信息技术课不妨加点科学史教育

1、信息技术课不妨加点科学史教育科学史的教育作用很晚才被人们认识到。在 20 世纪 初，西方一些高校的自然学科教授在向学生讲授相关的专业 知识时，为了增强趣味性总是愿意略微提一下这门学科的历 史，正是这些历史故事使教学变得更有趣味，这成为在教学 中渗透科学史的开始。后来，人们发现，在教学中加入科学 史教育有诸多好处。首先，科学史可以诱发学生对神奇的科 学世界的向往，提高对科学的热爱。其次，科学史可以使人 们了解科学思想的逻辑行程和历史演进，有益于科学理论的 学习。当我们为一些概念的学习烦恼时，如果能了解这些概 念是如何建立的历史， 接受这些概念就变得容易多了。 此外， 科学史还可以为我们树立科学家

2、形象， 领悟科学精神。 例如， 爱迪生在经历了 6，000 多次实验后，终于点燃了第一盏真 正有广泛实用价值的电灯；富兰克林冒着生命危险坚持对雷 电进行各种实验，终于发明了避雷针可以说，科学史教 育也是一种情感、态度与价值观的教育。虽然科学史具有重要的教育作用，但是大部分教科书都 不谈科学史，这不能不说是十分遗憾的。作为理科课程之一 的信息技术课程，其科学史教育尤为缺失，特别是信息科学 史和计算机科学史的教育。在信息技术课程教材中，除了冯 ?诺依曼、图灵等极少 数人外，就不见了科学家的身影，这显然是受到了社会上某 些不良倾向的影响。笔者近期翻阅市面上那些名为“计算机 科学史”方面的书籍，发现大

3、多只是技术史、产业史一 部计算机科学史俨然成了企业的商战风云和经营秘诀。另一 个计算机科学史被人们遗忘的例子是作为计算机界最高奖、 被称做“计算机界诺贝尔奖”的图灵奖在社会上的认知程度 极低，甚至不为多数信息技术教师所知。社会上的这些认识 偏离必将影响到课程教学，造成教材的科学品位严重降低， 无形中使人们认为信息技术背后无科学、无科学史，教学也 可能沦为简单的技术操作。信息技术课程背后有无科学在我国科学课程标准中明确阐述了科学史对于科学教 育所具有的重要意义，主要包括：科学史能提供重要的科 学事实、概念、原理、方法，以及技术发明的历史背景、现 实来源和应用。通过科学史有关内容的介绍，使学生感受

4、 到科学是一个开放的、不断发展的系统，不但在广度和深度 上不断发展，而且已有的结论也可能被修正。科学是一个永 远不会完结的过程。通过对科学史上一些重大发现、发明 过程的介绍以及一些简单而典型的著名案例的学习，激发学 生对科学的兴趣，培养他们的探索精神和科学态度，促进和 改善学生对相应的科学思想方法的理解，进而了解科学的本 质，培养科学精神。通过历史上的一些著名的反例，从反 面给学生以强烈的震撼，加深他们对相应问题的理解，培养 严谨缜密的科学思维；通过一些科学家犯错误、遭遇挫折和 失败的例子，引导学生正确看待学习过程中遇到的困难，增 强信心和勇气；通过对科学思想形成中曲折与艰辛，以及那 些伟大探

5、索者的失败与成功的介绍，使学生进一步体会科学 的丰富人文内涵。与数学、物理、化学、生物等科学表课程不同，信息技 术课在基础教育阶段被明确定位为技术课程，那么作为技术 课程的信息技术课能否承载科学史教育呢 ?这个问题的本质 则是信息技术课程背后有无科学。首先，科学与技术具有密不可分的联系，技术的背后往 往是科学的思想。时代性特征鲜明的信息技术更不例外，其 背后有着科学思想的坚强支撑。在 1999 年美国公布的信 息技术通晓的报告中强调了信息技术包括蕴藏在技术中的 科学。笔者认为，从基础教育阶段信息技术课程的“技术一 科学”脉络探源，构成信息技术课程背后科学体系的主干是 信息科学与计算机科学。一般

6、认为，信息科学是以信息为主要研究对象、以信息 运动过程的规律为主要研究内容、以扩展人的信息功能为主要研究目标的一门科学。信息科学特有的研究内容信息的运动规律，包括信息的获取、传递、处理、再生、施效等 过程，恰好对应信息技术课程中信息处理的主线。国内外很 多专家都建议将信息科学作为信息技术课程的指导学科。计算机科学则是人们更为熟悉的一个概念，是描述和处 理信息的算法过程，包括其理论、分析、设计、效率分析、 实现和应用的系统研究。我们知道，现在的信息技术课程是 脱胎于计算机课程而来的，现代信息技术的核心是计算机技 术，所以，计算机科学同样是信息技术课程不可或缺的指导 学科。其次，信息科学、计算机科

