信息技術(shù)學(xué)科特點講座

1、信息技術(shù)學(xué)科本質(zhì)信息技術(shù)學(xué)科本質(zhì) 及教學(xué)實施策略及教學(xué)實施策略王基一浙江師大數(shù)理與信息工程學(xué)院人工智能研究 引言p 教育部教育部2000年頒發(fā)了年頒發(fā)了中小學(xué)信息技術(shù)課程指中小學(xué)信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要導(dǎo)綱要。綱要對中小學(xué)各個學(xué)段的課程任務(wù)、教。綱要對中小學(xué)各個學(xué)段的課程任務(wù)、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和課時安排，以及教學(xué)評價等都學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和課時安排，以及教學(xué)評價等都給出了詳盡的指導(dǎo)意見。給出了詳盡的指導(dǎo)意見。p 這個綱要的頒發(fā)至今已經(jīng)這個綱要的頒發(fā)至今已經(jīng)12個年頭。信息技術(shù)已個年頭。信息技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個嶄新的階段?？陀^的說，這個綱要的經(jīng)發(fā)展到一個嶄新的階段?？陀^的說，

2、這個綱要的指導(dǎo)意見已經(jīng)大大落后于現(xiàn)實的發(fā)展。指導(dǎo)意見已經(jīng)大大落后于現(xiàn)實的發(fā)展。p 有必要重新審視和討論中小學(xué)開設(shè)信息技術(shù)課程有必要重新審視和討論中小學(xué)開設(shè)信息技術(shù)課程的相關(guān)問題。的相關(guān)問題。我的觀點 中小學(xué)信息技術(shù)課程是一門特殊的課程，其更新的速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于其他科目。當(dāng)今信息技術(shù)的平臺在不斷創(chuàng)新和改革中，有的應(yīng)當(dāng)被及時引入信息技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容，課程內(nèi)容的選取需要信息技術(shù)教師對信息技術(shù)發(fā)展具有較高的敏銳度。而不是盲目地跟在所謂的專家后面。我的觀點 義務(wù)教育階段信息技術(shù)課程的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生對信息技術(shù)的興趣。這種興趣可以分為兩個層面 文化層面：讓學(xué)生體驗信息技術(shù)帶來的各種興奮和刺激，讓學(xué)生體會利用

3、信息技術(shù)創(chuàng)造的學(xué)習(xí)方式，并遷移到其他學(xué)科的學(xué)習(xí)上 科技層面：讓學(xué)生在學(xué)習(xí)信息技術(shù)的同時產(chǎn)生對技術(shù)本身的興趣，引導(dǎo)學(xué)生對未知技術(shù)和方法的探究產(chǎn)生興趣。并通過課程學(xué)習(xí)形成信息技術(shù)學(xué)科帶給人們的特有思維模式和問題解決方法。我的觀點 對于義務(wù)教育階段的學(xué)生來說，文化層面比起科技層面更重要。 而對于信息技術(shù)教師來說，文化層面仍然顯得十分重要。但這種重要性需要扎實的科技知識的支撐。 只有自身的科技水平的不斷提高，才能形成真正的信息技術(shù)文化素養(yǎng)，才能適應(yīng)新事物的出現(xiàn)，才能不斷引入新的教學(xué)內(nèi)容，才能真正提高信息技術(shù)課程的質(zhì)量。課程的質(zhì)量 信息技術(shù)教師在提高課程質(zhì)量上缺少什么？缺技術(shù)缺教學(xué)模式和教學(xué)方法僅僅是這

4、些嗎？缺優(yōu)越的教學(xué)條件實例（摘自一線老師的體會文章） 上周聽了三節(jié)課，主題都是信息表達(dá)，內(nèi)容包含信息表達(dá)技術(shù)、信息表達(dá)方式、信息表達(dá)規(guī)范三方面內(nèi)容。 三位教師在按教材講解了以上內(nèi)容后，分別設(shè)計了學(xué)生任務(wù)。具體如下： 1改錯別字。找n 張信息表達(dá)不規(guī)范的圖片，其中不規(guī)范內(nèi)容以錯別字為主。學(xué)生頗有興趣地改錯別字，課堂很熱鬧。 2 產(chǎn)品營銷。教師讓學(xué)生為當(dāng)?shù)啬骋惶禺a(chǎn)的推廣宣傳設(shè)計方案，應(yīng)用各種信息表達(dá)技術(shù)。于是，從開網(wǎng)店到找形象代言人，學(xué)生思維異常活躍。 3 信息表達(dá)方式比較。教師讓學(xué)生以亞運會為例，填寫一份相關(guān)的的表格，比較四種表達(dá)技術(shù)的優(yōu)點、不足。雖然是炒冷飯，但學(xué)生還是有事可做。實例（摘自一線

