s pojmem velmi základním: Je obtížné jej vyjádřit jinými, základnějšími pojmy. Mnoho dalších pojmů je naopak od informace odvozeno.

ikona boxu
Úloha: Jaké další podobné pojmy tě napadnou?

Tedy pojmy, které jsou tak základní, že není snadné je definovat.

Řešení

Mezi takové pojmy patří mimo jiné hmota, energie, prostor, čas, přímka a bod. Většině studentů se je nepodaří definovat ani s pomocí dalších pojmů, natož pak bez ničeho dalšího.

Hmota, energie a informace Hmota a energie jsou základní pojmy z fyziky. Všichni navíc vědí, že E=mc2. Ta rovnice říká, že mezi energií a hmotou je přímý vztah{{{2}}}. Souvislost s informací se projevila mnohem později. Informace úzce souvisí s entropií, o které se blíže zmíníme na konci této kapitoly. Entropie systému (třeba lahve s plynem v autě) mj. značí, kolik práce je systém schopen vykonat, takže přímo souvisí s energií.

Na pojmy entropie a informace ve fyzice narážíme při řešení poměrně hlubokých otázek. Příkladem je směr plynutí časuProč čas plyne jen jedním směrem (a nikdy zpět), jaký je k tomu fyzikální důvod?. Druhým příkladem jsou černé díry a otázka, jestli se informace o objektech pohlcených černou dírou ztrácejí. To by odporovalo zákonu zachování informace (obdobě zákonů zachování energie a hmoty). My bychom ale radši, aby zákon platil. Od této drobnosti fyzikové odvozují teorie o tom, jak funguje celý vesmír.


Jiným způsobem, jak nahlédnout, že hmota, energie a informace patří do jedné skupiny, jsou podmínky přežití člověka: potřebujeme právě hmotu, energii a informace. Jednak abychom našli tu hmotu, kterou přeměníme na energii, ale taky proto, abychom si udrželi duševní zdraví. Příliš málo (nebo příliš mnoho) informace (nebo hmoty, energie) nám způsobí značné potíže.

Další těžké pojmy Jiná skupina obtížně definovatelných pojmů souvisí se složitými jevy, jako jsou život nebo inteligence. I s těmito pojmy běžně zacházíme, jako by byly jasné. Ale při bližším zamyšlení se ukáže, že není vůbec snadné je jednoznačně vymezit. To totiž vyžaduje jasné rozhodnut i v „hraničních“ případech: Kdy přesně život organismu začíná, kdy končí? Která bytost ještě není inteligentní, která už ano?

My se zde zaměříme na přístup a na definice, které jsou užitečnéAno, opravdu nejde o „hledání pravdy“. S pravdou je spousta potíží. Věda se místo toho snaží být praktická pro studium informatiky. Předtím ale ještě jednu odbočku.

Komunikace

Možná se objevilo i vysvětlení: „Informace je to, co se předává při komunikaci.“ Aby nám to ale bylo k užitku, musíme vědět, co je to komunikace. Problém nastane, když se dozvíme, že „Komunikace je předávání informací.“ Je zřejmé, že ty dva pojmy spolu velmi úzce souvisí. S definicí kruhem se ale nesmíme spokojit. Nejdřív tedy prozkoumáme, co je to komunikace, a následně pak co je to informace.


ikona boxu
Úloha: Předávání informace
ikona boxu
Poznámky pro učitele

Hra slouží jako příklad procesu komunikace, na kterém můžeme rozpoznat hlavní níže uvedeného modelu. Kromě toho ale žáci nacvičují přesné formulace a mnozí sklouznou od popisu(čára vede mezi...) k pokynům(vyšrafuj plochu ohraničenou...). To je prospěšná příprava na algoritmizaci.

Místo obrázku lze pracovat s fyzickými předměty složenými z běžných materiálů (špejle, papíry, lepící páska...). Pro běžnou vyučovací hodinu je to ovšem příliš. Navíc se tím poněkud posouvá cíl aktivity od informatiky (byť k jiným užitečným dovednostem). Při dostatku času stojí za to hru zorganizovat jako soutěž, kde jedna dvojice vyrábí originál pro druhou dvojici. Kromě snahy popsat něco hotového tak žáci zkouší také vyrobit něco pokud možno nepopsatelného.

