信息技術課不妨加點科學史教育

　　科學史的教育作用很晚才被人們認識到。在20世紀初，西方一些高校的自然學科教授在向學生講授相關的專業(yè)知識時，為了增強趣味性總是愿意略微提一下這門學科的歷史，正是這些歷史故事使教學變得更有趣味，這成為在教學中滲透科學史的開始。后來，人們發(fā)現(xiàn)，在教學中加入科學史教育有諸多好處。首先，科學史可以誘發(fā)學生對神奇的科學世界的向往，提高對科學的熱愛。其次，科學史可以使人們了解科學思想的邏輯行程和歷史演進，有益于科學理論的學習。當我們?yōu)橐恍└拍畹膶W習煩惱時，如果能了解這些概念是如何建立的歷史，接受這些概念就變得容易多了。此外，科學史還可以為我們樹立科學家形象，領悟科學精神。例如，愛迪生在經歷了6，000多次實驗后，終于點燃了第一盞真正有廣泛實用價值的電燈；富蘭克林冒著生命危險堅持對雷電進行各種實驗，終于發(fā)明了避雷針……可以說，科學史教育也是一種情感、態(tài)度與價值觀的教育。
　　雖然科學史具有重要的教育作用，但是大部分教科書都不談科學史，這不能不說是十分遺憾的。作為理科課程之一的信息技術課程，其科學史教育尤為缺失，特別是信息科學史和計算機科學史的教育。
　　在信息技術課程教材中，除了馮·諾依曼、圖靈等極少數(shù)人外，就不見了科學家的身影，這顯然是受到了社會上某些不良傾向的影響。筆者近期翻閱市面上那些名為“計算機科學史”方面的書籍，發(fā)現(xiàn)大多只是技術史、產業(yè)史——一部計算機科學史儼然成了企業(yè)的商戰(zhàn)風云和經營秘訣。另一個計算機科學史被人們遺忘的例子是作為計算機界最高獎、被稱做“計算機界諾貝爾獎”的圖靈獎在社會上的認知程度極低，甚至不為多數(shù)信息技術教師所知。社會上的這些認識偏離必將影響到課程教學，造成教材的科學品位嚴重降低，無形中使人們認為信息技術背后無科學、無科學史，教學也可能淪為簡單的技術操作。
　　
　　
　　信息技術課程背后有無科學
　　
　　在我國科學課程標準中明確闡述了科學史對于科學教育所具有的重要意義，主要包括：①科學史能提供重要的科學事實、概念、原理、方法，以及技術發(fā)明的歷史背景、現(xiàn)實來源和應用。⑦通過科學史有關內容的介紹，使學生感受到科學是一個開放的、不斷發(fā)展的系統(tǒng)，不但在廣度和深度上不斷發(fā)展，而且已有的結論也可能被修正?？茖W是一個永遠不會完結的過程。③通過對科學史上一些重大發(fā)現(xiàn)、發(fā)明過程的介紹以及一些簡單而典型的著名案例的學習，激發(fā)學生對科學的興趣，培養(yǎng)他們的探索精神和科學態(tài)度，促進和改善學生對相應的科學思想方法的理解，進而了解科學的本質，培養(yǎng)科學精神。④通過歷史上的一些著名的反例，從反面給學生以強烈的震撼，加深他們對相應問題的理解，培養(yǎng)嚴謹縝密的科學思維；通過一些科學家犯錯誤、遭遇挫折和失敗的例子，引導學生正確看待學習過程中遇到的困難，增強信心和勇氣；通過對科學思想形成中曲折與艱辛，以及那些偉大探索者的失敗與成功的介紹，使學生進一步體會科學的豐富人文內涵。
　　與數(shù)學、物理、化學、生物等科學表課程不同，信息技術課在基礎教育階段被明確定位為技術課程，那么作為技術課程的信息技術課能否承載科學史教育呢?這個問題的本質則是信息技術課程背后有無科學。
　　首先，科學與技術具有密不可分的聯(lián)系，技術的背后往往是科學的思想。時代性特征鮮明的信息技術更不例外，其背后有著科學思想的堅強支撐。在1999年美國公布的《信息技術通曉》的報告中強調了信息技術包括蘊藏在技術中的科學。筆者認為，從基礎教育階段信息技術課程的“技術一科學”脈絡探源，構成信息技術課程背后科學體系的主干是信息科學與計算機科學。
　　一般認為，信息科學是以信息為主要研究對象、以信息運動過程的規(guī)律為主要研究內容、以擴展人的信息功能為主要研究目標的一門科學。信息科學特有的研究內容——信息的運動規(guī)律，包括信息的獲取、傳遞、處理、再生、施效等過程，恰好對應信息技術課程中信息處理的主線。國內外很多專家都建議將信息科學作為信息技術課程的指導學科。
　　計算機科學則是人們更為熟悉的一個概念，是描述和處理信息的算法過程，包括其理論、分析、設計、效率分析、實現(xiàn)和應用的系統(tǒng)研究。我們知道，現(xiàn)在的信息技術課程是脫胎于計算機課程而來的，現(xiàn)代信息技術的核心是計算機技術，所以，計算機科學同樣是信息技術課程不可或缺的指導學科。
　　其次，信息科學、計算機科學與信息技術課程內容有著密切的聯(lián)系。僅以計算機科學界的最高獎——圖靈獎為例，獲獎者中許多人的工作就與中小學信息技術課程知識有直接關系(見下表)。
　　
　　信息技術課程中相關的科學史案例
　　
　　既然信息技術課程可以開展且有必要開展科學史教育，那么我們應該選取什么樣的科學史案例作為教學素材呢?
