信息技術(shù)課程之工程思維辨析

王榮良

華東師范大學(xué)中小學(xué)信息技術(shù)教育研究中心 上海 200062

信息技術(shù)課程之工程思維辨析

王榮良

華東師范大學(xué)中小學(xué)信息技術(shù)教育研究中心 上海 200062

運(yùn)用“科學(xué)—技術(shù)—工程”三元論考察工程與科學(xué)、技術(shù)的關(guān)系，闡述工程思維的特征，從工程思維視角分析信息技術(shù)課程發(fā)展和教學(xué)內(nèi)容，并提出通過中小學(xué)信息技術(shù)課程培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

信息技術(shù)課程；工程；工程思維

Author’s address Research Center for School Computer Education, East China Normal University, Shanghai, China 200062

自2003年頒布《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗）》以來，中小學(xué)已廣泛開設(shè)信息技術(shù)課程。中小學(xué)理科教育基本是以科學(xué)理論與知識學(xué)習(xí)為主線，而信息技術(shù)課程作為一門技術(shù)類課程，對學(xué)生的全面發(fā)展有著獨(dú)特的作用。工程與科學(xué)、技術(shù)有著緊密的關(guān)聯(lián)。2002年，李伯聰教授提出“科學(xué)—技術(shù)—工程”三元論[1]，促使人們對工程的本質(zhì)開展深入研究。本文以工程的視角分析中小學(xué)信息技術(shù)課程，探討工程思維教育的教育價值。

1 工程及其與科學(xué)、技術(shù)的關(guān)系

根據(jù)美國工程教育協(xié)會（ASEE）的定義，工程是一種把科學(xué)和數(shù)學(xué)原理、經(jīng)驗、判斷和常識運(yùn)用到造福人類的產(chǎn)品制造中的藝術(shù)，是生產(chǎn)某種技術(shù)產(chǎn)品或系統(tǒng)以滿足特定需要的過程?！冬F(xiàn)代漢語詞典》對工程的釋義是“土木建筑或其他生產(chǎn)、制造部門用比較大而復(fù)雜的設(shè)備來進(jìn)行的工作”。由此可知，通俗地說，工程就是包含了設(shè)計和制造的大型的生產(chǎn)活動。

從活動的內(nèi)容與本質(zhì)來看，工程是按照社會需要設(shè)計造物、運(yùn)行管理，追求在一定邊界條件下的集成優(yōu)化和綜合優(yōu)化，典型特征是創(chuàng)造一個世界上原不存在的物。工程活動不僅是應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)的活動，同時也是集經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、文化等綜合作用的社會性活動。相對而言，科學(xué)是對未知世界的發(fā)現(xiàn)、理解和認(rèn)識，是以發(fā)現(xiàn)為核心，追求真理；技術(shù)是人們改造世界的各種可能的方法、技巧和工具，是以發(fā)明創(chuàng)新為核心，追求構(gòu)思與訣竅?？茖W(xué)活動的本質(zhì)特征是反映客觀存在的，技術(shù)活動的本質(zhì)特征是探尋變革存在的具體方法，工程活動的本質(zhì)特征是創(chuàng)造存在和超越存在。通俗地說，科學(xué)關(guān)心的是“是什么”“為什么”的問題，技術(shù)關(guān)心的是“可以怎樣做”“能怎樣做”的問題，而工程關(guān)心的是“可以做什么”“應(yīng)不應(yīng)該做”和“應(yīng)該怎么做”的問題。

作為信息技術(shù)中的核心技術(shù)，即計算機(jī)技術(shù)，其科學(xué)、技術(shù)和工程是密切相關(guān)的。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是對描述和變換信息的算法過程，包括其理論、分析、設(shè)計、效率分析、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的系統(tǒng)的研究。全部計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的基本問題是：什么能（有效地）自動進(jìn)行，什么不能（有效地）自動進(jìn)行[2]。計算機(jī)科學(xué)不僅不排斥工程的方法，相反廣泛采用其他學(xué)科行之有效的工程方法，如在軟件中開發(fā)采用開發(fā)工具、環(huán)境和規(guī)范，進(jìn)而形成軟件工程學(xué)；在計算機(jī)的設(shè)計中，目前廣泛使用標(biāo)準(zhǔn)組件的方法。

