信息技術課程之工程思維辨析

王榮良

華東師范大學中小學信息技術教育研究中心 上海 200062

信息技術課程之工程思維辨析

王榮良

華東師范大學中小學信息技術教育研究中心 上海 200062

運用“科學—技術—工程”三元論考察工程與科學、技術的關系，闡述工程思維的特征，從工程思維視角分析信息技術課程發展和教學內容，并提出通過中小學信息技術課程培養學生的工程思維。

信息技術課程；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《普通高中信息技術課程標準（實驗）》以來，中小學已廣泛開設信息技術課程。中小學理科教育基本是以科學理論與知識學習為主線，而信息技術課程作為一門技術類課程，對學生的全面發展有著獨特的作用。工程與科學、技術有著緊密的關聯。2002年，李伯聰教授提出“科學—技術—工程”三元論[1]，促使人們對工程的本質開展深入研究。本文以工程的視角分析中小學信息技術課程，探討工程思維教育的教育價值。

1 工程及其與科學、技術的關系

根據美國工程教育協會（ASEE）的定義，工程是一種把科學和數學原理、經驗、判斷和常識運用到造福人類的產品制造中的藝術，是生產某種技術產品或系統以滿足特定需要的過程。《現代漢語詞典》對工程的釋義是“土木建筑或其他生產、制造部門用比較大而復雜的設備來進行的工作”。由此可知，通俗地說，工程就是包含了設計和制造的大型的生產活動。

從活動的內容與本質來看，工程是按照社會需要設計造物、運行管理，追求在一定邊界條件下的集成優化和綜合優化，典型特征是創造一個世界上原不存在的物。工程活動不僅是應用科學和技術的活動，同時也是集經濟、環境、文化等綜合作用的社會性活動。相對而言，科學是對未知世界的發現、理解和認識，是以發現為核心，追求真理；技術是人們改造世界的各種可能的方法、技巧和工具，是以發明創新為核心，追求構思與訣竅。科學活動的本質特征是反映客觀存在的，技術活動的本質特征是探尋變革存在的具體方法，工程活動的本質特征是創造存在和超越存在。通俗地說，科學關心的是“是什么”“為什么”的問題，技術關心的是“可以怎樣做”“能怎樣做”的問題，而工程關心的是“可以做什么”“應不應該做”和“應該怎么做”的問題。

作為信息技術中的核心技術，即計算機技術，其科學、技術和工程是密切相關的。計算機科學與技術是對描述和變換信息的算法過程，包括其理論、分析、設計、效率分析、實現和應用的系統的研究。全部計算機科學與技術學科的基本問題是：什么能（有效地）自動進行，什么不能（有效地）自動進行[2]。計算機科學不僅不排斥工程的方法，相反廣泛采用其他學科行之有效的工程方法，如在軟件中開發采用開發工具、環境和規范，進而形成軟件工程學；在計算機的設計中，目前廣泛使用標準組件的方法。

2 工程思維辨析

從思維方法來看，傳統的科學思維與技術思維都是理論性的，強調思維的邏輯性、客觀性與真理性。與此相反的是，工程思維是實踐性的，更強調思維的整體性、人文性和實踐性，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、經驗的。理論思維是認知型的思維方式，其基本特征是力求邏輯自恰、規避自相矛盾。工程思維就是在工程的設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人員綜合運用邏輯思維、形象思維和頓悟思維分析和解決問題的思維能力，工程思維是運用各種知識解決工程實踐問題的核心[3]。

工程活動是一項復雜的系統性活動，各種各樣的工程活動有著各自的特點和獨特的內在結構。但是無論多么復雜的工程活動都必須經歷設計規劃、建設實施以及消費使用3個階段。由此可以對應，工程思維按內在結構可以分為3個方面：工程設計思維、工程實施思維、工程消費思維[4]。在這三類思維中，工程設計思維涉及的主要任務是完成工程建設的準備工作，主要內容包括立項、可行性分析、融資、設計、決策、風險評估、招標、授標等。這種思維面臨的是潛在可能性與現實可行性的轉化契機，尋求工程理想與工程實在兩者間矛盾的解決。顯然，工程設計思維是人們基于已掌握的知識、理論、技術和方法設計開發新的物品的過程，是目前基礎教育中理論思維的有效拓展。

