信息技術(shù)實驗的定義和兩個核心概念

編者按：本專欄主要介紹信息技術(shù)實驗在基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課當中的典型案例，并期望這些案例能夠促進信息技術(shù)課程學科地位的提升、豐富信息技術(shù)課的教學內(nèi)容、拓展信息技術(shù)教師的課程設(shè)計視野。對此欄目有任何好的主意或建議，請發(fā)送稿件至towujunjie@163.com（主持人）或tougao1@chinaitedu.cn（雜志社）。

● 信息技術(shù)實驗提出的背景

信息技術(shù)課程目前面臨兩個困境：一是基礎(chǔ)薄弱地區(qū)開課不夠、缺乏足夠的師資和設(shè)備，二是經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)開課不足，由于缺乏令人信服的教學內(nèi)容，課時被擠占和壓縮。從學科建設(shè)的角度來看，第二個問題比第一個問題更嚴峻，因為如果發(fā)達地區(qū)不再開設(shè)信息技術(shù)課，相對薄弱的地區(qū)的課程目標又在哪里？因此，許多研究者一方面在不斷地研發(fā)信息技術(shù)課新的教學內(nèi)容，另一方面也在不斷探索信息技術(shù)課程中相對穩(wěn)定的教學內(nèi)容，出現(xiàn)了互動媒體、新興程序設(shè)計軟件、智能機器人普及教學、數(shù)字文化創(chuàng)作課程等多個和而不同的方向。這些方向的提出，豐富了信息技術(shù)課的教學內(nèi)容，對學科的發(fā)展具有重要的促進意義。信息技術(shù)實驗也將會是一個新的方向。信息技術(shù)實驗研究的目的，第一是為了尋找適合幫助學生理解信息技術(shù)核心概念的可以定量研究的內(nèi)容，第二是提出一些信息技術(shù)作為核心內(nèi)容的跨學科問題研究的案例。前一個領(lǐng)域為的是提升信息技術(shù)核心概念的理解水平、落實一些信息技術(shù)實驗的基本過程和方法，后一個領(lǐng)域是通過跨學科的研習，通過綜合情境下的應(yīng)用落實信息技術(shù)教學內(nèi)容，提高學生應(yīng)用信息技術(shù)綜合地解決跨學科問題的能力。前者注重基礎(chǔ)性和穩(wěn)定性，后者注重豐富性和變化性。

● 信息技術(shù)實驗的定義

作為一個新的研究領(lǐng)域，很難在一開始就提出一個明確的定義，定義提出的一般方法是歸納，因此從我和我身邊的其他研究者的實踐出發(fā)，我將目前的相關(guān)案例做一個共性的描述。建立概念的目的是對已有工作的總結(jié)，更主要的是期待能夠利用概念，演繹新的案例，通過實踐不斷地修正信息技術(shù)實驗的概念本身。信息技術(shù)實驗是用科學研究的方法來研究信息技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的核心概念或重要過程，以及以信息技術(shù)為核心研究其他領(lǐng)域中的問題的一系列學習活動的集合。這一領(lǐng)域，尤其是歷史發(fā)展的脈絡(luò)，在大學生計算機還沒有普及的時候，很多大學的程序課都有“上機實驗”的專門的課時，可見很早人們就潛意識地將計算機上的一些規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、一些代碼的研習稱之為“實驗”。伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計算機不再是奢侈品和少數(shù)人的專利，在各大院校供學生們上機的“計算機實驗室”漸漸沒落了，但是這并不是說實驗這種方法不重要，而是“實驗”的內(nèi)容和實驗伴隨的隱性知識需要深入地研究和挖掘。在中小學，很多教師已經(jīng)注意到讓學生拆裝和動手的重要性，傳統(tǒng)的機器人項目姑且不論，在近期全國的公開課展評活動中就曾經(jīng)出現(xiàn)“組裝電腦”、“Scratch傳感器板”等涉及硬件的教學設(shè)計，越來越多對信息技術(shù)學科發(fā)展懷有使命感和自覺性的老師開始意識到在教學中加入硬件的成分，特別是溫州中學的謝作如老師開發(fā)的“互動媒體技術(shù)”系列課程更是代表著信息技術(shù)教學的一個新的方向。此外，北京師范大學項華教授提出了數(shù)據(jù)素養(yǎng)的概念，認為數(shù)據(jù)的獲取、存儲、分析、表達的過程中存在著大量的通用的能力，這種能力應(yīng)該成為信息素養(yǎng)的有效抓手。因此，適時將實驗的方法引入到信息技術(shù)的教學中應(yīng)該是一件可以討論和研究的事情。

