對話信息科學家

武健：在社會中，大家對“信息技術(shù)”一詞已經(jīng)耳熟能詳。提到信息技術(shù)，立刻就會想到手邊使用的電腦、手機，家里、單位里的網(wǎng)線、路由器、交換機……大家都認為這些現(xiàn)代技術(shù)對我們的生活有著重要的作用。技術(shù)與科學的關(guān)系密切。不過，很多人雖然熟悉信息技術(shù)，但并不知道什么是“信息科學”。

鐘老師，您已經(jīng)研究了幾十年的信息科學。《信息科學原理》一書已經(jīng)重印到第五版。您能否給讀者們講一講，信息科學是什么？有什么特點？

鐘義信：簡要地說，信息科學就是研究信息及其運動規(guī)律的科學。具體地說，信息科學是“以信息為研究對象、以信息運動規(guī)律為研究內(nèi)容、以信息科學方法為研究指南、以擴展人的智力能力（它是信息能力的有機整體）為研究目標”的一門新興橫斷科學。

武健：從概念、定義來看，信息科學與計算機科學并不完全一樣。因為信息科學是以信息運動規(guī)律為研究內(nèi)容的，研究內(nèi)容既不專指計算，也不是專指計算機。從這個角度思考，信息科技課程與計算機課程的內(nèi)容將有很大的區(qū)別。這對于一線信息技術(shù)教師來說，了解信息科學就更加重要了。您能否給我們講一講信息科學的核心內(nèi)容是什么？它對于整個社會能發(fā)揮什么作用？

鐘義信：信息科學的概念（定義）也可以通過它的基本模型來表現(xiàn)（見下頁圖1）。

這個模型也可以簡化為以下更直觀一些的模型（見下頁圖2）。

考察信息科學的定義和它的基本模型（以及簡化模型）可以知道：

信息科學最大的特點是研究“信息”（而不是物質(zhì)和能量）。

它的核心內(nèi)容就是研究“信息運動規(guī)律，即信息-知識-智能轉(zhuǎn)換的規(guī)律”。

世間一切物質(zhì)的運動都會產(chǎn)生信息。人類正是通過研究信息，才能認識世界（包括自然和社會）。因此，信息科學的研究目標，就是“擴展人類的智力能力，也就是擴展人類認識世界和改造世界的能力”。這就是信息科學對于整個社會的作用所在。

武健：我記得您曾經(jīng)講過信息分成主客體關(guān)系，那么我們理解基本模型與簡化模型也是一步步地發(fā)展出來的。從簡到繁是否可以這樣理解？（如下頁圖3）

從信息定義的基本模型中，還可以看到信息科學在特別關(guān)注著策略，尤其是人的策略。從這個角度來看，信息科技課程中會有著一批以前沒有的教學內(nèi)容。技術(shù)課中的學習計算機操作的教學目標是學會操作。而信息科技框架下的課程則需要以應用技術(shù)，挖掘其中的問題解決策略，了解信息科學概念與原理為主要目標了。

每個學科都會有一批本學科的科學家，像牛頓對于物理，哈勃對于天文，歐姆對于電學……信息科學是一門新興的橫斷科學，那么您認為這門學科中有代表性的信息科學家有哪些人？

鐘義信：橫斷科學，是在概括和綜合多門學科的基礎(chǔ)上形成的一類學科。它不是以客觀世界的某種物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運動形式為研究對象，而是從許多物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運動形式中抽出某一特定的共同方面作為研究對象，其研究對象橫貫多個領(lǐng)域甚至一切領(lǐng)域。所以，信息科學家、信息技術(shù)專家會有自己的領(lǐng)域，但會在共同的信息方向有突出貢獻。