如果說工程設計階段的思維側重于創新性，那么工程實施思維就是根據常規性、穩定性、安全性、可控制性等方面來實現工程設計，并且在工程實施過程中加以必要的修正，使之適應實際的要求。因此，工程實施思維是思維方式的重構，也是使用價值的重構。工程實施思維正是目前基礎教育所缺失的，同時也是學生解決學習生活中的實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課程變革分析

長期以來，工程一直被看做技術的分支。近年來，隨著工程逐漸成為社會主流的活動形態和實踐方式，加上技術哲學的經驗轉向，才導致工程與工程哲學的凸顯，并最終從技術和技術哲學中分離出來。從工程的活動形態來看，工程可分為制作工具的實踐活動和用工具完成預定目標的實踐活動。如何制作信息技術工具以及如何用信息技術工具解決實際問題，都是信息技術課程的學習內容，這些學習過程一定滲透工程思維。

我國的信息技術課程發展可以分為“計算機文化論”“計算機工具論”“信息素養論”3個階段[5-6]：第一階段是在蘇聯學者伊爾肖夫提出的“程序設計是第二文化”的影響下，國內幾所重點高中開設“程序設計”選修課，產生第一個以程序設計為主的試驗性教學大綱，其核心是計算機文化論；第二階段是受當時國際上通行的“工具論”的影響，原國家教委頒發第二個試驗教學大綱，教學內容增加了文字處理、電子表格和數據庫等應用軟件，開課年級向初中發展，選修課名稱為“計算機課”；第三階段是2000年起，教育部頒布《中小學信息技術課程指導綱要（試行）》，課程名稱正式由“計算機課”改成定位更加準確、內涵更為寬泛的“信息技術課程”。

計算機界長期以來一直認為程序設計語言是進入計算學科各領域的優秀工具，也是獲得計算機重要特征的有力工具[7]。早期在中小學開展BASIC語言和LOGO語言學習為主的計算機課程，正是以認識計算機特征為目的。受多方面的局限，當時的課程沒有從工程設計思維、工程實施思維的角度認識程序設計語言學習和運用的價值，而是過多地關注具體語言的細節，隨著計算機軟件的日益豐富而必然被“計算機工具論”所取代。

以應用軟件為學習對象的計算機課程，雖然強調應用，但仍然關注軟件操作細節的學習，使得課程學習內容與社會上的軟件培訓班相差無幾。隨著計算機軟件的豐富與普及，以及計算機操作的人性化，重視工具操作、缺乏思維和方法的計算機課程面臨改革是必然的。

信息技術課程不僅在課程目標上實現從掌握計算機知識和技能到信息素養的轉變，課程形態、教學內容、教學模式、評價方式、教材等方面都有了較大的發展與改進。信息技術課程將課程內容拓展到信息以及信息處理，明確提出“提高信息素養，培養信息時代的合格公民”[8]。然而，信息素養作為現代公民的基本素養，信息技術課程不是其唯一的培養渠道。同時信息素養也難以反映信息技術課程的技術與工程屬性，特別是當小學和初中普遍開設信息技術課程以后，高中信息技術的課程目標與學習內容會產生新的困惑。基于工程思維與信息技術的天然關系，工程思維培養應該成為信息技術課程的核心目標之一。

4 信息技術課程中的工程思維教育

我國的傳統文化是重視理論，技術次之，工程更次之。在基礎教育中，具體的體現是重視研究“是什么”“為什么”的理論思維。但是，理論思維的產物并不能直接付諸實踐，在實踐前必須進行籌劃性思考，即進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踐中得到良好的應用。

4.1 工程思維的全局觀

工程思維的全局觀表現為系統性和綜合性。工程是一個系統，其中每一個部件都有相互關聯的，工程思維的系統性表現在無論是工程設計還是工程實施，都要用系統的觀點來思考。同時，工程思維具有很強的綜合性。因為在人類的實際生活中，有許多問題都不是能夠以純理論演繹可以解決的。運用工程思維解決問題時，必然要根據自然科學的各種原理和工程實踐知識及經驗，從不同角度、不同層次和不同路徑上對思維對象進行綜合性觀察、分析、研究，達到解決問題的目的。在信息技術課程中，制作演示文稿也是一個小小的系統工程，首先需要根據應用目標規劃演示文稿的風格、選擇模板，然后收集素材和制作，最后還要測試其播放效果。在實際應用中還需要根據應用的實際效果來調整內容及呈現方式。顯然，通過演示文稿制作滲透工程思維，學生的學習有意義。如果僅學習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習。