2 工程思維辨析

從思維方法來看，傳統(tǒng)的科學(xué)思維與技術(shù)思維都是理論性的，強(qiáng)調(diào)思維的邏輯性、客觀性與真理性。與此相反的是，工程思維是實(shí)踐性的，更強(qiáng)調(diào)思維的整體性、人文性和實(shí)踐性，思考的方法可能是邏輯的，也可能是非邏輯的，即形象的、頓悟的、經(jīng)驗的。理論思維是認(rèn)知型的思維方式，其基本特征是力求邏輯自恰、規(guī)避自相矛盾。工程思維就是在工程的設(shè)計和研究中形成的思維，是一種籌劃性的思維。工程思維是工程技術(shù)人員綜合運(yùn)用邏輯思維、形象思維和頓悟思維分析和解決問題的思維能力，工程思維是運(yùn)用各種知識解決工程實(shí)踐問題的核心[3]。

工程活動是一項復(fù)雜的系統(tǒng)性活動，各種各樣的工程活動有著各自的特點(diǎn)和獨(dú)特的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。但是無論多么復(fù)雜的工程活動都必須經(jīng)歷設(shè)計規(guī)劃、建設(shè)實(shí)施以及消費(fèi)使用3個階段。由此可以對應(yīng)，工程思維按內(nèi)在結(jié)構(gòu)可以分為3個方面：工程設(shè)計思維、工程實(shí)施思維、工程消費(fèi)思維[4]。在這三類思維中，工程設(shè)計思維涉及的主要任務(wù)是完成工程建設(shè)的準(zhǔn)備工作，主要內(nèi)容包括立項、可行性分析、融資、設(shè)計、決策、風(fēng)險評估、招標(biāo)、授標(biāo)等。這種思維面臨的是潛在可能性與現(xiàn)實(shí)可行性的轉(zhuǎn)化契機(jī)，尋求工程理想與工程實(shí)在兩者間矛盾的解決。顯然，工程設(shè)計思維是人們基于已掌握的知識、理論、技術(shù)和方法設(shè)計開發(fā)新的物品的過程，是目前基礎(chǔ)教育中理論思維的有效拓展。

如果說工程設(shè)計階段的思維側(cè)重于創(chuàng)新性，那么工程實(shí)施思維就是根據(jù)常規(guī)性、穩(wěn)定性、安全性、可控制性等方面來實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計，并且在工程實(shí)施過程中加以必要的修正，使之適應(yīng)實(shí)際的要求。因此，工程實(shí)施思維是思維方式的重構(gòu)，也是使用價值的重構(gòu)。工程實(shí)施思維正是目前基礎(chǔ)教育所缺失的，同時也是學(xué)生解決學(xué)習(xí)生活中的實(shí)際問題所必備的重要思維方式。

3 工程思維視角的信息技術(shù)課程變革分析

長期以來，工程一直被看做技術(shù)的分支。近年來，隨著工程逐漸成為社會主流的活動形態(tài)和實(shí)踐方式，加上技術(shù)哲學(xué)的經(jīng)驗轉(zhuǎn)向，才導(dǎo)致工程與工程哲學(xué)的凸顯，并最終從技術(shù)和技術(shù)哲學(xué)中分離出來。從工程的活動形態(tài)來看，工程可分為制作工具的實(shí)踐活動和用工具完成預(yù)定目標(biāo)的實(shí)踐活動。如何制作信息技術(shù)工具以及如何用信息技術(shù)工具解決實(shí)際問題，都是信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，這些學(xué)習(xí)過程一定滲透工程思維。

我國的信息技術(shù)課程發(fā)展可以分為“計算機(jī)文化論”“計算機(jī)工具論”“信息素養(yǎng)論”3個階段[5-6]：第一階段是在蘇聯(lián)學(xué)者伊爾肖夫提出的“程序設(shè)計是第二文化”的影響下，國內(nèi)幾所重點(diǎn)高中開設(shè)“程序設(shè)計”選修課，產(chǎn)生第一個以程序設(shè)計為主的試驗性教學(xué)大綱，其核心是計算機(jī)文化論；第二階段是受當(dāng)時國際上通行的“工具論”的影響，原國家教委頒發(fā)第二個試驗教學(xué)大綱，教學(xué)內(nèi)容增加了文字處理、電子表格和數(shù)據(jù)庫等應(yīng)用軟件，開課年級向初中發(fā)展，選修課名稱為“計算機(jī)課”；第三階段是2000年起，教育部頒布《中小學(xué)信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要（試行）》，課程名稱正式由“計算機(jī)課”改成定位更加準(zhǔn)確、內(nèi)涵更為寬泛的“信息技術(shù)課程”。

計算機(jī)界長期以來一直認(rèn)為程序設(shè)計語言是進(jìn)入計算學(xué)科各領(lǐng)域的優(yōu)秀工具，也是獲得計算機(jī)重要特征的有力工具[7]。早期在中小學(xué)開展BASIC語言和LOGO語言學(xué)習(xí)為主的計算機(jī)課程，正是以認(rèn)識計算機(jī)特征為目的。受多方面的局限，當(dāng)時的課程沒有從工程設(shè)計思維、工程實(shí)施思維的角度認(rèn)識程序設(shè)計語言學(xué)習(xí)和運(yùn)用的價值，而是過多地關(guān)注具體語言的細(xì)節(jié)，隨著計算機(jī)軟件的日益豐富而必然被“計算機(jī)工具論”所取代。