　　以下，筆者列舉兩例信息技術課程中的科學史教育案例，說明信息技術課程中科學史教育的應用。
　　1　香農的忠告
　　作為一位令人尊敬、學風嚴謹?shù)目茖W家，香農在IEEE Transactions on Information Theory中發(fā)表的文章中說：“近幾年來，信息論簡直成了最時髦的學科。它本來只是通信工程師的一種技術工具，現(xiàn)在卻無論在普通雜志還是科學刊物都占據(jù)了重要的地位……結果，它已經名過其實……這種聲譽潛藏著一種危險。誠然，在理解和探討通信問題的本質方面，信息論是一種有力的工具，而且它的重要意義還將與日俱增。但它肯定不是通信工作者的靈丹妙藥。對于其他人，則更是如此。應當認識到，一次就能揭開全部自然奧秘是不可能的。否則，一旦人們發(fā)現(xiàn)僅僅使用幾個像信息、熵、冗余度這樣一些動人詞匯并不能解決問題的時候，就會灰心失望，那種人為的繁榮就會在一夜之間崩潰……信息論的基本結果都針對某些非常特殊的問題……”遺憾的是，很多人并沒有理解香農的忠告。
　　我們知道，對于信息技術課程而言，信息無疑是一個核心概念，并且也是一個難以理解的概念。教材中引用了香農的定義來描述信息，即信息是用來消除接收者認識上某種不確定的東西，這是信息論中關于信息的典型描述。很多時候，我們都自然而然地將這一定義當做了信息的普遍定義，而香農本人的這番忠告無疑是信息科學史上一段發(fā)人深省的故事。他告訴人們信息論中關于信息的定義只是狹義的信息定義，在除信息論以外的其他領域，該定義不能廣泛成立。這一科學史上的故事還為我們展現(xiàn)了一位科學家的謙遜和實事求是的科學品德。
　　2　塞爾的“中文屋子”
　　1980年，當代美國哲學家約翰·塞爾提出了著名的中文屋子假想實驗，以回應圖靈測試。他假定了如下情節(jié)：一個名叫丹瑪?shù)娜吮魂P在一間只有一個窗戶的屋子里，她只懂英文，不懂中文，而看守她的人則只懂中文，不懂英文。丹瑪面前有一張桌子和各式各樣的紙條，以及一本英文寫的規(guī)則書，規(guī)則書告訴她如何為中文字符配對。如看守遞進的紙條上寫有“甲”時，她應當送出“乙”。對于丹瑪來說，“甲”和“乙”都是一些毫無意義的圖形，而對于看守，“甲”與“乙”都有其自身的含義，并且對于從窗口遞進的問題，丹瑪都已經將答案遞出。因此，看守認為屋子里的丹瑪是懂中文的，而丹瑪則對中文一無所知，她所做的只不過是按照規(guī)則書進行圖形匹配而已。
　　塞爾的“中文屋子”比喻了通過圖靈測試的計算機。丹瑪相當于計算機中的CPU，那本英文寫的規(guī)則書則相當于程序，紙條是存儲器，窗口則是輸入輸出裝置，丹瑪雖然給出了正確答案(即表示通過了圖靈測試)，但是她對那些問題卻是毫無理解?！爸形奈葑印奔傧雽嶒灡砻鳎脠D靈測試來定義人工智能的存在是遠遠不夠的。
　　人工智能是信息技術教材中較為抽象的教學內容。目前的教學僅僅是讓學生了解相關概念及通過在線機器人對話來感受人工智能的存在，但是效果并不理想。對于高中的學生而言，他們已經有較強的邏輯思維能力，針對教材中所介紹的圖靈測試及人工智能，每個學生都有自己的思考。此例中，塞爾的“中文屋子”假想實驗是計算機科學史上著名的案例，是對人工智能強有力的反駁，它所引發(fā)的爭論至今未息。通過這一生動的科學史案例的介紹，可以激發(fā)學生的興趣，我們甚至可以在課堂上組織學生進行辯論，就“計算機能思維嗎”這一命題展開正方、反方的辯論賽，從而使學生思考人工智能中具有哲理性質的一些深刻問題，將學習引向深入，改變以往對人工智能教學敷衍而過的現(xiàn)象。
　　以上，我們分析了科學史教育的重要性，以及信息技術課程中科學史教育的嚴重缺失。信息技術課程教學完全可以開展科學史教育，也急需科學史教育。在數(shù)學、物理、化學、生物教材中，科學家的名字與他們的貢獻緊緊聯(lián)系在一起，學生們在學習知識的同時，也激發(fā)了他們對學習該學科的熱情。那我們?yōu)槭裁床蛔尶茖W史也走進信息技術的教材和課堂呢?在信息技術課程中加強科學史教育，在教學中向學生介紹信息科學與計算機科學的發(fā)展，介紹科學家們的事跡和經典的科學史案例，使學生站在科學高度來認識課程知識體系，激發(fā)他們的學習熱情，提升課程的科學品位，我想這也是為中小學信息技術教育所做出的貢獻