4.2 工程思維的邏輯觀

工程思維的邏輯觀表現在操作實施上的實踐性和慎密性。工程思維是以解決具體問題為目標的，任何一個工程項目都是依據工程思維方法，按照“工程目標分析→方案設計→方案論證決策→工程實施→檢驗、反饋、修正”的環節完成。這種操作環節體現了解決工程問題的邏輯順序，不僅需要將理論知識聯系到生活實踐中，而且也培養了人們的工程實踐能力。同時，工程思維有很強的慎密性。盡管工程思維需要多層次、多角度地對思維對象綜合思考，但工程的操作實施不僅有嚴格程序要求，而且每一環節、每一步驟都有嚴格的工藝要求。程序設計是典型的工程思維體現。程序設計過程依據工程項目的實施環節進行，程序設計實現算法并在計算機上驗證，程序編制過程中需要嚴格遵守相關規則才能通過語法和詞法分析，程序的調試也是工程實施思維中有關修正的具體體現。

4.3 工程思維的方法觀

工程思維的方法觀體現在設計上的實用性和創新性。工程思維是從工程實踐和現實生活中提出問題，運用科技成果改造客觀世界，它所要解決的都是真實的、實際的工程問題，體現了工程思維是一種介于理論思維與實踐之間的籌劃型思維，是一種實用性思維。同時，工程的基本涵義是創造、發明、設計和建造，是一種創造性活動，工程思維具有創新性。工程思維在分析、解決問題中，既有概念或設想的孕育，構思的漸進性完善，又有頓悟、豁然開朗的突躍性飛躍，即思維過程的質變。在信息技術實現中，體現其思維方法的比比皆是，如計算機設計中內存與外存的關系，視頻信息壓縮中速度與質量的平衡，因特網中IP技術的使用，多點觸摸屏技術在電子產品中的廣泛使用，都表現出工程思維在方法觀上實用性和創新性。

5 結束語

從信息技術課程的發展歷程和學習目標與內容的不斷變化可以發現，信息技術的高速發展是影響課程穩定性的原因之一。探索信息技術的獨特思維方式，尋求穩定的課程教育價值，是促進信息技術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計成由一系列規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的最基本的思維方式[9]，體現了算法思維在信息技術課程中的教育價值，同時也在一定程度上影響“算法與程序設計”學習中教學方法的設計和教學內容的選擇。

算法思維是一種基于數學的思維，具備理論思維的屬性。同時，算法思維也包括了真實問題的解決過程，具備工程思維的屬性。在信息技術課程中，相比算法思維，工程思維有兩個特點：1）更具有普遍性，涉及信息技術課程中更多的學習領域；2）更關注技術和工具，強調用信息技術工具有效地解決問題。因此，探索信息技術課程中工程思維的學習價值，將會拓展人們對信息技術課程目標的認識，促進信息技術課程成熟發展，最終使廣大學生通過課程學習獲得終身有用的思維方式和能力。

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

[2]趙致琢.關于計算機科學與技術認知問題的研究簡報[J].計算機研究與發展,2001(1):1-15.

[3]王榮良.機器人教育與工程思維關系之研究[J].中國教育信息化,2008(24):27-29.

[4]衡孝慶,魏星梅.工程思維研究的現狀與展望[J].科學決策,2009(7):90-94.

[5]王湘東.鳥瞰：中小學信息技術課程的現狀與發展[J].中小學信息技術教育,2002(Z1):6.

[6]王吉慶.信息技術課程論[M].保定:河北大學出版社,2004:53-61.

[7]董榮勝.計算教育哲學初探[J].計算機科學,2000(1):93-97.

[8]教育部.普通高中技術課程標準（實驗）[M].北京:人民教育出版社,2003:5.

[9]王榮良.信息技術課程中算法學習的價值探索[J].中國電化教育,2008(8):79-81.

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