以應(yīng)用軟件為學(xué)習(xí)對象的計算機(jī)課程，雖然強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，但仍然關(guān)注軟件操作細(xì)節(jié)的學(xué)習(xí)，使得課程學(xué)習(xí)內(nèi)容與社會上的軟件培訓(xùn)班相差無幾。隨著計算機(jī)軟件的豐富與普及，以及計算機(jī)操作的人性化，重視工具操作、缺乏思維和方法的計算機(jī)課程面臨改革是必然的。

信息技術(shù)課程不僅在課程目標(biāo)上實(shí)現(xiàn)從掌握計算機(jī)知識和技能到信息素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，課程形態(tài)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、評價方式、教材等方面都有了較大的發(fā)展與改進(jìn)。信息技術(shù)課程將課程內(nèi)容拓展到信息以及信息處理，明確提出“提高信息素養(yǎng)，培養(yǎng)信息時代的合格公民”[8]。然而，信息素養(yǎng)作為現(xiàn)代公民的基本素養(yǎng)，信息技術(shù)課程不是其唯一的培養(yǎng)渠道。同時信息素養(yǎng)也難以反映信息技術(shù)課程的技術(shù)與工程屬性，特別是當(dāng)小學(xué)和初中普遍開設(shè)信息技術(shù)課程以后，高中信息技術(shù)的課程目標(biāo)與學(xué)習(xí)內(nèi)容會產(chǎn)生新的困惑?；诠こ趟季S與信息技術(shù)的天然關(guān)系，工程思維培養(yǎng)應(yīng)該成為信息技術(shù)課程的核心目標(biāo)之一。

4 信息技術(shù)課程中的工程思維教育

我國的傳統(tǒng)文化是重視理論，技術(shù)次之，工程更次之。在基礎(chǔ)教育中，具體的體現(xiàn)是重視研究“是什么”“為什么”的理論思維。但是，理論思維的產(chǎn)物并不能直接付諸實(shí)踐，在實(shí)踐前必須進(jìn)行籌劃性思考，即進(jìn)行籌劃型的工程思維。因此，工程思維能使理論思維有效地在實(shí)踐中得到良好的應(yīng)用。

4.1 工程思維的全局觀

工程思維的全局觀表現(xiàn)為系統(tǒng)性和綜合性。工程是一個系統(tǒng)，其中每一個部件都有相互關(guān)聯(lián)的，工程思維的系統(tǒng)性表現(xiàn)在無論是工程設(shè)計還是工程實(shí)施，都要用系統(tǒng)的觀點(diǎn)來思考。同時，工程思維具有很強(qiáng)的綜合性。因為在人類的實(shí)際生活中，有許多問題都不是能夠以純理論演繹可以解決的。運(yùn)用工程思維解決問題時，必然要根據(jù)自然科學(xué)的各種原理和工程實(shí)踐知識及經(jīng)驗，從不同角度、不同層次和不同路徑上對思維對象進(jìn)行綜合性觀察、分析、研究，達(dá)到解決問題的目的。在信息技術(shù)課程中，制作演示文稿也是一個小小的系統(tǒng)工程，首先需要根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)規(guī)劃演示文稿的風(fēng)格、選擇模板，然后收集素材和制作，最后還要測試其播放效果。在實(shí)際應(yīng)用中還需要根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際效果來調(diào)整內(nèi)容及呈現(xiàn)方式。顯然，通過演示文稿制作滲透工程思維，學(xué)生的學(xué)習(xí)有意義。如果僅學(xué)習(xí)演示文稿制作軟件的使用方法，則只是狹義的特定工具的學(xué)習(xí)。

