信息技术学科特点讲座

1、信息技术学科本质信息技术学科本质 及教学实施策略及教学实施策略王基一浙江师大数理与信息工程学院人工智能研究 引言p 教育部教育部2000年颁发了年颁发了中小学信息技术课程指中小学信息技术课程指导纲要导纲要。纲要对中小学各个学段的课程任务、教。纲要对中小学各个学段的课程任务、教学目标、教学内容和课时安排，以及教学评价等都学目标、教学内容和课时安排，以及教学评价等都给出了详尽的指导意见。给出了详尽的指导意见。p 这个纲要的颁发至今已经这个纲要的颁发至今已经12个年头。信息技术已个年头。信息技术已经发展到一个崭新的阶段。客观的说，这个纲要的经发展到一个崭新的阶段。客观的说，

2、这个纲要的指导意见已经大大落后于现实的发展。指导意见已经大大落后于现实的发展。p 有必要重新审视和讨论中小学开设信息技术课程有必要重新审视和讨论中小学开设信息技术课程的相关问题。的相关问题。我的观点 中小学信息技术课程是一门特殊的课程，其更新的速度，远远快于其他科目。当今信息技术的平台在不断创新和改革中，有的应当被及时引入信息技术课程的教学内容，课程内容的选取需要信息技术教师对信息技术发展具有较高的敏锐度。而不是盲目地跟在所谓的专家后面。我的观点 义务教育阶段信息技术课程的任务是培养学生对信息技术的兴趣。这种兴趣可以分为两个层面 文化层面：让学生体验信息技术带来的各种兴奋和刺激，让学生体会利用

3、信息技术创造的学习方式，并迁移到其他学科的学习上 科技层面：让学生在学习信息技术的同时产生对技术本身的兴趣，引导学生对未知技术和方法的探究产生兴趣。并通过课程学习形成信息技术学科带给人们的特有思维模式和问题解决方法。我的观点 对于义务教育阶段的学生来说，文化层面比起科技层面更重要。 而对于信息技术教师来说，文化层面仍然显得十分重要。但这种重要性需要扎实的科技知识的支撑。 只有自身的科技水平的不断提高，才能形成真正的信息技术文化素养，才能适应新事物的出现，才能不断引入新的教学内容，才能真正提高信息技术课程的质量。课程的质量 信息技术教师在提高课程质量上缺少什么？缺技术缺教学模式和教学方法仅仅是这

4、些吗？缺优越的教学条件实例（摘自一线老师的体会文章） 上周听了三节课，主题都是信息表达，内容包含信息表达技术、信息表达方式、信息表达规范三方面内容。 三位教师在按教材讲解了以上内容后，分别设计了学生任务。具体如下： 1改错别字。找n 张信息表达不规范的图片，其中不规范内容以错别字为主。学生颇有兴趣地改错别字，课堂很热闹。 2 产品营销。教师让学生为当地某一特产的推广宣传设计方案，应用各种信息表达技术。于是，从开网店到找形象代言人，学生思维异常活跃。 3 信息表达方式比较。教师让学生以亚运会为例，填写一份相关的的表格，比较四种表达技术的优点、不足。虽然是炒冷饭，但学生还是有事可做。实例（摘自一线

5、老师的体会文章） 回头看看，这三节课哪像一节技术课，技术体现在哪里？信息技术教师不得不学习政治（社会）老师，让学生讨论起来、辩论起来，让课堂不至于冷清，让学生不至于无所事事。在以上三节课的教学中，学生真的学到了有用的信息技术吗？ 让我们认真反思：以上就是我们希望的信息技术课程吗？体会 虽然在义务教育阶段的课程设计中，培养学生文化素养的成分相对较大，但忽视科技素养培养的做法并不可取。而且这种现象不是个别的，比较普遍。 原因： 政府层面的导向出了一定的偏差 教师个人的信息素养不够。对信息技术的本质和特点认识不够，尤其是对信息技术的科学性等特点的认识不足。 与技术，教学方法，教学条件比起来，我觉得我