如香農(nóng)（Shannon）在1948年發(fā)表了論文“通信的數(shù)學理論”，奠定了“通信信息論”;維納（Wiener）在1948年出版了著作《控制論》，奠定了隨機控制理論，貝塔朗菲（Bertalanffy）在20世紀60年代出版了《一般系統(tǒng)論》，建立了系統(tǒng)論。西蒙（Simon）對功能模擬的人工智能理論做出了奠基性的貢獻，費根鮑姆（Feigenbaum）是人工智能專家系統(tǒng)的開拓者，閔斯基（Minsky）對人工神經(jīng)網(wǎng)絡和認知理論有突出的貢獻，查德（Zadeh）創(chuàng)建了支持信息科學研究的模糊集合和模糊邏輯， 柯爾莫戈洛夫（Kolmogorov）對信息理論和控制理論都有杰出貢獻，等等。這些人都在信息科學領(lǐng)域有過不同方面的重要建樹，都可以稱之為信息科學家。

由于我國只有各種信息技術(shù)的學術(shù)機構(gòu)而沒有專門的信息科學的學術(shù)機構(gòu)，很少純粹信息科學方面的交流機會，因此很難確定誰是信息科學家。不過，由于我國信息化建設的迅猛發(fā)展，確實出現(xiàn)了不少在信息科學技術(shù)方面做出重要貢獻的人員。

武健：信息科學是一門新興的學科。既然是“新興”，那么它一定在發(fā)展，甚至是快速發(fā)展。您認為信息科學主要研究的方向與進展如何？現(xiàn)階段出現(xiàn)了什么樣的困難？

鐘義信：相對而言，信息科學是一門非常年輕的學科。因此，它的主要研究方向應當是信息科學的基礎(chǔ)理論，研究信息的基本運動規(guī)律。其中包括信息理論、知識理論、智能理論，特別是信息、知識、智能之間的轉(zhuǎn)換理論（一體化理論）。

經(jīng)過半個多世紀的研究和探索，我們在這些基礎(chǔ)研究方面取得了可喜的進展，具體表現(xiàn)在：建立了超越與拓展傳統(tǒng)信息論的“全信息理論”，發(fā)現(xiàn)了“知識的生態(tài)學規(guī)律”，創(chuàng)建了“機制模擬的人工智能理論”，實現(xiàn)了“結(jié)構(gòu)主義、功能主義、行為主義人工智能理論”的統(tǒng)一，還創(chuàng)建了“基礎(chǔ)意識—情感—理智三位一體的高等人工智能”，特別值得提到的是，發(fā)現(xiàn)了意義重大的“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生定律”。

在取得這些進展的過程中，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)科學（代表性科學是物理科學）的科學觀（還原論）和方法論（分而治之）不適用于信息科學（和智能科學）研究，總結(jié)并提出了適用于信息科學研究的新的科學觀和方法論。

面臨的主要困難是：由于信息科學和智能理論的研究對象多數(shù)是非常復雜的問題，因此現(xiàn)有的數(shù)學工具不敷應用，特別是其中的邏輯理論還相當單薄，不足以支持這些復雜問題的創(chuàng)新研究。這是當前信息科學發(fā)展中的“瓶頸”。

武健：信息科學關(guān)系到的方法論可以分成信息科學研究的方法論和信息技術(shù)應用的方法論。根據(jù)這樣的觀點，在信息科技課程中，需要以完整的信息綜合活動展開教學，而不適合片面地學習信息獲取、信息處理某一個片段。因為信息科學方法論更強調(diào)從整體到局部，不建議從信息運動中的某一細節(jié)去理解典型的信息過程。

信息科技的方法論分成理論研究層級和技術(shù)應用層級。您認為在信息科學研究中，常用的方法與手段有哪些？

鐘義信：與物理科學研究方法最大的不同，是不再采用“分而治之，各個擊破”這種流行了數(shù)百年之久而且一直行之有效的傳統(tǒng)科學研究方法論，而是改為運用全新的“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生”方法論。

原因是：“分而治之”方法論在把系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)的時候，必定會丟失各個子系統(tǒng)之間相互聯(lián)系相互作用的信息，而這些信息正是復雜信息系統(tǒng)的生命線。就像研究人腦思維奧秘的時候，如果采用“分而治之”的方法把人腦分解為若干部分進行研究，即使把每個部分都研究好了，也無法揭示人腦思維的奧秘，因為分解之后的這些人腦部分根本無法復原為活的人腦。