● 信息技術(shù)實驗的核心概念：數(shù)據(jù)、穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系

信息技術(shù)實驗中有兩個核心概念，沿著這些概念有利于我們確定哪些內(nèi)容是信息技術(shù)實驗的核心內(nèi)容。

數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)分成定性和定量兩種，一般情況下，能夠定量的數(shù)據(jù)就不要定性，即使定性的數(shù)據(jù)也需要盡量的定量化。數(shù)據(jù)按照定量的程度可以分為：①分類量：作為分類的標簽，如蘋果、梨這些名稱。②二值量：只有是和否兩種可能性，如開關(guān)的狀態(tài)。③層級量：用于比較優(yōu)劣，如客戶評價中的十分滿意、滿意、一般、不滿意。④可分量：存在著連續(xù)的可以逐級分解的單位，如長度，米之上有千米，之下有厘米。⑤可加量：數(shù)值a和b，存在c，代表a和b的和，如體積，可加量常常都是可減量。⑥密度量：表示可加量增長速度的快慢，如質(zhì)量隨體積增加，增加的速度就稱為密度。上面的六種數(shù)據(jù)類型，是向下兼容的，高層級可以向低層級的降格。它們一般用于描述確定的事件，對于不確定事件還需要統(tǒng)計和概率的方式來定量描述。

穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系：從數(shù)據(jù)的角度理解世界，是從信息技術(shù)的高度，對知識產(chǎn)生形式的一種高度概括，這種概括與數(shù)學和科學研究有關(guān)，計算機的介入又使得這種概括超越了紙面，變成了可以探究的實體對象。如果認為量化是信息技術(shù)實驗的一個要點，那么尋找穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系的過程就是信息技術(shù)實驗的另一個要點。比如，反應(yīng)時間對于每個人是一個穩(wěn)定的常數(shù)，可以重復(fù)做實驗獲得很精確的數(shù)據(jù)，與此同時每個人還有自己反應(yīng)時間的概率分布，對于自身而言反應(yīng)時間還有諸多影響因素，對于群體而言，還有群體反應(yīng)時間的概率分布，群體反應(yīng)時間的代繼變化，以及提高反應(yīng)時間的訓(xùn)練策略等穩(wěn)定的數(shù)據(jù)和穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系。這種尋找規(guī)律的過程，涉及信息的獲取、存儲、分析和表達，是一種應(yīng)該倡導(dǎo)的信息技術(shù)教學內(nèi)容。編程可以制作研究工具，Excel可以作為數(shù)據(jù)處理軟件，數(shù)據(jù)庫可以作為數(shù)據(jù)存儲和共享的媒介，網(wǎng)頁、海報、研究報告可以作為結(jié)論的表達手段……這種開放性的研究選題，是傳統(tǒng)學科所難以涉及的，因為沒有一個傳統(tǒng)學科能夠容納如此多的研究議題。傳統(tǒng)學科通過知識體系來維系，而信息技術(shù)通過能力體系來維系，信息技術(shù)實驗是一個很好的多元能力的載體，而將穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系的探究作為教師設(shè)計信息技術(shù)實驗的選題依據(jù)，給了教師很大的自由度。作為一個體系，穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系的探究難度同樣也是有差別的，目前的研究階段還不好定論，但是與實驗裝置的搭建、數(shù)據(jù)量、所涉及的數(shù)學知識的程度、是否需要外出獲取數(shù)據(jù)這些指標有關(guān)。

除了上述的核心概念之外，信息技術(shù)實驗的核心概念還有編碼、通訊、效率和信息量，限于本人目前掌握資料和思考深度所限，這些概念將會在后面的文章陸續(xù)分析。也期待著讀者能夠參與信息技術(shù)實驗的討論。