Cílem reflexe po aktivitě je identifikovat základní prvky komunikačního procesu a jejich vztahy. Kromě toho se lze zaměřit na principy, které komunikaci zefektivnily a pomohly tak žákům k úspěchu.

Úkolem je vytvořit kopii obrázku, ovšem za ztížených podmínek. Pracujte ve dvojici. Jeden člen dvojice obrázek vidí a má ho co nejpřesněji popsat druhému členu. Úkolem druhého člena je pouze podle pokynů prvního (tedy aniž by na obrázek viděl) nakreslit obrázek co nejpodobnější originálu.

Zde uvádíme vhodné obrázky, můžete si najít i vlastní. Dejte si záležet, aby se na obrázek podíval jen jeden, ať si nezkazíte hru.


Obrázek 1

Full-adder.svg

Obrázek 2

Adder Network 6 001.svg

Obrázek 3

182 - feng1 - wind.svg

Obrázek 4

Axonometric frame.svg

Srovnejte vytvořenou kopii s originálem.

Jak jste při vytváření popisu obrázku postupovali? Co se při vaší komunikaci osvědčilo? Co by šlo zkusit udělat lépe?

Vystřídejte se.

Povedlo se vytvořit přesnější kopii? Proč?

ikona boxu
Úloha: Rozbor

Jak bys na základě zkušenosti (nejen) z předchozí hry popsal(a) proces komunikace? Podaří se ti rozlišit nějaké jeho podmínky, fáze, prvky a účastníky, výsledky? Najdeš totéž i na jiných příkladech komunikace?

Popíšeme teď základní modelModel není definice. Je to zjednodušení složitějšího jevu tak, aby bylo snazší s ním pracovat. V modelu použijeme jen to, co je pro daný úkol (zde porozumění pojmu komunikace) důležité, ostatní vynecháme, aby nás to nerozptylovalo. Jiným příkladem modelu je mapa. K orientaci v terénu nám stačí, i když neobsahuje každý strom. Můžete se zamyslet: které aspekty komunikace náš model pomíjí? komunikace. Umožní nám jasněji popsat mnoho souvisejících jevů.

Model komunikace.svg

Schéma komunikace mezi Adélou a Bořkem.

Co se odehrává, když spolu dva lidé komunikují? Adéla má v hlavě myšlenku, kterou by chtěla předat Bořkovi. Cílem tedy je dostat tu myšlenku do Bořkovy hlavy, pokud možno beze změny.

ikona boxu
Komunikace v časoprostoru

Všimni si: Zprávy mohou být přenášeny jak v prostoru, tak v čase. Na ukládání informací (na pevný disk, nákupní seznam, do knihovny či mrtvé schránky) tedy lze nahlížet jako na formu komunikace, se všemi pravidly, která s tím souvisí.

  1. Adéla musí myšlenku (třeba na mravence) zakódovat, přetvořit ji na něco, co se dá předat - např. české slovo mravenec nebo obrázek. Výsledku budeme říkat datová zpráva (nebo jen zpráva, popř. jen data).
  2. Adéla zprávu odešle komunikačním kanálem. Slovo vyřkne nebo napíše do chatu, obrázek pošle třeba poštou.
  3. Zpráva je kanálem přenášena k Bořkovi.
  4. Bořek zprávu přijme. Poslechne si vyřčené slovo, přečte přijatý text, prohlédne obrázek.
  5. Bořek zprávu dekóduje. Přeloží si dosud nic neříkající zvuk, posloupnost znaků či shluky barev na papíře a interpretuje je (přiřadí jim význam). V hlavě má Adélinu myšlenku.

Díky našemu modelu komunikace už teď můžeme říct, že informace jsou data spolu s jejich významemMáme samozřejmě na mysli význam „co to znamená“, nikoliv „jak moc je to závažné“.. Sběrem a kombinováním informací pak budujeme síť znalostí. Data nemusí být jen „jedničky a nuly“. Jako na data lze pohlížet na cokoliv, co lze interpretovat a získat tak nějakou informaci. Souhrn údajů o řeči těla jsou také data, lze z nich třeba odhadovat, jak se člověk cítí.


ikona boxu
Co tím chceš říct?

