信息科學(xué)學(xué)科的基本框架與信息技術(shù)課程的內(nèi)容層次結(jié)構(gòu)

摘 要 通過對近100年來信息科學(xué)發(fā)展歷程的考察，梳理信息科學(xué)學(xué)科的基本框架，將信息科學(xué)分為理論信息學(xué)和應(yīng)用信息學(xué)，闡述應(yīng)用信息學(xué)中工具信息學(xué)和領(lǐng)域信息學(xué)的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上提出信息技術(shù)課程有關(guān)人、信息、工具的三層次課程核心內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 信息科學(xué)；信息技術(shù)課程；基礎(chǔ)教育

中圖分類號：G423 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-489X（2013）03-0016-03

Basic Framework of Information Science and Hierarchical Structure of Information Technology Curriculum//Wang Rongliang

Abstract This paper examined the history of the development of information science in the past 100 years， and analyzed the basic framework of the disciplines of information science. Information science is composed of Theoretical Informatics and Applied Informatics. We described the relationship between Tool Information Science and Field Information Science in the Applied Informatics. We described three-level frame about tools， information and people， and explained the core content of information science curriculum.

Key words information science； information technology curriculum； basic education

在基礎(chǔ)教育信息類課程中，信息技術(shù)課程是從計算機課程發(fā)展而來的年輕課程，僅10余年歷史；上溯到計算機課程，也只有近30年歷史。作為一門年輕課程，學(xué)什么、教什么，一直在探索與實踐。本文從信息科學(xué)發(fā)展視角討論信息科學(xué)學(xué)科的基本框架和中小學(xué)信息技術(shù)課程的核心內(nèi)容。

1 信息科學(xué)發(fā)展歷史考察

信息科學(xué)就是研究信息問題及其規(guī)律的科學(xué)。信息科學(xué)是以信息為主要研究對象，以闡明信息過程的機制和規(guī)律為主要研究內(nèi)容，以擴展人的信息功能特別是其中的智力功能為主要研究目標(biāo)的一門科學(xué)[1]。

在信息科學(xué)的發(fā)展史中，香農(nóng)（C.E.Shannon）于1948年發(fā)表《關(guān)于通信的數(shù)學(xué)理論》是現(xiàn)代信息科學(xué)開端的標(biāo)志性事件。盡管“信息”一詞早已有之，但人們開展系統(tǒng)研究是從20世紀(jì)20年代開始的，當(dāng)時為實現(xiàn)訊號通信而發(fā)現(xiàn)效益與可靠性之間存在一種理論上的極限，電訊通信的實踐促使相關(guān)數(shù)學(xué)理論的發(fā)展。1928年，哈特萊（R.V.L.Hartley）提出有可能用信號數(shù)的對數(shù)來作為信息的度量，信息是可測的，可以用數(shù)學(xué)方法對信息從數(shù)量上加以測度。香農(nóng)以“信源—信道—信宿”為模型，提出信息傳輸和度量的數(shù)學(xué)描述，也有力地支持了通信技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)然，香農(nóng)的信息論是狹義的信息論，只考慮了信息的形式與消除不確定性的范圍；只涉及統(tǒng)計信息與信息傳遞，不考慮信息的含義與價值；不分析模糊現(xiàn)象與非統(tǒng)計信息；未揭示更廣泛更重要的其他信息過程的原理和規(guī)律[2]。信息論有待進一步發(fā)展。

與香農(nóng)狹義信息論幾乎同步發(fā)展的計算機技術(shù)，因其對數(shù)據(jù)處理具有高速、自動等特征，能夠有效地完成信息的傳輸、存儲、加工、控制等功能，成為信息處理工具。至20世紀(jì)50年代，計算機開始應(yīng)用于科研、軍事以及社會生產(chǎn)生活等各領(lǐng)域，信息學(xué)研究也涉及多方面的應(yīng)用領(lǐng)域。典型的應(yīng)用有：20世紀(jì)50年代DNA發(fā)現(xiàn)后，以計算機技術(shù)為手段和工具，同時采用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)的模型、模擬研究方法開展研究，促進生物信息學(xué)高速發(fā)展；60年代，計算機在文獻檢索方面閃露曙光，極大地刺激了圖書館學(xué)的發(fā)展；70年代出現(xiàn)了以醫(yī)學(xué)信息為主要研究對象，以醫(yī)學(xué)信息的運動規(guī)律及其應(yīng)用方法為主要研究內(nèi)容，以計算機為主要研究工具，以擴展醫(yī)務(wù)工作者的信息功能為主要研究目標(biāo)的醫(yī)學(xué)信息學(xué)。