4.2 工程思維的邏輯觀

工程思維的邏輯觀表現(xiàn)在操作實(shí)施上的實(shí)踐性和慎密性。工程思維是以解決具體問題為目標(biāo)的，任何一個工程項目都是依據(jù)工程思維方法，按照“工程目標(biāo)分析→方案設(shè)計→方案論證決策→工程實(shí)施→檢驗、反饋、修正”的環(huán)節(jié)完成。這種操作環(huán)節(jié)體現(xiàn)了解決工程問題的邏輯順序，不僅需要將理論知識聯(lián)系到生活實(shí)踐中，而且也培養(yǎng)了人們的工程實(shí)踐能力。同時，工程思維有很強(qiáng)的慎密性。盡管工程思維需要多層次、多角度地對思維對象綜合思考，但工程的操作實(shí)施不僅有嚴(yán)格程序要求，而且每一環(huán)節(jié)、每一步驟都有嚴(yán)格的工藝要求。程序設(shè)計是典型的工程思維體現(xiàn)。程序設(shè)計過程依據(jù)工程項目的實(shí)施環(huán)節(jié)進(jìn)行，程序設(shè)計實(shí)現(xiàn)算法并在計算機(jī)上驗證，程序編制過程中需要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)則才能通過語法和詞法分析，程序的調(diào)試也是工程實(shí)施思維中有關(guān)修正的具體體現(xiàn)。

4.3 工程思維的方法觀

工程思維的方法觀體現(xiàn)在設(shè)計上的實(shí)用性和創(chuàng)新性。工程思維是從工程實(shí)踐和現(xiàn)實(shí)生活中提出問題，運(yùn)用科技成果改造客觀世界，它所要解決的都是真實(shí)的、實(shí)際的工程問題，體現(xiàn)了工程思維是一種介于理論思維與實(shí)踐之間的籌劃型思維，是一種實(shí)用性思維。同時，工程的基本涵義是創(chuàng)造、發(fā)明、設(shè)計和建造，是一種創(chuàng)造性活動，工程思維具有創(chuàng)新性。工程思維在分析、解決問題中，既有概念或設(shè)想的孕育，構(gòu)思的漸進(jìn)性完善，又有頓悟、豁然開朗的突躍性飛躍，即思維過程的質(zhì)變。在信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)中，體現(xiàn)其思維方法的比比皆是，如計算機(jī)設(shè)計中內(nèi)存與外存的關(guān)系，視頻信息壓縮中速度與質(zhì)量的平衡，因特網(wǎng)中IP技術(shù)的使用，多點(diǎn)觸摸屏技術(shù)在電子產(chǎn)品中的廣泛使用，都表現(xiàn)出工程思維在方法觀上實(shí)用性和創(chuàng)新性。

5 結(jié)束語

從信息技術(shù)課程的發(fā)展歷程和學(xué)習(xí)目標(biāo)與內(nèi)容的不斷變化可以發(fā)現(xiàn)，信息技術(shù)的高速發(fā)展是影響課程穩(wěn)定性的原因之一。探索信息技術(shù)的獨(dú)特思維方式，尋求穩(wěn)定的課程教育價值，是促進(jìn)信息技術(shù)課程成熟的重要途徑。其中，算法思維作為一種解決問題的過程性思維方式，將特定的問題方法設(shè)計成由一系列規(guī)定好的有限操作步驟組成，并最終解決問題。算法是信息處理的核心之一，算法思維方式是信息技術(shù)的最基本的思維方式[9]，體現(xiàn)了算法思維在信息技術(shù)課程中的教育價值，同時也在一定程度上影響“算法與程序設(shè)計”學(xué)習(xí)中教學(xué)方法的設(shè)計和教學(xué)內(nèi)容的選擇。

算法思維是一種基于數(shù)學(xué)的思維，具備理論思維的屬性。同時，算法思維也包括了真實(shí)問題的解決過程，具備工程思維的屬性。在信息技術(shù)課程中，相比算法思維，工程思維有兩個特點(diǎn)：1）更具有普遍性，涉及信息技術(shù)課程中更多的學(xué)習(xí)領(lǐng)域；2）更關(guān)注技術(shù)和工具，強(qiáng)調(diào)用信息技術(shù)工具有效地解決問題。因此，探索信息技術(shù)課程中工程思維的學(xué)習(xí)價值，將會拓展人們對信息技術(shù)課程目標(biāo)的認(rèn)識，促進(jìn)信息技術(shù)課程成熟發(fā)展，最終使廣大學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)獲得終身有用的思維方式和能力。

[1]李伯聰.努力向工程哲學(xué)領(lǐng)域開拓[J].自然辯證法研究,2002(7):36-39.

[2]趙致琢.關(guān)于計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)認(rèn)知問題的研究簡報[J].計算機(jī)研究與發(fā)展,2001(1):1-15.

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Study on Engineering Thinking of Information Technology Courses//

Wang Rongliang

The relationship between engineering and science/technology has been investigated by using the science-technology-engineering triarchic theory aspect. The paper expounds the characteristics of engineering thinking, and analyses information technology courses by engineering thinking. We put forward the conclusion that the information technology courses in primary and secondary schools should enforce the cul tivation of engineering thinking.

information technology courses; engineering; engineering thinking

G633.67

A

1671-489X(2012)21-0024-03

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.21.024