“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生”方法認為，信息系統(tǒng)是一個生態(tài)系統(tǒng)：由信息生成知識進而生成智能（策略），從而按照策略解決問題。它強調(diào)信息、知識、智能（策略）之間的相互聯(lián)系和相互作用，強調(diào)信息、知識、智能（策略）之間的生態(tài)聯(lián)系，根據(jù)外部世界客體的信息和認識主體的目的，可以通過學習創(chuàng)生解決問題的智能策略。

至于具體的研究工具，基本也是硬件試驗和軟件仿真（包括虛擬現(xiàn)實）。

武健：在信息科學體系中，您認為這個領(lǐng)域中最基本的概念和原理是什么？

鐘義信：信息科學最基本的概念包括信息、知識、智能。人們往往把信息科學技術(shù)僅僅局限在“信息”范疇，這其實是對信息科學技術(shù)嚴重的閹割。經(jīng)過這樣閹割的信息科學技術(shù)的作用，就大大被削弱了。

信息科學最基本的原理則是：信息—知識—智能轉(zhuǎn)換原理。正確運用這個基本原理，人們就可以在具體的環(huán)境中求出解決問題、而且保證實現(xiàn)“主客雙贏”的智能策略，從而滿意地解決問題。

武健：一般人都知道，現(xiàn)代科學與技術(shù)有著不可分割的密切關(guān)系。一方面，很多人還不知道什么是信息科學，另一方面，還不能想象信息科學與信息技術(shù)之間有什么關(guān)系。您認為兩者有什么樣的區(qū)別與聯(lián)系？

鐘義信：信息科學與信息技術(shù)是一對孿生的概念，信息科學是信息技術(shù)的理論基礎(chǔ)，信息技術(shù)是信息科學理論的具體實現(xiàn)。兩者相互聯(lián)系，相互促進。

武健：很多人認為信息技術(shù)就是計算機技術(shù)加上網(wǎng)絡技術(shù)，信息技術(shù)就是能夠用計算機上網(wǎng)。這部分人覺得，信息技術(shù)就是信息技術(shù)，不是什么“關(guān)于信息的技術(shù)”。關(guān)于這些觀點您是怎么看的？從信息科學的角度來看信息技術(shù)應當包含什么內(nèi)容？

鐘義信：只要對照信息科學的簡化模型，就可以很明確地回答：信息技術(shù)不等于計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)，因為這個說法很不全面，忽略了傳感技術(shù)，忽略了控制技術(shù)，特別是忽略了人工智能技術(shù)。

實際上，在以往，關(guān)于“信息技術(shù)”的概念，確實曾經(jīng)流行過很多各不相同的說法。其中比較出名的包括：

1C說——認為“信息技術(shù)就是Communication技術(shù)”，理由是：信息論就是通信論;也有一些人認為“信息技術(shù)就是Computer技術(shù)”，理由是：計算機就是用來處理信息的技術(shù)。

2C說——認為“信息技術(shù)就是Computer+ Communication技術(shù)”。

3C說——認為“信息技術(shù)就是Computer+ Communication + Control技術(shù)”。

但是，對照信息科學的簡化模型就可以明白，這些說法都屬于“以偏概全”的認識，都是不全面的認識。

從信息科學的簡化模型可以非常清晰地了解到具體的信息技術(shù)內(nèi)容，包括實現(xiàn)信息獲取功能的“傳感技術(shù)”，實現(xiàn)信息傳遞和策略傳遞功能的“通信技術(shù)”，實現(xiàn)信息預處理功能的“計算機技術(shù)和存儲技術(shù)”，實現(xiàn)信息認知功能和智能決策功能的“人工智能技術(shù)”，實現(xiàn)策略執(zhí)行功能的“控制技術(shù)”，以及實現(xiàn)反饋學習和策略優(yōu)化的“信息系統(tǒng)自組織技術(shù)”等。

