信息科技学科基本框架与核心内容

　　摘要：为了促进基础教育领域信息科学与技术课程的建设，需要从学科的角度对学习内容进行筛选。本文对信息科技学科领域的基本框架、基本概念、基本原理与原则、基本方法与工具进行梳理，给出了一类认识信息科技学科的逻辑框架;指出了信息科技学科的核心方法是“建模—算法”，信息科技是一类基础型的科技领域，它的上位学科是系统科学;就基础教育阶段信息科技课程的学习内容和学习方法提出初步的看法。这些阶段性的认识与讨论为中小学信息科技课程建设提供了直接的参考。

　　关键词：信息科技;课程 ;学科框架

　　一、由来

　　如何加强网络科技中信息技术应用趋势?以及信息科技究竟学什么、教什么? 这个问题在信息科技学科教学研究与实践中无法回避。 十年来，我们围绕着“什么是技术”“什么是信息”和“什么是信息科技”三个主题学习与探索。

　　第一个主题，我们开展了对“什么是技术”的学习 与 思 考 ， 发现了在自己身上对技术认识的误区——“技术=工具、技术=工具操作”，这类工具论的技术观其实是我们原有实践中的固有观念， 于是在信息科技课程中教授计算机的操作、 具体软件的操作成了顺理成章的事情。 然而，技术的本质是人主观世界对客观世界的主动构造， 这种构造导致了我们使用工具;普通人是技术过程的内在参与者，技术是一类普通人与客观世界的互动手段与互动途径(现代科学通过技术来影响普通人，现代科学从这个意义上来说相对技术更为专业化);技术是一类社会实践的结构，通过将实践情境化和具体化，积极地达成人与自然、社会和谐的整体性[1]。

　　第二个主题，我们开展了对“什么是信息”的学习与思考(见《信息的定义与知识谱系中的信息科技——基础教育信息类课程建设的思考之一》[2])，发现我们原有实践中对信息的概念认识存在一些偏差：

　　(1) 看不到现代科学与技术的整体性，没有从知识论整体上来认识信息科技，过于拘泥于 “计算机技术”与“信息技术”，学习者的学与教活动停留在计算机操作层面上， 对信息科技在知识整体中的基础性认识不够。

　　(2) 淡忘了人类这个主体要素，没有很好地认识到信息存在着 “物理存在—信号―数据―信息―知识—人类智慧”这样一个关联梯度，在信息加工处理这个部分拘泥于相对低水平的手段， 对信息运动中人类主体中信息到知识的转换尚不够重视。

　　(3) 忽视了人类这个主体要素，没有能够把握好在信息科技领域的实践中， 不仅存在着信息运动的过程维度，同样也存在着“人—物化系统”维度，进而淡化了硬件方面的学习。

　　二、基本框架

　　我们有时候会下意识地认为计算机科技就是信息科技。 的确，在信息科技领域计算机是一个不可缺少的手段要 素， 然而计算机科技围绕着计算机，核心是一类工具手段的制造和运用，并 不 能 够涵盖信息科技的全部。 从历史发展的角度来看，以计算机科技等同于信息科技的认识可能是人类认识发展的必然阶段，所以，我们不能够简单认为这类观点是错误的。 当然，随着人类认识的深入，固执于此就是一类谬误了。

　　在几年前， 我们的认识逐步发展到承认了信息科技与计算机科技有非空交集。 但是随着知识的发展， 计算机科技越来越成为信息科技的一个下位领域，以院系设置为例，清华大学的信息科学与技术学院包括了电子工程系、计算机科学与技术系、自动化系、微电子与纳电子学系、微电子学研究所和软件学院 (http://www.tsinghua.edu.cn/publish/th/6165/in-dex.html，2011-11-17)， 北京大学的信息科学与技术学院包括了电子学系、计算机科学技术系、微电子学系、智能科学系、软件研究所、现代通信研究所、数字媒体所、计算机语言学研究所、网络与信息系统研究所和信息科学中心等教学与研究单位(http://eecs. pku.edu.cn/index.aspx?menuid =5&type =article&lanmuid=109&language=cn，2011-11-17)。

　　另外，不同的文化背景，相同的样式可能产生不同的效果。 北美的教育强调学习者的自组织，在学习者有支持的探索过程中知识框架从隐而显， 尽管北美更习惯计算机科技的称呼， 但并没有影响信息科技的发展与生活运用。 而东方社会习惯接受学习，若无预设框架，再加上工具论的技术观，中小学信息科技学习就会拘泥于计算机科技的概念， 或致陷于孤立工具操作的泥潭，学而不会用或学了用不起来。