5、老師的體會文章） 回頭看看，這三節(jié)課哪像一節(jié)技術(shù)課，技術(shù)體現(xiàn)在哪里？信息技術(shù)教師不得不學(xué)習(xí)政治（社會）老師，讓學(xué)生討論起來、辯論起來，讓課堂不至于冷清，讓學(xué)生不至于無所事事。在以上三節(jié)課的教學(xué)中，學(xué)生真的學(xué)到了有用的信息技術(shù)嗎？ 讓我們認(rèn)真反思：以上就是我們希望的信息技術(shù)課程嗎？體會 雖然在義務(wù)教育階段的課程設(shè)計中，培養(yǎng)學(xué)生文化素養(yǎng)的成分相對較大，但忽視科技素養(yǎng)培養(yǎng)的做法并不可取。而且這種現(xiàn)象不是個別的，比較普遍。 原因： 政府層面的導(dǎo)向出了一定的偏差 教師個人的信息素養(yǎng)不夠。對信息技術(shù)的本質(zhì)和特點認(rèn)識不夠，尤其是對信息技術(shù)的科學(xué)性等特點的認(rèn)識不足。 與技術(shù)，教學(xué)方法，教學(xué)條件比起來，我覺得我

6、們的教師更多的是缺乏對信息技術(shù)本質(zhì)的認(rèn)識信息技術(shù)學(xué)科的本質(zhì)特性 現(xiàn)代信息技術(shù)起源于計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。然而，隨著科技的發(fā)展，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)不能包容信息技術(shù)的內(nèi)涵和外延。所以現(xiàn)代信息技術(shù)已不能與計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等同起來了，雖然其核心內(nèi)容仍然是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。 信息技術(shù)是一個非常廣泛的概念。僅從其內(nèi)涵考察，現(xiàn)代的信息技術(shù)不但包括計算機(jī)技術(shù)，還包括電子技術(shù)和通信技術(shù)。 信息技術(shù)學(xué)科的特點 通常，我們常把信息技術(shù)知識的工具性、非系統(tǒng)性、時效性、廣泛性和實踐性等作為信息技術(shù)學(xué)科特點。 事實上，信息技術(shù)的本質(zhì)特點是它具有的科學(xué)性和應(yīng)用性化學(xué)學(xué)科的建立 化學(xué)曾一度被人們認(rèn)為僅是零碎技術(shù)的組合，而一直未

7、被學(xué)術(shù)界認(rèn)可為科學(xué)的分支獨立的學(xué)科。 19世紀(jì)，化學(xué)教學(xué)史上曾遇到過前所未有的危機(jī)，面對當(dāng)時雜亂無章的63個化學(xué)元素，教與學(xué)面臨相當(dāng)大的困難。直到門捷列夫發(fā)明了“元素周期表”，揭示了化學(xué)元素之間的規(guī)律，使問題的復(fù)雜性大大下降，才漸漸被學(xué)術(shù)界認(rèn)可為自然科學(xué)的學(xué)科。而當(dāng)今化學(xué)學(xué)科的發(fā)展已與當(dāng)時的情況不可同日而語。計算機(jī)學(xué)科的科學(xué)性 當(dāng)今的信息技術(shù)發(fā)展，僅就其重要的思想、方法和概念而論，復(fù)雜程度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)年的63個化學(xué)元素。 科學(xué)性與系統(tǒng)性如何發(fā)現(xiàn)和組織呢？計算機(jī)學(xué)科的科學(xué)性 計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展類似于其他學(xué)科的發(fā)展歷程。計算機(jī)誕生以來的很長一段時間內(nèi)，人們都把它看成僅僅是技術(shù)（是數(shù)學(xué)和物理學(xué)科應(yīng)用提

8、煉出來的，為數(shù)值計算提供服務(wù)的一門技術(shù)）。 隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷深入發(fā)展，它所依托的理論也不斷發(fā)展。早已突破被數(shù)學(xué)和電子科學(xué)約束的范疇。形成了一整套自身的理論和方法。同時，由于計算機(jī)理論的發(fā)展，極大地推動了數(shù)學(xué)學(xué)科和其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，成為支撐這些學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。 上世紀(jì) 60年代末，Michael O. Rabin、Dana S. Scott的論文有限自動機(jī)與它們的決策問題 及其后續(xù)的一系列工作中提出連續(xù)格理論，并在此基礎(chǔ)上定義了指稱語義學(xué)，奠定了計算機(jī)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，他們倆由此獲得1976年圖靈獎。此后，學(xué)術(shù)界開始認(rèn)識計算機(jī)不僅是技術(shù)，更是一門科學(xué)。但是為此而引起的爭論延續(xù)了許多年。 19

