信息技術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實驗在基礎教育信息技術課當中的典型案例，并期望這些案例能夠促進信息技術課程學科地位的提升、豐富信息技術課的教學內容、拓展信息技術教師的課程設計視野。對此欄目有任何好的主意或建議，請發送稿件至towujunjie@163.com（主持人）或tougao1@chinaitedu.cn（雜志社）。

● 信息技術實驗提出的背景

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

● 信息技術實驗的定義

作為一個新的研究領域，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，我將目前的相關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，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實驗的概念本身。信息技術實驗是用科學研究的方法來研究信息技術領域內的核心概念或重要過程，以及以信息技術為核心研究其他領域中的問題的一系列學習活動的集合。這一領域，尤其是歷史發展的脈絡，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律的發現、一些代碼的研習稱之為“實驗”。伴隨著信息技術的發展，計算機不再是奢侈品和少數人的專利，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，很多教師已經注意到讓學生拆裝和動手的重要性，傳統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出現“組裝電腦”、“Scratch傳感器板”等涉及硬件的教學設計，越來越多對信息技術學科發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的“互動媒體技術”系列課程更是代表著信息技術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據素養的概念，認為數據的獲取、存儲、分析、表達的過程中存在著大量的通用的能力，這種能力應該成為信息素養的有效抓手。因此，適時將實驗的方法引入到信息技術的教學中應該是一件可以討論和研究的事情。

● 信息技術實驗的核心概念：數據、穩定的對應關系

信息技術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容是信息技術實驗的核心內容。

數據：數據分成定性和定量兩種，一般情況下，能夠定量的數據就不要定性，即使定性的數據也需要盡量的定量化。數據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，如開關的狀態。③層級量：用于比較優劣，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，如質量隨體積增加，增加的速度就稱為密度。上面的六種數據類型，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計和概率的方式來定量描述。

穩定的對應關系：從數據的角度理解世界，是從信息技術的高度，對知識產生形式的一種高度概括，這種概括與數學和科學研究有關，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實驗的一個要點，那么尋找穩定的對應關系的過程就是信息技術實驗的另一個要點。比如，反應時間對于每個人是一個穩定的常數，可以重復做實驗獲得很精確的數據，與此同時每個人還有自己反應時間的概率分布，對于自身而言反應時間還有諸多影響因素，對于群體而言，還有群體反應時間的概率分布，群體反應時間的代繼變化，以及提高反應時間的訓練策略等穩定的數據和穩定的對應關系。這種尋找規律的過程，涉及信息的獲取、存儲、分析和表達，是一種應該倡導的信息技術教學內容。編程可以制作研究工具，Excel可以作為數據處理軟件，數據庫可以作為數據存儲和共享的媒介，網頁、海報、研究報告可以作為結論的表達手段……這種開放性的研究選題，是傳統學科所難以涉及的，因為沒有一個傳統學科能夠容納如此多的研究議題。傳統學科通過知識體系來維系，而信息技術通過能力體系來維系，信息技術實驗是一個很好的多元能力的載體，而將穩定的對應關系的探究作為教師設計信息技術實驗的選題依據，給了教師很大的自由度。作為一個體系，穩定的對應關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、數據量、所涉及的數學知識的程度、是否需要外出獲取數據這些指標有關。

除了上述的核心概念之外，信息技術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分析。也期待著讀者能夠參與信息技術實驗的討論。