人們在解決信息處理的“個性”應(yīng)用時，也開始研究對一切信息現(xiàn)象、對每一門信息學(xué)科都適用的公共理論，以通用于解決每一個具體領(lǐng)域的信息理論問題，成為信息科學(xué)的基礎(chǔ)和核心。1959年，美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電子工程學(xué)院首次提出“信息科學(xué)”的概念，用來代表一組計算機方面的課程，計算機走進課堂，并用來解決各領(lǐng)域內(nèi)各種具體的信息處理問題。這一概念既包含了信息理論，也包含了信息技術(shù)。

20世紀(jì)80年代，在香農(nóng)信息論的基礎(chǔ)上，美國哈佛大學(xué)的雷斯尼科夫（L.H.Resnikoff）和我國北京郵電大學(xué)的鐘義信教授等學(xué)者先后創(chuàng)立了自己的信息科學(xué)理論，分別在模糊信息、概率與非概率信息、語法信息、語義信息、語用信息等方面做了大量的工作。隨著信息技術(shù)的進步，人工智能問題被突出，人類嘗試用電子裝置去完成人腦的某些信息處理、認(rèn)識和思維過程，人的因素引入到信息理論研究之中，使得信息問題的研究更加普遍化和復(fù)雜化。

信息論的另一創(chuàng)始人維納（N.Wiener）在20世紀(jì)40年代就提出了超越狹義信息論的經(jīng)典命題：“信息既不是物質(zhì)，也不是能量，信息就是信息?！钡谝淮螌⑿畔⒄撚成湓谡軐W(xué)上。20世紀(jì)80年代以后，鄔焜教授等學(xué)者開展對信息哲學(xué)的研究，從而使信息的知識體系形成一個龐大的學(xué)科群，包含了信息科學(xué)和信息哲學(xué)兩個大的類別。

考察信息科學(xué)發(fā)展歷程，可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代信息科學(xué)主要經(jīng)歷了以下過程：信息通信、信息工具、多領(lǐng)域信息應(yīng)用、信息理論、信息哲學(xué)。其中，各過程也是交替發(fā)展。

2 信息科學(xué)框架分析

歸納信息科學(xué)的發(fā)展歷程，可以把信息科學(xué)分為兩大部門：理論信息學(xué)和應(yīng)用信息學(xué)。理論信息學(xué)是對一切信息現(xiàn)象、對每一門信息學(xué)科都適用的公共理論，它能用于解決每一個具體領(lǐng)域的信息理論問題，是信息科學(xué)的基礎(chǔ)和核心。

在應(yīng)用信息學(xué)中，信息科學(xué)幾乎涉及所有的學(xué)科應(yīng)用領(lǐng)域，所以也可以把這些具體領(lǐng)域的應(yīng)用統(tǒng)稱為領(lǐng)域信息學(xué)。隨著應(yīng)用的拓展，領(lǐng)域信息學(xué)也在不斷擴容。同時，計算機科學(xué)、控制理論和通信理論地位特殊，因為這些學(xué)科是以信息處理為研究目標(biāo)的，同時又在其他學(xué)科領(lǐng)域中得到應(yīng)用，使相應(yīng)的學(xué)科信息化、智能化。因為三個學(xué)科具有信息處理工具屬性，可歸為工具信息學(xué)范疇，所以應(yīng)用信息學(xué)可分為領(lǐng)域信息學(xué)和工具信息學(xué)（圖1），工具信息學(xué)與領(lǐng)域信息學(xué)中每個領(lǐng)域有交叉。

縱觀完整的信息科學(xué)體系，由信息哲學(xué)、理論信息學(xué)、應(yīng)用信息學(xué)三部分組成其學(xué)科群，按學(xué)科抽象程序的高低和發(fā)展的先后順序，形成如圖2所示知識體系層。

分析信息科學(xué)基本框架，可能得出下面的結(jié)論。

結(jié)論1：應(yīng)用信息學(xué)是在理論信息學(xué)之前發(fā)展起來的信息學(xué)科，它主要是信息技術(shù)及其在特定領(lǐng)域中的具體應(yīng)用的知識體系。信息理論學(xué)是信息科學(xué)的理論核心，是回答“為什么”的問題，往往是抽象的，而信息技術(shù)與相關(guān)應(yīng)用都屬于應(yīng)用領(lǐng)域，是回答“怎么樣”或“如何做”的問題，通常是具象的。應(yīng)用信息學(xué)的發(fā)展需要理論信息學(xué)的指導(dǎo)和支持，并促進了理論信息學(xué)的發(fā)展。研究信息科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者非常清楚理論信息學(xué)和應(yīng)用信息學(xué)的關(guān)系，以及信息科學(xué)與計算機技術(shù)、通信技術(shù)的關(guān)系。在高校院系設(shè)置中，基于一般理論和方法研究的信息學(xué)專業(yè)并不設(shè)立在信息學(xué)院，而信息學(xué)院下設(shè)的計算機系、通信系等都屬于應(yīng)用信息學(xué)特別是工具信息學(xué)的范疇。在基礎(chǔ)教育中，因從計算機課程到信息技術(shù)課程的演變過程，造成相關(guān)人員認(rèn)為計算機技術(shù)就是信息科技的誤解。

