信息技術課堂該教些什么？

對話嘉賓：

范本愷：上海科技教育出版社副編審，期刊IT欄目主編，中小學計算機教育類、科技教育類圖書策劃編輯，上海市青少年科技創新大賽、上海市青少年創客大賽等多項賽事資深評委。關注教育發展趨勢，對信息技術促進教育變革充滿憧憬；熱心教育事業，相信一切教育的中心就是學生，只是學生。所策劃編輯的圖書涉及數學、物理、化學、生物、天文、地理、計算機、模型、創造發明、環保等多個學科領域，出版圖書曾獲上海市科學技術進步獎二等獎、華東地區優秀教育圖書獎等。

對話嘉賓：

陳凱：上海位育中學信息科技學科高級教師，同時擔任知識論、自然科學觀測、電子音樂制作等課程的任課教師以及教育信息化建設相關工作。熱愛音樂、熱愛自然，尤其熱愛閱讀和寫作，參與編寫過多本教材，正式出版或發表各類文章總字數約100多萬字，創作范圍不限于本學科教學，也拓展至科學普及、家庭教育等。在教學創意設計以及學生創造力培養方面有著極大的興趣，他相信“教育無處不在”，堅持不懈地對開源軟、硬件與開放內容在教育中的應用做著長期的研究。擔任《中國信息技術教育》雜志“信息技術課”欄目下子欄目“啊，我想到了——信息技術課程內容設計集錦”的主持人。

陳凱：這次對話討論的題目有點奇怪，對于其他學科，老師們不可能問本學科應該教些什么，但對信息技術學科來說，這的確是個問題，并且是個很大的問題。一方面，多年以來，信息技術學科的教學內容總在變化，有很長一段時間，教材主要是在講如何編寫程序；后來又有很長一段時間，教材上幾乎就沒有程序設計方面的內容，而是各種熱門的應用軟件的使用；再后來，教材又變得像大雜燴，講一些網絡應用，講一些多媒體設計，又講一些算法。另一方面，就自己上課的體驗來說，如果不是因為有統一性的考試作為標準，我也并不覺得有多么大的理由能說服自己為什么要教給學生這些知識，而不是那些知識。

范本愷：因為工作需要，我對信息技術教材內容的變化深有體會。信息技術課堂里應該講什么，信息技術教材里應該有些什么，這些年許多信息技術教師都在思考，并且在不停地創造、修正乃至顛覆原有的想法。這是一種想要努力抓住時代脈搏的精神。這是因為學科建設需要很長時間的積淀，實際上，歷史上任何一個經典的學科，都是在漫長的時間中逐漸發展起來的。我們可以看到信息技術本身發展極其迅速，如果從追求先進技術應用的角度看，我們的信息技術課堂是不是能跟上時代的步伐，從教材編寫和教學資源積累的角度來看，我個人是有所懷疑的。換個角度，假如信息技術學科教學的重點在于學科自身的經典思想，那么信息技術課堂是不是非有必要去趕時代的潮流呢？這也是值得我們思考的。

雖然說，教師在教給學生最新的熱門應用時，學生會非常興奮，教師教得也比較順暢，但不要忘記一個重要的問題，那就是，教師的教學目標是不是和課程整體的教學目標相符合？這個教學目標究竟是知曉一件事情還是掌握一個技能？或是通曉一個原理還是對科學方法有所體驗？

