吳俊杰
編者按:在旁聽高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂會(huì)議的時(shí)候,很多老師覺得信息的概念很難評(píng)價(jià),“我腦子里的信息和你腦子里的信息怎么能量化呢?”為此黃榮懷教授給了我一個(gè)發(fā)言的機(jī)會(huì)。我坦言,在物理學(xué)中已經(jīng)很明確的源、洞、流的概念,有助于我們加深對(duì)信息和數(shù)據(jù)的概念的理解,而且也有很明確的理論體系說(shuō)明這個(gè)過程。在此,我覺得有必要對(duì)此做簡(jiǎn)要的介紹,來(lái)完善信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)的理論體系。
在信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)的核心概念中,數(shù)據(jù)這一概念非常重要,它既是將生活中的各種信息數(shù)值化的手段,又是計(jì)算研究的對(duì)象。而信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)最常見的分析方法就是:根據(jù)一組數(shù)據(jù),分析一下它的內(nèi)部規(guī)律是什么。比如有100組反應(yīng)時(shí)間,從中我們可以計(jì)算出它的平均值、最大值和最小值,然后得出結(jié)論“你的反應(yīng)時(shí)間在最大值和最小值之間,平均值為多少”,這樣的過程甚至可以細(xì)化,通過概率和統(tǒng)計(jì)的知識(shí),你甚至可以得到反應(yīng)時(shí)間為某一個(gè)范圍的概率,這反映了一個(gè)重要的問題,就是人不可能記住這一百個(gè)數(shù)據(jù),但卻能用科學(xué)的方法將數(shù)據(jù)的復(fù)雜性降低,抽象出內(nèi)部的規(guī)律,產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)。信息的量稱為數(shù)據(jù),這種數(shù)據(jù)在流動(dòng)的過程中數(shù)據(jù)量驟然減小的現(xiàn)象稱為信息的塌縮。
在德國(guó)卡爾斯魯厄物理課程中,物理學(xué)家們這樣描述信息:信息是客觀的,任何一個(gè)物體都可以存儲(chǔ)一定量的信息,它以比特為單位,有具體的量,記為X。
當(dāng)這個(gè)物體傳輸信息的時(shí)候,傳輸了dX比特的信息,如果自身的信息量沒有相應(yīng)地減少,就像一個(gè)人把一個(gè)八卦告訴另一個(gè)人,他還記得這個(gè)八卦,那么這個(gè)物體是信息的源,或者這個(gè)物體本身就在不斷地產(chǎn)生信息并且將其傳輸出去,因此它也被稱作信息的源。而如果有一個(gè)物體在接受信息之后,它沒有存儲(chǔ)這個(gè)信息,信息不見了,就像我們聽到了一個(gè)八卦,而根本沒有在意它,很快就忘記了,這個(gè)物體稱為信息的洞,對(duì)于計(jì)算機(jī)而言,洞比較好理解,刪除一個(gè)文件或者服務(wù)器定期地釋放空間,而人本身既是一個(gè)源,又是一個(gè)大大的洞,一方面我們通過遺忘來(lái)減少大腦的負(fù)擔(dān),另一方面我們通過分析識(shí)別大大降低了人腦存儲(chǔ)的信息的量,信息量大大地塌縮。就像我們參加一個(gè)很大的聚會(huì),里面有各種各樣的人,如果我們將人眼比喻成一部高清數(shù)碼相機(jī),一眼看下去,我們接收到了至少幾百萬(wàn)比特的信息,而我們第一眼卻只記錄了哪些人我認(rèn)識(shí)、他們?cè)谀睦铩⒋┦裁匆路冗@幾十個(gè)比特的東西。分析能力是任何智能系統(tǒng)與生俱來(lái)的,它與遺忘密不可分,機(jī)器智能與人的智能的一個(gè)重要的差距,在于目前它的記性太好,但是卻不太會(huì)遺忘。我們把一個(gè)物體包起來(lái),在一段時(shí)間dt內(nèi),外界的信息的輸入,自身信息的產(chǎn)生,以及信息的銷毀或者遺忘,都會(huì)使得這個(gè)物體產(chǎn)生dX的信息量的變化,而變化除以變化所需的時(shí)間就是信息的流I,它像電流、水流一樣,用公式I=dX/dt描述,信息從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體,就需要傳輸介質(zhì),它們像電路、水路一樣,是電流和水流的載體,數(shù)據(jù)流也需要一個(gè)傳輸介質(zhì),我們稱作信道,它們就像是網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn),在此節(jié)點(diǎn)它們接受了信息,放大以后傳輸給別人,但是本身并不存儲(chǔ)信息,如果我們將一小段信道包起來(lái),便會(huì)發(fā)現(xiàn)流入的信息量和流出的信息量相同。這段信道自身的信息量沒有變化,如果我們?cè)谛诺郎锨邢乱粋€(gè)截面則發(fā)現(xiàn)這個(gè)截面在不斷地流入或流出信息,則可以根據(jù)截面的數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)算信息流的大小。就像電路能夠承載的電流是有限的一樣,如果人不斷地接收信息,卻不進(jìn)行分析和主動(dòng)地塌縮,結(jié)果往往是他也難以承受這么大的信息流。
信道并不是百分之百閉合的,就像水流一樣,它在流動(dòng)的過程中會(huì)自然滲入到地下,電纜在傳輸信號(hào)的過程中,不可避免地會(huì)在空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),而信息本身就在泄露,這種非主觀的泄露和故意的竊聽構(gòu)成了信息安全的一個(gè)重要組成部分。從這個(gè)角度來(lái)看,防止接收有害的信息源,避免成為有害信息的洞,不要惡意地竊取它們處置信息的權(quán)利,保護(hù)自身處置信息的權(quán)利,保證自身信息流的大小在安全范圍內(nèi),主動(dòng)地分析信息并實(shí)現(xiàn)信息的自主塌縮,構(gòu)成了信息安全和倫理道德看得見摸得著可量化的部分。
在信息技術(shù)走向?qū)I(yè)化的進(jìn)程中,很多概念都在不斷厘清,特別是對(duì)于高中階段的學(xué)習(xí),避免空洞的講述,淺層次的說(shuō)教,讓學(xué)生在更高的認(rèn)識(shí)高度來(lái)理解信息產(chǎn)生、消滅和流動(dòng)的客觀規(guī)律和主觀策略,有助于減少課程建設(shè)當(dāng)中的迷思和困惑,也有助于改進(jìn)我們的教學(xué)。