6、们的教师更多的是缺乏对信息技术本质的认识信息技术学科的本质特性 现代信息技术起源于计算机科学与技术。然而，随着科技的发展，计算机科学与技术已经不能包容信息技术的内涵和外延。所以现代信息技术已不能与计算机科学与技术等同起来了，虽然其核心内容仍然是计算机科学与技术。 信息技术是一个非常广泛的概念。仅从其内涵考察，现代的信息技术不但包括计算机技术，还包括电子技术和通信技术。 信息技术学科的特点 通常，我们常把信息技术知识的工具性、非系统性、时效性、广泛性和实践性等作为信息技术学科特点。 事实上，信息技术的本质特点是它具有的科学性和应用性化学学科的建立 化学曾一度被人们认为仅是零碎技术的组合，而一直未

7、被学术界认可为科学的分支独立的学科。 19世纪，化学教学史上曾遇到过前所未有的危机，面对当时杂乱无章的63个化学元素，教与学面临相当大的困难。直到门捷列夫发明了“元素周期表”，揭示了化学元素之间的规律，使问题的复杂性大大下降，才渐渐被学术界认可为自然科学的学科。而当今化学学科的发展已与当时的情况不可同日而语。计算机学科的科学性 当今的信息技术发展，仅就其重要的思想、方法和概念而论，复杂程度已远远超过当年的63个化学元素。 科学性与系统性如何发现和组织呢？计算机学科的科学性 计算机科学的发展类似于其他学科的发展历程。计算机诞生以来的很长一段时间内，人们都把它看成仅仅是技术（是数学和物理学科应用提

8、炼出来的，为数值计算提供服务的一门技术）。 随着计算机技术的不断深入发展，它所依托的理论也不断发展。早已突破被数学和电子科学约束的范畴。形成了一整套自身的理论和方法。同时，由于计算机理论的发展，极大地推动了数学学科和其他相关学科的发展，成为支撑这些学科发展的基础。 上世纪 60年代末，Michael O. Rabin、Dana S. Scott的论文有限自动机与它们的决策问题 及其后续的一系列工作中提出连续格理论，并在此基础上定义了指称语义学，奠定了计算机学科的理论基础，他们俩由此获得1976年图灵奖。此后，学术界开始认识计算机不仅是技术，更是一门科学。但是为此而引起的争论延续了许多年。 19

9、84年7月，美国计算机与工程博士单位评审部在犹他州召开会议，对计算认知问题作了专题讨论。 这一讨论以及其他类似的讨论促使（美国）计算机协会ACM（Association for Computing Machinery）与（美国）电气与电子工程师学会计算机分会IEEE-CS（Institute of Electrical and Electronics Engineers-Computer Society）于1985年春联手组建攻关组，开始用新的思维方式来理解计算学科，针对计算机的科学性进行系统的研究。研究围绕3个重大问题展开 第一个重大问题计算作为一门学科的存在性证明 。由于证明一个学科的存在

10、是一个从来没有过的问题因此仅就“证明方式”来说要得到学术界的广泛认可就是一件非常困难的事 第二个重大问题是整个学科核心课程的详细设计 。20世纪80年代以来各高校或多或少都存在着一些问题，例如随意性较强等等。在这种情况下要设计出让计算机的各种学会组织以及企业界都认可的课程体系。 第三个重大问题整个学科综述性导引课程的构建 。该问题的实质即是寻求一种统一的思想来认知计算机学科的本质并对计算学科进行系统化和科学化的描述 经过近4年的工作，任务组提交了在计算教育史上具有里程碑意义的“计算作为一门学科”的报告。 报告论证了计算作为一门学科的事实，回答了计算学科中长期一直争论的一些问题，并将当时的计算机