Nenápadně jsme zamlčeli, co je to ten význam datové zprávy. Není to jednoduchá otázka.

Jeden ze zádrhelů se projevuje i v reálném životě. Chceme-li pracovat s významem zprávy, vyjádříme jej nejspíš slovy - takže další zprávou. A samozřejmě se můžeme ptát po významu této nové zprávy. Vyjádříme ho jedině další zprávou a ty už tušíš, kam tohle povede, tedy spíš nepovede. Nepovede to k žádnému konci. Podobně, jako se dítě (a zvědavý student) ptá „A proč?“, stále dokola.

Zvlášť dobře patrné je to v mezilidské komunikaci (zejména, pokud dobře nefunguje). Leckdo uvažuje do hloubky, kterou komunikační partner ani nezamýšlel: „Říká, že nechce jíst. Co to znamená? Nemá hlad? Co za tím vězí? Už jedl? Nechtěl se najíst společně se mnou? Co to znamená? Nechce se mnou trávit čas?“ Nebo dokonce: „Nic neříká... co tím asi myslí?“

Pro porozumění je dosti zásadní, aby obě strany zůstávaly na stejné úrovni a nedomýšlely si interpretace nezávisle na druhé straně. Ovšem aby to fungovalo, je nutné sdělit, co má být sděleno, a nečekat, že si druhá strana něco domyslí z nevyřčeného. Interpretace je totiž, jak víme třeba z češtiny, subjektivní záležitost.

Ideální je, když kódování a dekódování zprávy fungují přesně obráceněDekódování zprávy dá přesně stejný význam, jaký byl do zprávy zakódován.. Ale k tomu je třeba se dohodnout na pravidlech, tedy na přiřazení možných zpráv a jejich významu (např. co znamenají barvy semaforu). No a ta dohoda, to je zase komunikace, tedy opět kódování a dekódování, tedy abychom si rozuměli, musíme být dohodnutí... je to trochu oříšek.

Zpětná vazba

Descartes mind and body.gif

Koordinace oko-ruka: oko vidí pohyb prstu, mozek na základě toho vydává další pokyny k pohybu prstu, který opět uvidí oko…
ikona boxu
Mezilidská komunikace
Leckomu možná v modelu chybí opačný směr komunikace. Lidé přeci obvykle mluví spolu, ne jen jeden s druhým. Potvrzuje to i hra s kopírováním obrázku. Dosáhnout přesné kopie je mnohem jednodušší, když se kreslící hráč může zeptat na to, co mu není jasné, a když může popisující hráč sledovat vznikající kopii - tedy když informace proudí i nazpět.

Do našeho modelu jsme to nezahrnuli, protože to nepřidává nic nového. Komunikace v opačném směru probíhá stejně: Zakódování, odeslání, přenos, příjem, dekódování. Navíc komunikace v opačném směru neprobíhá vždy.

Pro mezilidskou komunikaci je pojetí komunikace jako „předávání informací“ sice správné, ale poněkud technicistní a nepraktické. Pro šťastné lidi je užitečnější a výstižnější toto:

ikona boxu
Pamatuj si:
Mezilidská komunikace je hledání porozumění.

Mimo jiné je z takového vyjádření snáze vidět, že úspěch komunikace je zodpovědností obou stran. Nestačí kvalitní vyjadřování, je nutné také kvalitní naslouchání. Není smyslem někomu něco říct, smyslem je, aby to pochopil.

A právě zde se uplatní oboustrannost komunikace. Než si (často nesprávně) domýšlet, co se druhá strana snaží říct, je jednodušší se prostě zeptat. Naslouchající parafrázuje, co slyšel, aby se oba mohli ujistit, že si vzájemně dobře rozumí. Parafráze třeba začíná: „Myslíš to tak, že...“, „Znamená to tedy, že...“, „Chápu tě správně, že...“ apod.

Jak se ale právě při hře ukázalo, je zpětná vazba důležitým nástrojem zvyšování kvality(především spolehlivosti a přesnosti - tedy že zpráva dorazí a že dorazí, jak má) komunikace. Mnozí sledujete doručenky textových zpráv. I samy počítače si při komunikaci přes internetpomocí protokolu TCP/IP potvrzují, že data v pořádku dorazila, a pokud potvrzení nedostanou, pošlou je znovu. Námořníci potvrzují opakováním vydané rozkazy. Vyučující nechá někoho zopakovat svými slovy zadání úkolu, aby bylo jasné, že všichni ví, co mají dělat.