9、84年7月，美國計算機(jī)與工程博士單位評審部在猶他州召開會議，對計算認(rèn)知問題作了專題討論。 這一討論以及其他類似的討論促使（美國）計算機(jī)協(xié)會ACM（Association for Computing Machinery）與（美國）電氣與電子工程師學(xué)會計算機(jī)分會IEEE-CS（Institute of Electrical and Electronics Engineers-Computer Society）于1985年春聯(lián)手組建攻關(guān)組，開始用新的思維方式來理解計算學(xué)科，針對計算機(jī)的科學(xué)性進(jìn)行系統(tǒng)的研究。研究圍繞3個重大問題展開 第一個重大問題計算作為一門學(xué)科的存在性證明 。由于證明一個學(xué)科的存在

10、是一個從來沒有過的問題因此僅就“證明方式”來說要得到學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可就是一件非常困難的事 第二個重大問題是整個學(xué)科核心課程的詳細(xì)設(shè)計 。20世紀(jì)80年代以來各高?；蚨嗷蛏俣即嬖谥恍﹩栴}，例如隨意性較強(qiáng)等等。在這種情況下要設(shè)計出讓計算機(jī)的各種學(xué)會組織以及企業(yè)界都認(rèn)可的課程體系。 第三個重大問題整個學(xué)科綜述性導(dǎo)引課程的構(gòu)建 。該問題的實質(zhì)即是尋求一種統(tǒng)一的思想來認(rèn)知計算機(jī)學(xué)科的本質(zhì)并對計算學(xué)科進(jìn)行系統(tǒng)化和科學(xué)化的描述 經(jīng)過近4年的工作，任務(wù)組提交了在計算教育史上具有里程碑意義的“計算作為一門學(xué)科”的報告。 報告論證了計算作為一門學(xué)科的事實，回答了計算學(xué)科中長期一直爭論的一些問題，并將當(dāng)時的計算機(jī)

11、科學(xué)、計算機(jī)工程、計算機(jī)信息學(xué)以及其他類似名稱的專業(yè)和研究范疇統(tǒng)稱為計算學(xué)科。 計算學(xué)科是對描述和變換信息的算法過程進(jìn)行的系統(tǒng)研究。包括：理論、分析、設(shè)計、效率、實現(xiàn)和應(yīng)用等。計算機(jī)學(xué)科的科學(xué)性1989年的報告出爐之后，學(xué)術(shù)界對計算科學(xué)的概念已無異議。但是對學(xué)科內(nèi)容和學(xué)科教學(xué)的研究仍存在大量的爭論。任務(wù)組繼續(xù)在這個課題上作深入的研究，并不斷提出計算學(xué)科教學(xué)計劃的報告（例如：CC1991，CC2001，CC2005等） 現(xiàn)在人們對計算學(xué)科的認(rèn)知已相當(dāng)成熟從而使我們能夠以一般科學(xué)技術(shù)方法論為指導(dǎo)科學(xué)地建立起計算學(xué)科自己的方法論計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方法論 CC2001報告關(guān)于計算學(xué)科主領(lǐng)域 CC2001

12、報告將整個計算學(xué)科劃分成14個主領(lǐng)域： 離散結(jié)構(gòu)；程序設(shè)計基礎(chǔ)；算法與復(fù)雜性；體系結(jié)構(gòu)；操作系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)計算；程序設(shè)計語言；人機(jī)交互；圖形學(xué)和可視化計算；智能系統(tǒng)；信息管理；軟件工程；社會和職業(yè)的問題；科學(xué)計算信息技術(shù)課程的技術(shù)性 技術(shù)：泛指根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和自然科學(xué)原理而發(fā)展成的各種工藝操作方法與技能。 信息技術(shù)：信息技術(shù)（Information Technology，簡稱IT），是主要用于管理和處理信息所采用的各種技術(shù)的總稱。它主要是應(yīng)用計算機(jī)科學(xué)和通信技術(shù)來設(shè)計、開發(fā)、安裝和實施信息系統(tǒng)及應(yīng)用軟件。它也常被稱為信息和通信技術(shù)（Information and Communications T