11、科学、计算机工程、计算机信息学以及其他类似名称的专业和研究范畴统称为计算学科。 计算学科是对描述和变换信息的算法过程进行的系统研究。包括：理论、分析、设计、效率、实现和应用等。计算机学科的科学性1989年的报告出炉之后，学术界对计算科学的概念已无异议。但是对学科内容和学科教学的研究仍存在大量的争论。任务组继续在这个课题上作深入的研究，并不断提出计算学科教学计划的报告（例如：CC1991，CC2001，CC2005等） 现在人们对计算学科的认知已相当成熟从而使我们能够以一般科学技术方法论为指导科学地建立起计算学科自己的方法论计算机科学与技术方法论 CC2001报告关于计算学科主领域 CC2001

12、报告将整个计算学科划分成14个主领域： 离散结构；程序设计基础；算法与复杂性；体系结构；操作系统；网络计算；程序设计语言；人机交互；图形学和可视化计算；智能系统；信息管理；软件工程；社会和职业的问题；科学计算信息技术课程的技术性 技术：泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能。 信息技术：信息技术（Information Technology，简称IT），是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。它也常被称为信息和通信技术（Information and Communications T

13、echnology, ICT）。主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。 我的观点 在我们强调信息技术课程文化性时，应该更强调信息技术课程所依存的计算机学科特点的支撑。 通过对信息技术的科学性和技术性的再认识。可以提高我们的科技境界。并在教学中选取适合学生接受的技术，并付诸教学实践。 对学生作品的评价必须兼顾艺术和技术两个层面。 根据信息技术特点，注重培养学生以下几个方面的科技素养。注重培养的学生科技素养注重培养的学生科技素养 化非结构问题为结构问题分析能力培养 工具依赖的思维习惯的培养 工程思维和方法的培养 软计算思维的启蒙 信息融合观念的建立化非结构问题为结构问题的分析能力 众所周知，计算

14、机解决问题主要依靠的程序运行方法，而程序运行是依赖于逻辑的结构化方法。然而，我们现在依靠计算机解决的问题往往是非结构化的问题。 例如，人们在解决非结构化问题时，大量依赖感觉系统（这种感觉来自于丰富的经验积累和知识的构建），而应用计算机程序的实现来解决现实问题的方法往往与人脑的思维习惯大相竞庭。 所以，建立起程序运行思维是人们利用计算机解决问题的思维基础 什么是程序思维 所谓 “程序思维”，就是具有把所要解决的一个复杂的问题系统地分成许多简单的小指令后有序地排列起来，并有序地进行操作的思维，如同计算机程序设计的思维，因此称作“程序思维” 程序思维 当代著名的计算机科学家唐依克努特（D.E.Knu

15、th）在他的巨著计算机程序设计技巧中有很精辟的论述：能把问题的解法表达成计算机能够理解的一种形式，这些机器没有感觉，它也不会思考，但它能准确的不折不扣的做让它做的事情，当一个人初次试图使用一台计算机时，这是最难以掌握的概念。 程序思维 信息技术教学的目标不是为了培养“小型程序员”，而是使得学生能用程序运行的方式进行思考。 虽然，在我们的日常教学中，并不会经常要求学生掌握编程技巧，但程序思维无时无刻存在于信息技术的应用中。 这是我们信息技术教师必须时刻关注的。是信息技术素养的核心。工具依赖的思维习惯的培养 电脑与网络从性质上说是现代通信手段与媒介，本身就是人们的信息工具，因而，人们在日常生活、网

16、络中的生存，集中体现为信息活动及其带来的数字化产品和革新的观念，即这种生存以信息数字化为核心，对人类现实社会中的信息文化几乎是有全部的包容性和渗透力，因此高度依赖于信息技术，无论做什么事，都能有意识、无意识的把事情与信息技术结合起来，这是一个日积月累的过程，这也是信息素养高低的表现之一。工具依赖的思维方式 依赖技术所带来的结局是好是坏，我们不敢妄下定论，但是可以确定的是工具的思维确实带来了很多的益处。一定的依赖却是非常必要的，因为这样能使你多一种解决问题的方法，能开阔眼界，多一种思路。 工程思维和方法的培养 工程思维：工程思维：对同一个问题，不同专业方向的人对问题的看法会不一样，如“茶杯问题”