7、学与信息技术课程内容有着密切的联系。仅以计算机科学界的最高奖一一图灵奖为例，获奖者中许多人的工作就与中小学信息技术课程知识有直 接关系 （见下表 ）。信息技术课程中相关的科学史案例既然信息技术课程可以开展且有必要开展科学史教育， 那么我们应该选取什么样的科学史案例作为教学素材呢以下，笔者列举两例信息技术课程中的科学史教育案例， 说明信息技术课程中科学史教育的应用。1 香农的忠告作为一位令人尊敬、学风严谨的科学家，香农在 IEEE Transactions on Information Theory 中发表的文章中说： “近几 年来，信息论简直成了最时髦的学科。它本来只是通信工程 师的一种技术工

8、具，现在却无论在普通杂志还是科学刊物都 占据了重要的地位结果，它已经名过其实这种声誉 潜藏着一种危险。 诚然，在理解和探讨通信问题的本质方面， 信息论是一种有力的工具，而且它的重要意义还将与日俱增。 但它肯定不是通信工作者的灵丹妙药。对于其他人，则更是 如此。应当认识到， 一次就能揭开全部自然奥秘是不可能的。 否则，一旦人们发现仅仅使用几个像信息、熵、冗余度这样 一些动人词汇并不能解决问题的时候，就会灰心失望，那种 人为的繁荣就会在一夜之间崩溃信息论的基本结果都 针对某些非常特殊的问题”遗憾的是，很多人并没有理 解香农的忠告。我们知道，对于信息技术课程而言，信息无疑是一个核 心概念，并且也是一

9、个难以理解的概念。教材中引用了香农 的定义来描述信息，即信息是用来消除接收者认识上某种不 确定的东西， 这是信息论中关于信息的典型描述。 很多时候， 我们都自然而然地将这一定义当做了信息的普遍定义，而香 农本人的这番忠告无疑是信息科学史上一段发人深省的故 事。他告诉人们信息论中关于信息的定义只是狭义的信息定 义，在除信息论以外的其他领域，该定义不能广泛成立。这一科学史上的故事还为我们展现了一位科学家的谦逊和实 事求是的科学品德。2 塞尔的“中文屋子”1980 年，当代美国哲学家约翰 ?塞尔提出了著名的中文 屋子假想实验，以回应图灵测试。他假定了如下情节：一个 名叫丹玛的人被关在一间只有一个窗户

10、的屋子里，她只懂英 文，不懂中文，而看守她的人则只懂中文，不懂英文。丹玛 面前有一张桌子和各式各样的纸条，以及一本英文写的规则 书，规则书告诉她如何为中文字符配对。如看守递进的纸条 上写有“甲”时，她应当送出“乙” 。对于丹玛来说， “甲 和“乙”都是一些毫无意义的图形，而对于看守， “甲”与 “乙”都有其自身的含义，并且对于从窗口递进的问题，丹 玛都已经将答案递出。因此，看守认为屋子里的丹玛是懂中 文的，而丹玛则对中文一无所知，她所做的只不过是按照规 则书进行图形匹配而已。塞尔的“中文屋子”比喻了通过图灵测试的计算机。丹 玛相当于计算机中的 CPU,那本英文写的规则书则相当于程 序，纸条是存

11、储器，窗口则是输入输出装置，丹玛虽然给出 了正确答案 （即表示通过了图灵测试 ）,但是她对那些问题却 是毫无理解。“中文屋子”假想实验表明,用图灵测试来定 义人工智能的存在是远远不够的。人工智能是信息技术教材中较为抽象的教学内容。目前 的教学仅仅是让学生了解相关概念及通过在线机器人对话 来感受人工智能的存在，但是效果并不理想。对于高中的学 生而言，他们已经有较强的逻辑思维能力，针对教材中所介 绍的图灵测试及人工智能，每个学生都有自己的思考。此例 中，塞尔的“中文屋子”假想实验是计算机科学史上著名的 案例，是对人工智能强有力的反驳，它所引发的争论至今未 息。通过这一生动的科学史案例的介绍，可以激发学生的兴 趣，我们甚至可以在课堂上组织学生进行辩论，就“计算机 能思维吗”这一命题展开正方、反方的辩论赛，从而使学生 思考人工智能中具有哲理性质的一些深刻问题，将学习引向 深入，改变以往对人工智能教学敷衍而过的现象。以上，我们分析了科学史教育的重要性，以及信息技术 课程中科学史教育的严重缺失。信息技术课程教学完全可以 开展科学史教育， 也急需科学史教育。 在数学、 物理、化学、 生物教材中，科学家的名字与他们的贡献紧紧联系在