　　因此， 基础教育阶段关于信息领域的学习内容决不应该停留在计算机软硬件的操作上， 而应该从信息科技整体框架出发厘定学习内容。

　　我们选取了学科研究对象、 信息运动本身的阶段性、信息运动的时空尺度、信息科技与其他知识领域的相互关系、人与信息系统物化介质等 4 个方面，试图按照这 4 个维度勾勒出大致的学科框架模样，并初步辨识基础教育阶段信息科技课程可能的涉及范围。

　　1. 信息的概念

　　信息的概念源于香农的传播论界定、 维纳的本体论界定，我们在学习两位先贤不同界说的时候，曾困惑其间，莫衷一是。 我国学者钟义信先生明确加入了人类主体要素，指出信息的定义有本体论、认识论两个层次[3]：(1)本体论层次的信息：该事物运动状态及其变化的自我表述;(2)认识论层次的信息：主体所感知(或表征)的，关于该事物运动状态及其变化方式，包括这种状态或方式的形式、含义和效用(如图 1 所示)。

　　钟先生本体论层面的界定，用语更哲学化，但是内涵与维纳先生的界定大致相似， 而认识论层面的界定，则超越了香农的界定，并将其包含于其中。 这个全信息的界定在认识信息与信息运动的时候，注意了人的主体要素， 我国系统科学学者李曙华先生在讨论中也指出：“新理性的开端是科学回归其主体， 回归科学得以创立的最终根源——人本身的开端”[5]。 我们选取全信息概念作为信息的基本定义。

　　2. 科学与技术的对应与信息技术的基础性

　　科学哲学和科学史的研究指出科学和技术存在一定的对应关系， 比如贝尔纳就梳理过这类对应关系[6]，通过学习，我们整理出如图 2 所示的科学与技术的对应关系。

　　在这类对应关系中， 信息技术上位对应于信息科学这类系统领域的学科。 通过聚类分析，制造与工程技术和信息技术是一类基础性技术。 可以说现代技术的形成与制造技术、 信息技术的发展关联在一起，其他技术领域的发展也相当依赖制造技术、信息技术的发展。 另外，经过 19 世纪科学的技术化、社会化，到 20 世纪现代科技时代，技术与科学形成了密切的相互关系。 于是在图 2 中，信息技术的位置我们用信息科技来标示了。

　　从这个聚类分析出发， 就基础教育阶段信息科技学科学习的课程必要性与设置方式， 可以开展进一步的深入讨论。

　　3. 信息科技领域的学科体系框架、边界与应用聚类示意

　　苏联学者科林在知识论谱系中讨论探索过 “信息科学”等概念，提出了信息科学领域的学科群大厦模型[7]，钟义信先生则梳理出了涵盖信息哲学、信息科学原理、信息技术、信息经济学、信息社会学这样的一个学科体系。 我们通过学习整合了两位学者的观点， 提出了如图 3 所示的一个信息科技学科群纵向框架。

　　我们基础教育阶段的信息科技课程的学习内容，可能较多地涉及信息科技的各类生活应用、信息技术、信息社会学等内容，在高中阶段的选修课程、相关研究性学习中或会涉及一些门类信息学和少量理论信息学等内容。

　　我们也梳理了信息科技与其他学科的关系，以及技术运用的类型， 得到了如图 4 所示的信息科技学科边界与应用聚类横向框架。

　　信息科技与其他学科门类可能没有清晰的界线，却已经是一类稳固的领域，开放性、综合性明显。

　　4. 信息科技的研究对象

　　根据上述分析，我们认为信息科技的研究对象主要有：信息、信息的性质及其运动规律，以及信息运动过程中相关手段与工具的设计研发与运用等内容。

　　5. 信息过程的 4 个环节

　　说起信息运动， 原来我们认为包含了以下 5 个方面——信息获取、信息加工、信息储存、信息表达、信息传递。 根据全信息定义，认识主体加入后，典型的信息全过程如图 5 所示。