陳凱：范老師提出了一個很實際的問題，那就是信息技術教學最主要的目標是什么。信息技術學科名稱中的“技術”兩個字常常讓我覺得很困惑，甚至有時候弄不清課堂上的重點應該是怎樣的“技術”。例如，大家都認可的信息技術教學的一個整體目標是“利用信息技術工具獲取、加工、管理、表達、交流信息”，但我注意到，作為一個人，利用信息技術工具做各種工作的所謂“技術”，和信息技術工具本身如何運行的“技術”，這是兩個不同的概念。這個問題聽上去很拗口，所以舉個例子，我想要在一篇充滿著各種數字的文章里，找出所有的“100”，我就不能簡單地用查找功能，因為“2100”“3100”中都含有“100”，那么我究竟是用電子表格，還是編寫程序，或者是堅持用文本編輯器的功能實現目標，這是一個很具體的任務，既涉及技術，也涉及以往經驗，同時還考驗我的方案制定和實施能力。從整體上看，信息的獲取、加工、管理、表達和交流，是一項和現實緊密聯系又充滿個性化的過程。然而，我們的視角時常關注的是某個具體功能在底層是如何實現的，如字符串的搜索和匹配從算法角度看應該如何優化，為什么需要正則表達式等，當然，這些也是很重要的內容。那么，同樣是技術，信息技術課堂關注的角度應該在哪里？

范本愷：我想我能夠領會陳老師糾結的問題所在，有許多好的解決問題的思維方法，被完整包裝成了產品，產品本身是直觀、形象的，但解決問題的思維方法是抽象的，那么對于老師來說，就要考慮是讓學生了解直觀、形象的表面，還是深入觸及抽象的思維方法本身。抽象思維與抽象思維的實際應用，就好像是硬幣的兩面。對學生來說，或許他們更樂意關注某個實際應用本身，因為這些應用確實能解決一些現實問題。然而，有時候恰恰需要一些特別的、現實生活中并不多見的需求，才能引導學生開始探索某項應用是如何借助抽象的思維方法達到預想的效果。就以剛才“找數字”為例，在一大堆數字中尋找出“100”，對于學生來說，他們學的當然不僅僅是用軟件里的“查找”功能找到數字，而是要知道怎么把這個數字找出來，這樣就可能需要掌握許多算法方面的知識。

為了設計制作一個數字化的產品，如設計一個條形碼的解碼器，人們必須要掌握相關的基礎知識，如數字電路、布爾邏輯等，其中必然涉及數學、物理學等基礎學科的知識。當然，一個數字化產品的使用本身可能是需要一定技巧的，或者說，這個產品的應用可以和生活、工作、學習等許多事務結合在一起，因為有許多場合都需要用到掃碼和解碼的功能，有些實際應用相當有趣。那么，我們教學的重點在哪里？是前者還是后者呢？如果一定要有一個取舍，那么我個人的傾向是前者，原因是，在信息技術發展中，出現了大量活潑的案例，生動闡釋了各種基礎學科的知識是如何綜合在一起、誕生出能夠解決實際問題的信息技術應用的。

但這并不等于說，我們要把那些有用的現實功能擱置到一邊，因為現實功能總是和人們的生活密切聯系在一起的，現實功能是一個路標，或一扇門，為人們提出了等待解決的各種問題，而人類的技術正是為了解決各種問題而逐步發展的。

然而，能夠看到的問題是，當前各種數字化應用，其功能實在是太強大了，強大到產品的功能表象與基礎原理之間的距離實在太過遙遠了，無論是教師還是學生，都很可能會迷失在五花八門的新鮮應用中，而忘記去深究隱藏在表象背后的原理或規范，也沒有想去窺探一下技術發展中諸多靈感的火花在剛剛迸發時的形態。

陳凱：范老師提出了一個很有意思的現象，就是教師要避免迷失在紛繁復雜的各種應用中，要更多地關注學科的基礎知識。然而這恰恰是最讓我感覺困惑的地方，信息技術學科的基礎知識到底是什么？是在信息論中嗎？是在算法理論中，還是在自動機理論中？似乎都能扯上關系，但又覺得與現實的應用距離太遠。另外，雖然說這些理論是構建當前數字化應用大廈的基石，但這些理論本身卻并不是基礎，一些推導和證明都要用到比較深的數學知識，即便勉強作為課程的內容，也很難被大部分學生接受。