結(jié)論2：信息科學(xué)是研究信息領(lǐng)域中信息的個性特征和運動變化的特殊規(guī)律，以及貫穿一切信息領(lǐng)域的信息共性和共同規(guī)律。工具信息學(xué)的發(fā)展促進領(lǐng)域信息學(xué)的發(fā)展，并形成應(yīng)用信息學(xué)。領(lǐng)域信息學(xué)涉及生產(chǎn)、生活各方面，并不斷拓展。因此，信息科學(xué)技術(shù)已不再是與數(shù)、理、化、天、地、生平行的一門學(xué)科，不再是主要以研究信息獲取、存儲、處理為主的一門單獨的學(xué)科，而是更加強調(diào)與社會、健康、能源、材料等其他領(lǐng)域的緊密聯(lián)系，它的外延涉及各個學(xué)科[3]。

結(jié)論3：工具信息學(xué)所研究的是信息在機械中的存在、傳輸、變換、行為及處理規(guī)律，工具即處理信息的機械。在工具信息學(xué)中，通信只是控制和計算的基礎(chǔ)，目的是控制，信息過程的核心是計算。通信機械的主要目的在于信息的傳輸和再現(xiàn)，計算機技術(shù)的主要目的在于信息的處理和再生。同時，具備通用性和智能化的計算機，可以依據(jù)通信理論和控制理論，實現(xiàn)信息的通信和控制。顯而易見，在三個學(xué)科中，計算機科學(xué)處于核心地位。

3 信息技術(shù)課程的內(nèi)容層次架構(gòu)

基礎(chǔ)教育的信息類課程是以培養(yǎng)學(xué)生在信息社會中自如地獲取、加工、管理、表達、交流信息的能力為主要目標(biāo)的，應(yīng)該在信息科學(xué)基本框架下結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點和實際需求構(gòu)建相應(yīng)課程。源于信息科學(xué)的信息技術(shù)，恰好能夠有效地實現(xiàn)信息的獲取、加工、管理、表達和交流。

根據(jù)學(xué)生認(rèn)知特點和解決實際問題的需要以及結(jié)論1可知，在具體的應(yīng)用信息學(xué)和抽象的理論信息學(xué)之間，信息技術(shù)課程除了涉及少量的、必須的信息科學(xué)基礎(chǔ)知識以外，應(yīng)聚焦應(yīng)用信息學(xué)。

根據(jù)結(jié)論2可知，由于領(lǐng)域信息學(xué)種類繁多，且需要相關(guān)專業(yè)知識背景，信息技術(shù)課程宜聚焦具有通用屬性的工具信息學(xué)，并以學(xué)生學(xué)習(xí)生活作為領(lǐng)域應(yīng)用背景。工具或信息處理機械是信息技術(shù)課程的關(guān)注重點。

根據(jù)結(jié)論3，所謂工具是指實施信息通信、計算和控制的電子裝置及其相關(guān)規(guī)則和程序，計算機和網(wǎng)絡(luò)是典型的、通用的信息通信、計算和控制工具，也是信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)對象和載體。

由此，信息技術(shù)課程主要是圍繞人、信息、工具三者的關(guān)系展開（圖3），信息是研究的對象，人是主體，可以處理信息，工具位于人與信息之間，在一定程度和范圍內(nèi)幫助和替代人處理信息。信息技術(shù)課程可以圍繞以下三個層次展開教學(xué)：人是如何處理信息的；人是如何運用工具處理信息的；工具是如何處理信息的。

第一層次，“人是如何處理信息的”反映了人與信息的最基本關(guān)系，也是信息技術(shù)課程需要解決的根本問題。該層次屬于人類信息學(xué)范疇。人類信息學(xué)是研究信息在人類社會成員之間傳遞、傳播和交流規(guī)律，人類信息學(xué)所關(guān)注的信息是迄今為止所有類型信息中人們使用得最多的一種，涵蓋了信息的一切原始含義[4]。信息技術(shù)課程只能涉及其中一小部分，由于人們處于信息社會龐雜的信息包圍之中，信息技術(shù)課程要求學(xué)生掌握信息處理的一般方法以后，更主要的是解決第二層次“人是如何運用工具處理信息的”，以提高信息處理的效率和質(zhì)量。

第二層次反映了人用工具高效處理信息的基本技能以及有效使用工具的意識。目前，國內(nèi)以信息素養(yǎng)培養(yǎng)為課程目標(biāo)的信息技術(shù)課程主要就是反映了第二層次的學(xué)習(xí)要求。