V obecnějším smyslu je zpětná vazba pojem z kybernetiky. Ke zpětné vazbě dochází, když výstup nějakého systému zpětně ovlivňuje jeho vstup (a tím i další výstup).

Příklad: Regulace topení

Topení topí, teplota stoupá, řídící jednotka čidlem měří teplotu a vydává pokyn ke ztlumení topení. Topení přestalo topit, teplota klesá, řídící jednotka ji čidlem měří a vydává pokyn...

Teplota je výstupem systému, který se ale prostřednictvím čidla (teploměru) stává vstupem ovlivňujícím další činnost systému.

Najdeš další příklady zpětné vazby?

Různé úrovně komunikace

Frederic Remington smoke signal.jpg

Kouřová signalizace

Vraťme se ještě jednou k modelu komunikace, uvažujme např. kouřovou signalizaci. Náčelník zformuluje zprávu a předá ji dalšímu indiánovi, který zajišťuje přenos. Ten si zprávu převede do jazyka kouřových signálů, ty signály vytvoří a odvysílá. Druhý indián hledí na mračna kouře, rozpoznává v nich kouřové signály, převede je do lidské řeči a zrekonstruuje význam původní zprávy. Co jsou data, co je komunikační kanál, co nebo kdo jsou odesilatel a příjemce? Komunikace tady probíhá mnohem víc, než se na první pohled může zdát.

Proces komunikace můžeme dělit jednak na kratší úseky („příčně“), jednak na jednotlivé úrovně („podélně“). Podívejme se nejprve na příklady kratších úseků komunikace. Význam zprávy z mozku musí být zakódován do slov, která náčelník předá k odvysílání. Samo to zadání pokynu znamená přimět vlastní mluvidla, aby slova převedla na příslušné zvuky. Takže než jsme dostali zvuky, museli jsme mít nervové signály k ovládání mluvidel. Přitom i tyto signály nesou zprávu, která být odvysílána, jen v jiné formě. A mohli bychom rozdělovat dál, mezi jednotlivé nervové buňky, které spolu komunikují atd.

Dělení na úrovně probíhá podél jednoho úseku komunikace. Náčelník může mít klidně za to, že komunikace probíhá slovy. Indián na nižší úrovni ale pracuje už se signály kouřového jazyka, a na ještě nižší úrovni vidíme už jen jejich konkrétní fyzickou realizaci. Na libovolné úrovni můžeme prohlásit, že tohle je ta datová zpráva, i když jde pokaždé o něco jiného - slova, signály či nepravidelně uspořádané částice zplodin ve vzduchu.

Podobně se můžeme se můžeme podívat na provoz jídelny: Jídelna vaří a vydává obědy. Bližší pohled prozradí, že v jídelně jednotliví lidé vykonávají rozličné činnosti. Kuchař v zácviku třeba kompletuje a vydává porce. Na podrobnější úrovni to znamená, že se zeptá na počet knedlíků, vezme čistý talíř, naskládá na něj knedlíky atd. — a mohli bychom jít i na další úroveň, jednotlivé knedlíky jsou připraveny v nádobě se stálou teplotou, mají své podrobné složení a postup, jakým byly připraveny. Pokračovat by šlo ještě dlouho. Kterákoliv z naznačených úrovní popisuje „provoz jídelny“. V různých situacích jsou vhodné různé úrovně popisu: vedoucí jídelny se nemusí zajímat o každý balík špaget, kuchař v zácviku naopak k plnění jednotlivých dílčích úkolů nemusí ani znát jídelní lístek.