范本愷：從這個學科的名字被定為“信息技術”那一刻開始，你說的這種困惑大概就是免不了的，因為技術類學科面向的對象不是自然，而是各種人造的工具或物品，因此抽象的邏輯和推導過程都被包裹在這些工具或物品之中，人們關注的往往是如何使用這些工具或物品解決實際問題，而不是這些工具或物品之所以起作用的原因。我們回顧以往的信息技術課程，就能發現其工具性和實踐性很強。但時代發展太快，以至于計算機幾乎無處不在，無所不能，其使用也越來越智能化。對于信息技術教師來說，這大概不是件好事，或許將來有一天，人工智能的發展，會使得數字化工具的使用變得極其便捷，在大部分時間里，人們并不需要去“學習”這些工具該怎么使用，甚至工具會自動理解人的意圖。如果未來真的是這樣，那就并不需要有教師去教學生怎樣使用工具。

陳凱：的確是這樣，大概正是這些原因，許多信息技術教師將目光聚焦到了信息本身，如判斷什么時候需要信息，用什么工具去獲得信息，怎樣最優地處理信息，如何合理地評價信息等。我看過大量的課堂案例，其基本思路都是類似的，教師先給出某個生活中的實際問題，然后研究使用哪些信息技術工具來解決這個實際問題，在解決問題的過程中，教師還要和學生共同討論，哪些步驟在技術上是合理的，哪些做法會在道德或法律上遇到問題。但這樣卻并沒能解答我的困惑，在理想狀態下，針對具體問題，教師在課堂上不應該限定解決問題的工具或方法，教師應該從知識和技能的傳授者，變身為學習任務的管理者，但實際情況可能不是這樣。第一，教師不得不限制工具和方法，否則就很難掌控整個課堂；第二，相關的合格考試也只能規定工具和方法；第三，也是最重要的，怎樣合理有效地利用信息技術工具解決問題，這不是課堂上能夠教授的，而一些具體問題的具體解決方法，也不是在短短四十分鐘里學生就能夠領悟到的。

范本愷：任何課程，它必然是有計劃、有進程、有既定內容的。在課堂上可能會有各種教學活動，教學活動關聯了課程中靜態的知識和動態的現實生活。然而教學活動不是課程本身，沒有相對固定靜態知識在那里，活動就只是一個活動而已。因為現實世界的復雜性以及人的靈活性，生活中的實際問題的解決方法是多樣且不能事先預言的。如果教師規定了解決任務的工具及使用方法，那就限定了任務本身應有的開放性，但如果教師不規定工具及使用方法，那么就失去了支撐課程的既定的靜態內容，這是一個兩難的問題。

雖說人類進入數字化時代后，每個人都需要對事物比較敏感，有觀察、判斷、分析等信息意識，也需要有有效、合理地處理信息的基本素養，但這些都是在漫長的生活經驗中逐漸積累形成的。課堂上，空間、時間還有人際交往都受到限制，真實的生活很難在課堂中真正還原。這并不是說，教師不應該在課堂中培養學生的應用能力，而能力的形成并不是僅靠這門課程就能達成的。如果學校有條件，能夠為學生創造出一個理想的數字化的學習環境，那么學生在利用這個環境進行自主學習的同時，自身的信息意識和信息素養都會有所提升，但這也并不是說，要讓學生們在信息技術的課堂里，去實踐怎么進行數字化學習，我個人認為，這不是信息技術學科最重要的任務。

陳凱：看來我們的對話又回到那個問題，信息技術學科最主要的任務是什么？幾年前我曾經看到過一篇文章，文章認為當年將計算機學科的名字改為信息技術，并不是進步，而是一個錯誤。當時我對此并沒有太大感觸，而現在隨著和同行交流的增加，以及自己思考的深入，卻也意識到其中存在的問題。“信息技術”這四個字的含義實在是太過寬泛了，解釋的可能性也太多，這樣反而會造成學科的核心內容無法被固定下來。那么范老師，你認為信息技術學科的核心內容應該是什么呢？