13、echnology, ICT）。主要包括傳感技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)。 我的觀點 在我們強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)課程文化性時，應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)課程所依存的計算機(jī)學(xué)科特點的支撐。 通過對信息技術(shù)的科學(xué)性和技術(shù)性的再認(rèn)識?？梢蕴岣呶覀兊目萍季辰?。并在教學(xué)中選取適合學(xué)生接受的技術(shù)，并付諸教學(xué)實踐。 對學(xué)生作品的評價必須兼顧藝術(shù)和技術(shù)兩個層面。 根據(jù)信息技術(shù)特點，注重培養(yǎng)學(xué)生以下幾個方面的科技素養(yǎng)。注重培養(yǎng)的學(xué)生科技素養(yǎng)注重培養(yǎng)的學(xué)生科技素養(yǎng) 化非結(jié)構(gòu)問題為結(jié)構(gòu)問題分析能力培養(yǎng) 工具依賴的思維習(xí)慣的培養(yǎng) 工程思維和方法的培養(yǎng) 軟計算思維的啟蒙 信息融合觀念的建立化非結(jié)構(gòu)問題為結(jié)構(gòu)問題的分析能力 眾所周知，計算

14、機(jī)解決問題主要依靠的程序運行方法，而程序運行是依賴于邏輯的結(jié)構(gòu)化方法。然而，我們現(xiàn)在依靠計算機(jī)解決的問題往往是非結(jié)構(gòu)化的問題。 例如，人們在解決非結(jié)構(gòu)化問題時，大量依賴感覺系統(tǒng)（這種感覺來自于豐富的經(jīng)驗積累和知識的構(gòu)建），而應(yīng)用計算機(jī)程序的實現(xiàn)來解決現(xiàn)實問題的方法往往與人腦的思維習(xí)慣大相競庭。 所以，建立起程序運行思維是人們利用計算機(jī)解決問題的思維基礎(chǔ) 什么是程序思維 所謂 “程序思維”，就是具有把所要解決的一個復(fù)雜的問題系統(tǒng)地分成許多簡單的小指令后有序地排列起來，并有序地進(jìn)行操作的思維，如同計算機(jī)程序設(shè)計的思維，因此稱作“程序思維” 程序思維 當(dāng)代著名的計算機(jī)科學(xué)家唐依克努特（D.E.Knu

15、th）在他的巨著計算機(jī)程序設(shè)計技巧中有很精辟的論述：能把問題的解法表達(dá)成計算機(jī)能夠理解的一種形式，這些機(jī)器沒有感覺，它也不會思考，但它能準(zhǔn)確的不折不扣的做讓它做的事情，當(dāng)一個人初次試圖使用一臺計算機(jī)時，這是最難以掌握的概念。 程序思維 信息技術(shù)教學(xué)的目標(biāo)不是為了培養(yǎng)“小型程序員”，而是使得學(xué)生能用程序運行的方式進(jìn)行思考。 雖然，在我們的日常教學(xué)中，并不會經(jīng)常要求學(xué)生掌握編程技巧，但程序思維無時無刻存在于信息技術(shù)的應(yīng)用中。 這是我們信息技術(shù)教師必須時刻關(guān)注的。是信息技術(shù)素養(yǎng)的核心。工具依賴的思維習(xí)慣的培養(yǎng) 電腦與網(wǎng)絡(luò)從性質(zhì)上說是現(xiàn)代通信手段與媒介，本身就是人們的信息工具，因而，人們在日常生活、網(wǎng)

16、絡(luò)中的生存，集中體現(xiàn)為信息活動及其帶來的數(shù)字化產(chǎn)品和革新的觀念，即這種生存以信息數(shù)字化為核心，對人類現(xiàn)實社會中的信息文化幾乎是有全部的包容性和滲透力，因此高度依賴于信息技術(shù)，無論做什么事，都能有意識、無意識的把事情與信息技術(shù)結(jié)合起來，這是一個日積月累的過程，這也是信息素養(yǎng)高低的表現(xiàn)之一。工具依賴的思維方式 依賴技術(shù)所帶來的結(jié)局是好是壞，我們不敢妄下定論，但是可以確定的是工具的思維確實帶來了很多的益處。一定的依賴卻是非常必要的，因為這樣能使你多一種解決問題的方法，能開闊眼界，多一種思路。 工程思維和方法的培養(yǎng) 工程思維：工程思維：對同一個問題，不同專業(yè)方向的人對問題的看法會不一樣，如“茶杯問題”