武健：您認為未來20～30年，信息科技最有意思的發(fā)展可能是什么？

鐘義信：根據(jù)“科學技術(shù)擬人律”，未來20～30年，信息科學技術(shù)最有意義的發(fā)展將是人工智能技術(shù)。

對照信息科學簡化模型就知道，擴展感覺器官功能的傳感技術(shù)、擴展傳導神經(jīng)系統(tǒng)的通信技術(shù)、擴展思維器官預處理功能的計算機技術(shù)以及擴展效應器官功能的控制技術(shù)都是相對而言的外圍技術(shù)，擴展思維器官認知功能和決策功能的人工智能技術(shù)才是核心技術(shù)。目前外圍信息技術(shù)已經(jīng)得到長足的發(fā)展（未來當然還會繼續(xù)發(fā)展），這就為核心信息技術(shù)的發(fā)展打好了基礎(chǔ)，也產(chǎn)生了需求。因此，未來20～30年間，人工智能科學技術(shù)必然成為發(fā)展的主導潮流。

武健：您認為學習信息科技的知識對于中小學生來說有何意義？有沒有哪一部分內(nèi)容需要在現(xiàn)階段特別強調(diào)的？

鐘義信：中小學生絕對應當學習基本的信息科學知識，掌握信息技術(shù)的基本能力。當今的時代是信息時代，不學習信息科學技術(shù)，就會成為落伍的一代，被淘汰的一代。這是非常危險的。

當然，中小學生學習信息科學技術(shù)應當遵循“循序漸進”的認知規(guī)律和“興趣引導”的教學方法。事實上，信息科學技術(shù)本身的發(fā)展就是循序漸進的，如圖4所示。

武健：您對中小學的信息科學與技術(shù)課程（不等同于計算機課程）有何期望與要求？

鐘義信：根據(jù)“信息科學技術(shù)”的定義，“計算機科學技術(shù)”只是“信息科學技術(shù)”的一個組成部分。部分不等于全體，部分不能代替全體。所以，不能用“計算機”課程代替“信息科學技術(shù)”課程。

中小學的信息科學技術(shù)教育是一個極其重要的問題，又是一個十分復雜的問題。我們不能就事論事孤立地討論中小學的信息科學技術(shù)課程，而應當把它作為“國家信息科學技術(shù)教育系統(tǒng)工程”來統(tǒng)籌考慮：小學階段學什么？中學階段學什么？大學階段學什么？碩士研究生階段學什么？博士研究生階段學什么？等等。

按照“信息科學技術(shù)教育系統(tǒng)工程”的思路，中小學生應當通過“學習最為基礎(chǔ)的信息科學概念”和“掌握最為基本的信息技術(shù)能力”形成“最淺層（然而又是準確的）的信息科學技術(shù)觀念和濃厚的興趣”。其中，“觀念和興趣”是最重要的，而“概念和能力”則是支撐這種“觀念和興趣”的支柱。

武健：鐘老師，感謝您的指導。您認為2010年后，學科基本研究才逐步成熟起來。一門學科從成熟到走進基礎(chǔ)教育往往需要十多年的工作，而信息科技課程的發(fā)展將是長期的。希望您以后能夠經(jīng)常關(guān)注基礎(chǔ)教育中的信息科技課程發(fā)展，給我們更多指導。

附錄：

人類認識世界和改造世界的活動是一個“在物質(zhì)和能量支持下的信息過程”：認識世界是在物質(zhì)和能量支持下獲得信息并把信息轉(zhuǎn)換為知識的過程，改造世界是在物質(zhì)和能量支持下利用知識生成策略和執(zhí)行策略的過程。

因此，信息科學技術(shù)-能量科學技術(shù)-物質(zhì)科學技術(shù)共同構(gòu)成綜合的科學技術(shù)應用平臺，通過“認識世界和改造世界”的活動支持社會、經(jīng)濟、文化、民生、環(huán)境、國防事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展（如圖5）。