“數字形式表達的信息”之理解

李維明

在《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課標》）中對信息科技課程性質是這樣描述的：“信息科技是現代科學技術領域的重要部分，主要研究以數字形式表達的信息及其應用中的科學原理、思維方法、處理過程和工程實現。”對這段表述中提到的“數字形式表達的信息”應該如何理解？這樣表達的信息應該如何研究？

●信息的理解

有關信息的解釋，有多種不同的說法。《現代漢語大詞典》中對“信息”的解釋是：“音訊、消息”“一種通過指令、數據或符號傳送，接收者預先不知道內容的消息”。這里說的“消息”其解釋之一為“音訊”，如好久沒有某人的音訊了，其意就是對某人的情況好長時間都不了解了，要想把“不了解”變成“了解”，就需要知道某人的具體“情況”，這就需要通過通信或其他手段來了解某人的“信息”。“烽火連三月，家書抵萬金”說的就是這個道理。

按照信息論創始人克勞德·艾爾伍德·香農的說法，人們只有在兩種情況下有通信的需要：其一，是自己有某種形式的消息要告知對方，而估計對方不知道這個消息；其二，是自己有某種疑問要詢問對方，而估計對方能做出一定的解答。這里的不知道和疑問是在一般情況下歸結為存在某種知識上的“不確定”。對于第一種情況，是希望消除對方的不確定性，對于第二種情況，則是請求對方消除不確定性，所以通信的作用是通過消息的傳遞，使接收者從收到的消息中獲取一樣東西，因而消除了通信前存在的“不確定性”，這種東西就是信息。因此，信息就是用來消除不確定的東西。[1]

如果將“信息”和“消息”等同，就窄化了信息的意義。從本質上來講，信息是物質屬性的反映，它與物質、能源并列構成了人類社會的三大要素。因此，一種更具普遍意義的表達就是“信息是事物屬性與事物關系的表現，通過信號、消息、情報與數據等形式進行傳播與交換，只有當信息接受者覺得信息具有新內容時，信息才發生作用”。[2]

●信息的表達

信息可以有很多種表達形式，而且同一種信息內容可以采用不同的表達形式，以滿足信息接收對象的實際需要。例如，我們常見的天氣信息可以通過不同的形式予以表達，如用語言文字發布、用圖形圖表呈現、用衛星云圖研究、用語音播報傳播、用啞語手勢表達等。文字、圖片、音頻和視頻等各類信息，要用計算機來識別、處理，就必須將其表達為計算機能識別、處理的形式，這就是數字形式。

在自然界，溫度、濕度、壓力、長度、電流、電壓等是以模擬信號的形式呈現，它們都是連續的信號，在一定的時間范圍內可以有無限多個不同的取值。對這樣的信息，計算機不能直接處理，因而需要將其轉換為數字形式，也就是將模擬信號轉換為數字信號，使之“數字化”，成為“數字形式表達的信息”，成為信息科技課程的研究對象。由于模擬信號轉變為數字形式，其承載的信息原本表達的意義并不會改變，所以對“數字形式表達的信息及其應用”的研究，其實就是對“信息及其應用”的研究。

●信息的研究

《課標》指出，“數字形式表達的信息及其應用”的研究主要涉及“科學原理”“思維方法”“處理過程”“工程實現”這四個方面。其中，“科學原理”和“思維方法”主要涉及信息論、系統論和控制論的觀點，以及計算機科學的原理和計算思維的方法；“處理過程”和“工程實現”主要涉及信息技術的具體應用及規模化實現。前者偏向理論，后者重于實踐，二者結合的理論與實踐就形成了完整的“數字形式表達的信息及其應用”的研究。

《課標》中有一條重要的主線就是“信息處理”，其基本的內容是以信息為對象，研究信息的本質、特點及其接收、存儲、轉化、傳送、發布和利用的一般規律，這就是信息論的觀點和方法的具體應用。《課標》按照年級的升高，以“文字、圖片、音頻和視頻等信息處理—使用編碼建立數據間內在聯系的原則與方法—基于物聯網生成、處理數據的流程和特點”設計課程內容，逐步提高學生的信息處理能力。[3]

說到科學原理，系統性研究信息與計算的理論基礎以及它們在計算機系統中如何實現與應用的實用技術的計算機科學必須關注。計算機科學包含很多分支領域，有的強調特定結果的計算，如計算機圖形學，有的是探討計算問題的性質，如計算復雜性理論。還有一些領域專注于怎樣實現計算，如編程語言理論是研究描述計算的方法，而程序設計是應用特定的編程語言解決特定的計算問題，人機交互則是專注怎樣使計算機和計算變得有用、好用，以及隨時隨地為人所用。[4]

對于思維方法，個體運用計算機科學領域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設計等思維活動[5]的計算思維方法是信息科技課程要培養的核心素養之核心。要像計算機科學家那樣思考問題，像計算機工程師那樣解決問題，學會這種思維方式和解決問題的方法不是一蹴而就的，必須經歷無數的“處理過程”和大量的“工程實現”才能逐步形成。所以，基于“數字形式表達的信息及其應用”研究的信息科技課程，其重點應該立足于應用，在應用的基礎上理解其科學原理，發展計算思維，提升核心素養。

其實，從信息科技的發展來看，把信息轉化為數字形式的信息再展開研究的方法只是研究信息的一種方式，而這種方式的基礎就是目前高度發展的電子計算機技術。隨著人腦科學研究的深入，信息的表達可以直接被接受、理解、認識及處理，如果是這樣，也許就沒有必要再將信息轉換為數字形式了。