17、，让理科、工科、文科、经济管理类的毕业生对同一只茶杯提出改进的思路都是截然不同的，但是，任何单一方面的思维能力都存在不足，而如果能把多种思维方式交叉综合，形成复合型思维，分析的问题也从某单一方面而扩充到更广的范围。工程思维方式 人们通常是从逻辑思维与形象思维、辩证思维与形式思维等角度去区分思维方式的。近来，教育界不少人士推出了工程思维能力一说，即综合运用上述思维形式分析和解决问题的思维能力。当然，工程思维有一个范畴问题，狭义的来讲是指纯粹的专业技术范畴，而我们所讲的工程则是一个广义的范畴，涉及包括专业技术在内的其他更广的领域。工程思维方式 我们认为，工程思维能力是一种综合的思维方式，一种能综合

18、运用多种思维方式解决问题的一项基本素质，是中小学培养目标中决不能忽视的一项重要的素质。人是具有综合能力的复合体，但是，我们在日常生活中却经常碰到如“瞎子摸象” 的结果，即只看到问题的片面性，这其中有思维定势的原因，思维定势与思维使用的频率有很大关系，具有领域局限性。同时，也与我们平时不注意培养工程思维有很大关系。 工程思维能力的培养工程思维能力的培养 信息技术教育对学生工程思维能力的培养有很大作用.信息技术教育有利于提高学生的工程思维能力，培养适应时代要求的复合型人才，可以从以下两方面切入。 1. 项目设计，组织和协同 2. 与硬件、通信结合的实验环境建设 软计算思维启蒙 传统计算（硬计算）的

19、主要特征是严谨、确定和精确。但是硬计算并不适合处理现实生活中的许多问题，例如驾驶汽车。软计算通过对不确定、不精确及不完全真值的容错以取得低代价的解决方案和鲁棒性。它模拟自然界中智能系统的生化过程来有效处理日常工作。软计算包括几种计算模式：模糊逻辑、人工神经网络、遗传算法、混沌系统和粗糙集理论等。这些模式是互补及相互配合的，因此在许多应用系统中组合使用。信息融合观念的建立 信息融合信息融合(information fusion）起初被称为数据融合(data fusion），起源于1973年美国国防部资助开发的声纳信号处理系统，其概念在20世纪70年代就出现在一些文献中。在20世纪90年代，随着信

20、息技术的广泛发展，具有更广义化概念的“信息融合”被提出来。在美国研发成功声纳信号处理系统之后，信息融合技术在军事应用中受到了越来越广泛的青睐。20世纪80年代，为了满足军事领域中作战的需要，多传感器数据融合MSDF (Multi-sensor Data Fusion）技术应运而生。信息融合 1988年，美国将CI(Command，Control，Commication and Intelligence）系统中的数据融合技术列为国防部重点开发的二十项关键技术之一。由于信息融合技术在海湾战争中表现出的巨大潜力，在战争结束后，美国国防部又在CI系统中加入计算机（computer），开发了以信息融合为中心的CI系统。信息融合 此外，英国陆军开发了炮兵智能信息融合系统（AIDD）和机动与控制系统 (WAVELL）。欧洲五国还制定了联合开展多传感器信号与知识综合系统（SKIDS）的研究计划。法国也研发了多平台态势感知演示验证系统（TsMPF）。军事领域是信息融合的诞生地，也是信息融合技术应用最为成功的地方。特别是在伊拉克战争和阿富汗战争中，美国军方的信息融合系统都发挥了重要作用。当前，信息融合技术在军事中的应用研究己