17、，讓理科、工科、文科、經(jīng)濟(jì)管理類的畢業(yè)生對同一只茶杯提出改進(jìn)的思路都是截然不同的，但是，任何單一方面的思維能力都存在不足，而如果能把多種思維方式交叉綜合，形成復(fù)合型思維，分析的問題也從某單一方面而擴(kuò)充到更廣的范圍。工程思維方式 人們通常是從邏輯思維與形象思維、辯證思維與形式思維等角度去區(qū)分思維方式的。近來，教育界不少人士推出了工程思維能力一說，即綜合運用上述思維形式分析和解決問題的思維能力。當(dāng)然，工程思維有一個范疇問題，狹義的來講是指純粹的專業(yè)技術(shù)范疇，而我們所講的工程則是一個廣義的范疇，涉及包括專業(yè)技術(shù)在內(nèi)的其他更廣的領(lǐng)域。工程思維方式 我們認(rèn)為，工程思維能力是一種綜合的思維方式，一種能綜合

18、運用多種思維方式解決問題的一項基本素質(zhì)，是中小學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)中決不能忽視的一項重要的素質(zhì)。人是具有綜合能力的復(fù)合體，但是，我們在日常生活中卻經(jīng)常碰到如“瞎子摸象” 的結(jié)果，即只看到問題的片面性，這其中有思維定勢的原因，思維定勢與思維使用的頻率有很大關(guān)系，具有領(lǐng)域局限性。同時，也與我們平時不注意培養(yǎng)工程思維有很大關(guān)系。 工程思維能力的培養(yǎng)工程思維能力的培養(yǎng) 信息技術(shù)教育對學(xué)生工程思維能力的培養(yǎng)有很大作用.信息技術(shù)教育有利于提高學(xué)生的工程思維能力，培養(yǎng)適應(yīng)時代要求的復(fù)合型人才，可以從以下兩方面切入。 1. 項目設(shè)計，組織和協(xié)同 2. 與硬件、通信結(jié)合的實驗環(huán)境建設(shè) 軟計算思維啟蒙 傳統(tǒng)計算（硬計算）的

19、主要特征是嚴(yán)謹(jǐn)、確定和精確。但是硬計算并不適合處理現(xiàn)實生活中的許多問題，例如駕駛汽車。軟計算通過對不確定、不精確及不完全真值的容錯以取得低代價的解決方案和魯棒性。它模擬自然界中智能系統(tǒng)的生化過程來有效處理日常工作。軟計算包括幾種計算模式：模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、混沌系統(tǒng)和粗糙集理論等。這些模式是互補(bǔ)及相互配合的，因此在許多應(yīng)用系統(tǒng)中組合使用。信息融合觀念的建立 信息融合信息融合(information fusion）起初被稱為數(shù)據(jù)融合(data fusion），起源于1973年美國國防部資助開發(fā)的聲納信號處理系統(tǒng)，其概念在20世紀(jì)70年代就出現(xiàn)在一些文獻(xiàn)中。在20世紀(jì)90年代，隨著信

20、息技術(shù)的廣泛發(fā)展，具有更廣義化概念的“信息融合”被提出來。在美國研發(fā)成功聲納信號處理系統(tǒng)之后，信息融合技術(shù)在軍事應(yīng)用中受到了越來越廣泛的青睞。20世紀(jì)80年代，為了滿足軍事領(lǐng)域中作戰(zhàn)的需要，多傳感器數(shù)據(jù)融合MSDF (Multi-sensor Data Fusion）技術(shù)應(yīng)運而生。信息融合 1988年，美國將CI(Command，Control，Commication and Intelligence）系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)融合技術(shù)列為國防部重點開發(fā)的二十項關(guān)鍵技術(shù)之一。由于信息融合技術(shù)在海灣戰(zhàn)爭中表現(xiàn)出的巨大潛力，在戰(zhàn)爭結(jié)束后，美國國防部又在CI系統(tǒng)中加入計算機(jī)（computer），開發(fā)了以信息融合為中心的CI系統(tǒng)。信息融合 此外，英國陸軍開發(fā)了炮兵智能信息融合系統(tǒng)（AIDD）和機(jī)動與控制系統(tǒng) (WAVELL）。歐洲五國還制定了聯(lián)合開展多傳感器信號與知識綜合系統(tǒng)（SKIDS）的研究計劃。法國也研發(fā)了多平臺態(tài)勢感知演示驗證系統(tǒng)（TsMPF）。軍事領(lǐng)域是信息融合的誕生地，也是信息融合技術(shù)應(yīng)用最為成功的地方。特別是在伊拉克戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭中，美國軍方的信息融合系統(tǒng)都發(fā)揮了重要作用。當(dāng)前，信息融合技術(shù)在軍事中的應(yīng)用研究己