范本愷：任何學科，都不能沒有其核心的學科思想，學科思想實際上是學科內容的高度抽象概括。大家也許會問，現在連內容都確定不下來，又怎么來談學科思想呢？但換個角度看問題，情況就不一樣了，因為必須有長期的、固定的內容作為思想的載體，學科在發展中總會有一些具有普遍性的規律被發現，且能被遷移應用，也會有一些特有的解決問題的方法被總結歸納出來，而技術的發展，與這些規律和方法密切相關。所以說，相對于技術產品的應用，我覺得更應該將目光放到那些經典的甚至說是古老的規律和方法上。如何抓住學科中更為本質的內容，如何將技術發展中的重要思想凸顯出來，應當成為課程建設的原則。

陳凱：對于在課堂上展示學科的經典思想，我確實做過不少嘗試，但在嘗試中也暴露了不少問題。雖然說我努力挖掘現象背后的本質，然而越是本質的內容就越抽象，越到底層就越和數學或邏輯結合在一起。而我們的學生，因為沒有受過相關的數學或邏輯推理方面的訓練，所以盡管那些經典的思想方法的光芒很耀眼，但學生卻無從體會。例如，我曾經在課堂上講授有限狀態機，試著讓學生理解人們是如何設計一個自動狀態的轉移過程，但真正能完成設計的不足十分之一，雖然說可以作為拓展課或提高班的教學內容，但肯定不適合面向全體學生。

范本愷：計算機學科——雖然一開始說的是信息技術，但話題已經不可避免地要回到計算機學科，其實是一門應用學科，所以越到最底層就越涉及各種基礎學科，如數學、邏輯學、物理學等。所以這就給人一種似乎不具備那些基礎學科的知識就無法觸及計算機學科的核心思想的感覺。但這并不是不可克服的問題，很重要的一個問題是，我們希望學生領悟對技術發展起重要作用的思想方法，但并不要求學生也同樣掌握具體與思想方法有關的問題解決的推導過程。以你剛才的例子，如果能讓學生直觀地觀察和記錄整個狀態機狀態變化的過程，能夠讓他們領悟到：其實很多機器是這樣來解決問題的，那么這節課就是有收獲的，兒童和青少年在成長中，每一個階段思維發展的特點都不同，我們要做的是選取能夠適應學生思維發展進程的內容，而不是教師認為哪些重要，就要教學生什么。對于高年級的學生來說，他們具有一定的抽象邏輯推理能力，不過這些能力不是憑空形成的，而是需要大量直觀的經驗作為鋪墊，尤其是涉及具體學科問題的時候，我們不能期待大部分學生通過頓悟就明白那些抽象且艱深的原理，要領悟一些具有本學科特點的邏輯推理的方法，是需要前期的積累和訓練的。

陳凱：所以說，課程內容的選擇要有方向性，不同時間段的課程內容最好要有連貫性，倘若這學期講動畫制作，下學期講圖片編輯，再下學期講網絡應用，看上去很熱鬧，其實應該做的積累和訓練，都被忽視了。所以我在想：哪些內容既能體現學科特點，蘊含學科獨特的經典思想方法，又在邏輯上具有連貫性和遞進性，并且還適合學生當前的思維發展水平？我頭腦中能夠浮現出來的，仍然是計算機學科中的一些內容，如數字電路、程序設計、數據庫等，然而這又出現了一個新的問題，因為學校培養的并不是程序員或電子工程師，那么為什么要教授這些內容？如果我認為，這些內容中有一些特有的思想方法，是有必要讓學生去體驗、去理解的，那么問題就變成這些特有的思想方法是什么？為什么有必要讓學生去體驗？