　　据此， 钟义信先生指出信息过程包含了如下 4 个环节：(1) 信息获取——从自然界直接获取信息，从各类数据库(广义的)间接获取信息。 直接获取方式关注物理信号，涉及传感器等技术工具。 间接获取方式关注符号信号，涉及语言、图形，以及信息检索。(2)信息传递——通信的本质是信息传递，信息储存包含在这个环节中，涉及通信系统(含网络)、加密解密与安全的社会性。 (3)信息处理——针对一定目的的对信息进行的加工、操作、运算的过程。 有两类处理方式，一类是常规信息处理，对模拟信号、数字信号进行信号增强、特征抽取等加工;一类是智能信息处理，如逻辑运算、数据发掘、建模等。 信息处理常常涉及文字识别、机器翻译、语音识别、音乐编辑、现场监视、 目标检测、 感觉机器人等应用。 (4) 信息执行——将信息转换为效用行为，以解决问题。 主要包含了信息控制与信息显示，常常涉及自动化工控、人机界面等事物。

　　6. 信息运动的三层时空尺

　　度根据全信息的概念和整体论的视野， 我们不能够将信息运动孤立起来看待，而要将其与物理基础、社会效用等放在一个整体中来考察。 德本斯等学者就对信息这个概念放在 “物理存在―信号信息―知识智慧” 这样一个跨时空尺度的连续梯度上进行讨论[10]，即需要透过如图 6 所示的三个关联的时空尺度来考察同一个信息运动。

　　这提醒了我们在基础教育的信息科技课程中不能够忽视行为效用的目的性、社会影响问题。 生活中常见的信息处理应用学习不是孤立地教授软件的操作，而是要作为一个系统来考察问题、解决问题。

　　7. 人与物化系统

　　考察信息科技框架的另外一个维度是个人与物化系统维度。 这个维度从人的个体出发，经由终端、软件界面、网络(局域、广域)与另外一个人类个体连接;或是从人的个体出发，经由终端、软件、网络(局域、广域)与各种类型的数据库连接;或是从人的个体出发，经由终端、软件界面、传感器与各种类型的客体接触;或是从人的个体出发，经由终端、软件界面、效用器等作用于客体等等……。 于是，构成终端、网络、数据库、传感器、效用器等的硬件和软件，就是人类直接面对的信息技术系统的物化介质。 这提醒了我们：在基础教育的信息科技课程中，需要提供必要的硬件知识和技能的学习。

　　三、结束语本文的研究只是我们通过学习得到的现阶段认识，后续还需要在认知理论、实践经验基础上，对高中、初中、小学各学段学习内容进行细化梳理。 同时，期待更多的同行通过实践与研究来修正、 丰富这些认识，甚至是证否。

　　参考文献：

　　[1] 沈涓，柳栋.突出思维、建构与整体性――高中技术课程建设与实施中几个基本问题的思考[J].中小学信息技术教育,2007,(3)：19-22.

　　[2] 柳栋,武健,魏宁.信息的定义与知识谱系中的信息科技——基础教育信息类课程建设的思考之一[J]. 中国教育技术装备, 2010,(5)： 33-36.

　　[3] 钟义信.信息科学与技术导论[M]. 北京：北京邮电大学出版社， 2007.24-25.

　　[4] 钟义信.信息科学与技术导论[M]. 北京：北京邮电大学出版社， 2007.25.

　　[5] 李曙华.信息时代的科学精神与科学教育[J].教育研究,2000,(11)： 12-18.

　　[6] J.D.贝尔纳.科学的社会功能[M].北京：商务印书馆，1982.384.

　　[7] [俄]科林(К.К.Колин).信息学的演化与新信息科学群的形成(上) [J]. 现代外国哲学社会科学文摘，1996，(11)：2-5.

　　[8]柳栋,武健,魏宁.信息的定义与知识谱系中的信息科技——基础教育信息类课程建设的思考之一[J]. 中国教育技术装备, 2010,(5)： 34-35.

　　[9] 钟义信.信息科学与技术导论[M]. 北京：北京邮电大学出版社， 2007.35.

　　[10] [美]A.德本斯.信息科学：新的集成观(2)[J].情报科学, 1994，(6)： 71-78.

　　[12] 钟义信.信息科学与技术导论[M]. 北京：北京邮电大学出版社， 2007.37.

　　[13] [美]Lawrence Snyder.新编信息技术导论[M].北京：清华大学出版社，2004.209-213.

　　[14] 武健.操作中的概念、方法、规则与态度——从学习规律看应用软件的教学[BD/OL].http://www.beinglab.info/sciedu/toolop.htm , 2011-11-18.

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