Příklad: Vrstvy síťové komunikace

Obvykle se na odeslání e-mailu díváme tak, že my ho „na jedné straně“ odešleme, a někdo druhý ho „na druhé straně“ přijme. Komunikačním kanálem je „e-mail“, datovou zprávou je také „e-mailová zpráva“, putující z jedné adresy na druhou. Při bližším pohledu se ukáže, že to není tak jednoznačné. O úroveň níž je sled znaků, putující mezi dvěma poštovními servery, nějak „po síti“. Z e-mailu je najednou skupina navazujících balíčků dat, které nezávisle na sobě putují sítí, aby byly na konci opět složeny do výsledného (nebo původního, chcete-li) e-mailu. Ještě hlouběji bychom se dostali k úrovni fyzických spojů mezi jednotlivými síťovými prvky. Data pak už nejsou jedničky a nuly, ale např. změny napětí.

ikona boxu
Jak je to na internetu doopravdy

Hlavním protokolem Internetu je TCP/IP, který taktéž pracuje s vrstevnatým modelem. Na nejvyšší vrstvě jsou známé aplikační protokoly, jako HTTP či SMTP. Ještě rozsáhlejší (sedmivrstvý) je teoretický referenční model ISO/OSI.

V informatice skutečně pracujeme s různými tzv. vrstvami síťové komunikace. Jako zjednodušení by měl každý rozlišovat alespoň následující:

Aplikační vrstva
Posílání e-mailů, prohlížení webu atp.; komunikace se jeví jako přímé spojení mezi servery s docela „lidskými“ jmény, posílají se zprávy, stránky, soubory.
Síťová vrstva
Vzájemně propojené počítače, které si posílají balíčky dat. Počítače jsou jednoznačně identifikovány svým IP číslem. Nerozlišují, co se posílá za druh dat. Posílají balíčky na místo určení (počítač s daným číslem), obsahem jsou nějaké nuly a jedničky.
Fyzická vrstva
Přímé spojení jednotlivých síťových prvků. Převádí jedničky a nuly (a balíčcích nic neví) na elektromagnetické vlnění šířené kabely či vzduchem.

Rozdělení komunikace na vrstvy není jen samoúčelnou teorií. Výběr odpovídající vrstvy nám může značně ulehčit uvažování. Při posílání (zašifrovaného) e-mailu nám je vcelku jedno, přes které počítače poputuje. Naopak při navrhování uspořádání školní sítě není třeba uvažovat o konkrétních službách a aplikacích.

Prakticky ještě důležitější jsou pak vrstvy při odhalování chyb.

Příklad: Proč se neodeslal e-mail?

Zkusíme například:

  • Daří se odeslat jiný e-mail, jinam? Daří se e-maily přijímat?
  • Můžeme prohlížet web, synchronizovat cloudové úložiště?
  • Funguje spojení s nejbližším zařízením, třeba domácím routerem?
  • Je správně nastavený? Je vůbec zapnutý?
  • Je zapojený kabel mezi počítačem a routerem, máme v počítači zapnutou Wi-Fi?

Dokud se nedaří, postupujeme do nižších vrstev. Když se naopak zadaří, můžeme usoudit, že je problém o vrstvu výš, a řešit ho tam. Bez drátů nefunguje síť, bez sítě nefungují služby. Pohled na síťovou komunikaci po vrstvách umožňuje přistupovat k řešení problémů strukturovaně.

Shrnutí

ikona boxu

Informace je stěžejní nejen pro fungování lidské společnosti, ale také světa vůbec. Patří do stejné kategorie základních pojmů jako hmota a energie, které zkoumá fyzika.

Informace nám slouží k rozhodování.

Informace jsou data spolu s jejich významem.

Komunikace je předávání informací.

Komunikaci modelujemeModel je zjednodušená představa nebo znázornění něčeho složitějšího. jako postupné zakódováníPřevod přenášeného významu (obsahu, myšlenky) do přenositelné (sdělitelné) podoby. zprávySamotná data, tedy posloupnost znaků: Písmen v psaném textu, not v notovém zápisu, pixelů v obrázku atd., její přenos komunikačním kanálemJak je zpráva přenášena: zvukem ve vzduchu, videem přes internet, dopisem poštou atd. a následné dekódování a interpretaciPřiřazení významu přijaté zprávě. příjemcem.

Při komunikaci je často žádoucí zpětná vazba pro ověření, jestli zpráva došla, a jestli došla v pořádku.

Komunikační proces lze rozkládat na různé úseky a úrovně, což může být užitečné např. pro odhalení chyby v komunikaci.