范本愷：如果要自己動手造一臺機器，并讓這臺機器幫助人們工作，那么這臺機器會是怎樣的呢？這臺機器可能很簡單，能做的動作不多，但卻能反復地做。然后就要考慮，是不是有可能，讓這臺機器依靠重復的動作，來完成一個比較大的任務？或者假設面臨的任務是比較復雜的，然而已有的機器功能卻是非常簡單的，并且都只能完成單一的任務，那么有沒有可能把這些機器組合起來實現比較復雜的任務？例如，在程序設計語言中，幾段程序代碼能實現很簡單的功能，但若將其嵌套到循環結構中，借助窮舉的方法，就可以完成人所不能完成的任務；又如，根據某個規則，將邏輯門組成一個小的運算裝置，然后套用同樣的規則，繼續將這些運算裝置組合，使其實現更多功能。所以，就必須把人“降低”到機器的層面，在機器功能單一有限的條件下，研究如何通過重復、組合來擴展這些機器的能力。

陳凱：聽了范老師講的例子后，我想到的計算機術語就是迭代和遞歸，但也有些懷疑，在基礎教育領域，學生的思維水平能否理解這些抽象的思想方法？還有，學生能否真地創造出一個能夠進行運算的機器？

范本愷：分層次說，首先是體驗某個方法起作用的過程，然后是能夠在具體任務中使用這個方法，再往上的層次，就是能歸納和總結出方法，最高的層次是獨立創造出某種具有普適性的方法。這其中體驗和實踐經歷的階段，必須要投入最大的資源，只有真正的體驗和經歷，才能保證學生在使用這個方法解決具體任務時，能真正將表面的知識內化為自己的經驗；而更高一些層次的要求，卻未必是普遍的，最高層次的要求，恐怕教師都難以做到吧。所以，我們并不是直接教給學生那些抽象的思想方法，而是讓學生親身體驗這些抽象思想方法用于解決具體問題中起作用的過程。

我個人認為，當教師帶領學生研究前人是如何用類似于機器的思維，即重復、迭代、遞歸等方法創造出一些可以進行運算的機器時，重點并不是重復一遍前人的創造，而是要在理解前人思維方法的前提下，為解決當下的問題，給出合理的結構模型。而先前我提到的某個被創造出來的機器，也未必是一個實體的機器，它可以是一個數字化的虛擬產品，也可以是一個思維模型。有很多著名的設計都可以拿來作為例子，如機械加法機、乘法機等。我甚至覺得，越原始的東西，越能展現計算機的核心思想。

陳凱：說到數字化虛擬產品和思維模型，我第一時間想到的就是圖靈機，圖靈機并不是一個實物，而是一個思維模型，并且現在也可以找到軟件制作的逼真的虛擬圖靈機。圖靈機的結構和指令代碼都非常簡單，用圖靈機實現一些簡單的運算任務，也很容易理解，而且某些任務也很有趣味性，所以圖靈機這個生動的例子就可以說明借助一個簡單構造的設備，通過有規律的重復動作來完成各種不同的任務。類似的情況在本學科的教學內容中相當普遍，如架設數字電路可以將單個功能相同的觸發器級連起來，組成多位計數器；在算法設計中，這樣的例子就更多了，無論是冒泡排序、對分查找或是遍歷搜索，都可以看成是利用有規律的簡單重復動作完成特定的任務。

我覺得這就是一條能貫穿學科中各種繁雜內容的重要線索：我們遇見一個實際問題，但擁有的機器卻能力有限，所以必須依靠有規律的簡單重復動作，如循環、迭代、遞歸等來完成這個任務，在課堂中，我們更多的是讓學生研究前人是如何完成任務的，然后通過模仿，逐漸學會用類似的思路解決當下的問題。然而，我卻一時找不出一個合適的名詞來概括它。

范本愷：陳老師的描述讓我想起了機器思維或計算思維這一類名詞，然而似乎又比計算思維這個概念涵蓋的范圍小很多。我忽然想起一個詞，叫做斷舍離，我們學科不能把任何與數字化有關的東西都收錄進來，一定要有取舍。雖然說舍哪些，留哪些，無疑讓人感覺糾結，但只有適當取舍之后，蘊含學科特色的思想才能更光彩地顯露出來。我個人的想法是，在技術發展的歷史中，具有突破性意義的論證、模型、發明之中所蘊含的獨特的思維方法，是值得我們投入更多精力去關注的。