站在認(rèn)識論的視角理解信息，人作為主體處理信息，具有一定智能的工具也能處理信息。第三層次，“工具是如何處理信息的”反映了工具信息學(xué)的學(xué)科思想和方法論。在信息技術(shù)課程中體現(xiàn)第三層次的教學(xué)要求有三方面的好處：其一，其學(xué)科思想可以遷移至其他應(yīng)用；其二，有利于應(yīng)對信息技術(shù)的飛速發(fā)展；其三，為將來從事信息技術(shù)專業(yè)發(fā)展的學(xué)生提供基礎(chǔ)。當(dāng)然，第三層次的深度值得探索。

4 結(jié)語

信息技術(shù)作為一門新興課程，探索其課程的核心內(nèi)容是有意義的。本文從信息科學(xué)的發(fā)展歷程構(gòu)建信息科學(xué)的基本框架，并以此為基礎(chǔ)提出信息技術(shù)課程的內(nèi)容層次結(jié)構(gòu)。從三層次內(nèi)容結(jié)構(gòu)，可以推導(dǎo)信息技術(shù)課程的核心內(nèi)容：

1）人處理信息的一般方法。由于人們關(guān)于信息處理的一般知識與技能的習(xí)得是漸進的、多渠道的，信息技術(shù)課程對這部分內(nèi)容并不具有獨占性，也很難像數(shù)學(xué)、物理課程一樣系統(tǒng)論述。

2）常用信息處理工具使用方法。這是信息技術(shù)課程的主體學(xué)習(xí)內(nèi)容，也是信息社會的公民應(yīng)該具備的基本技能。由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，這部分學(xué)習(xí)內(nèi)容最不穩(wěn)定，這也是信息技術(shù)課程的困惑所在。

3）信息技術(shù)工具的工作原理。通過對原理的追求可以接近信息技術(shù)學(xué)科的核心，這是信息技術(shù)課程中這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)的價值所在。盡管信息技術(shù)操作學(xué)習(xí)是低門檻的，但原理學(xué)習(xí)是高起點的，這就要求合理選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，使其既適合學(xué)生學(xué)習(xí)，又體現(xiàn)學(xué)科思想。

信息技術(shù)作為一門發(fā)展迅速的學(xué)科，探索其相對穩(wěn)定的教育價值是必須的。例如，算法思維作為一種解決問題的過程性思維方式，就是信息技術(shù)的最基本的思維方式[5]；在信息技術(shù)課程中，相比算法思維，工程思維有兩個特點：其一，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；其二，更關(guān)注技術(shù)和工具，強調(diào)用信息技術(shù)工具有效地解決問題[6]。算法思維和工程思維都是從“信息技術(shù)工具的工作原理”視角體現(xiàn)信息技術(shù)課程的教育價值。關(guān)于從信息技術(shù)課程三層次學(xué)習(xí)內(nèi)容演繹學(xué)科思維和方法論，還有待進一步研究。

近年來，信息科學(xué)在當(dāng)代基礎(chǔ)科學(xué)和復(fù)雜性科學(xué)的發(fā)展中扮演了十分重要的角色，這是因為信息科學(xué)的概念和方法為現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展提供了一個新的科學(xué)范式、一套新的研究方法，并成為現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的現(xiàn)實邏輯[7]。在信息科學(xué)中，無論是為信息建模提供的方法和工具，還是更深層次的虛擬現(xiàn)實方法，都會對傳統(tǒng)研究領(lǐng)域的方法論產(chǎn)生影響。從信息科學(xué)視角探索信息技術(shù)課程的學(xué)科思維和教育價值是很有必要的，盡管對信息在各學(xué)科領(lǐng)域進化過程中，以及在人類社會的進化過程中所起的作用需要一個更完整的了解，但有理由相信，人們對信息科學(xué)乃至信息技術(shù)的了解和掌握的需求越來越大，也更需對信息技術(shù)教育開展深入研究。

參考文獻

[1]鐘義信.信息科學(xué)與信息論[J].通信學(xué)報，1990（1）：45-51.

[2]黃小寒.從信息本質(zhì)到信息哲學(xué)[J].自然辯證法研究，2001（3）：15-19.

[3]李國杰.信息科學(xué)技術(shù)的長期發(fā)展趨勢和我國的戰(zhàn)略取向[J].中國科學(xué)，2010（1）：128-138.

[4]閆學(xué)杉.關(guān)于21世紀(jì)信息科學(xué)發(fā)展的一些見解[J].科技導(dǎo)報，1999（8）：3-6.

[5]王榮良.信息技術(shù)課程中算法學(xué)習(xí)的價值探索[J].中國電化教育，2008（8）：79-81.

[6]王榮良.信息技術(shù)課程之工程思維辨析[J].中國教育技術(shù)裝備，2012（21）：24-26.

[7]科林.信息哲學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)的基本問題[J].西安交通大學(xué)：社會科學(xué)版，2011（5）：24-28.