信息技术实验的核心概念：编码、通讯、效率和信息量.doc

1、1信息技术实验的核心概念：编码、通讯、效率和信息量主持人手记：本专栏主要介绍信息技术实验在基础教育信息技术课当中的典型案例，并期望这些案例能够促进信息技术课程学科合法性的提升、丰富信息技术课的教学内容、拓展信息技术教师的课程设计视野。对此栏目有任何好的主意或建议，请发送稿件至（主持人）或 （杂志社） 。 信息技术实验的宗旨在于挖掘信息技术的核心概念和核心问题，至于哪些问题是信息技术的核心问题，制作一个全集，恐怕需要一个长时期的思考，不是本文的讨论议题，但是至少在这一系列文章当中笔者期待着能够保证信息技术实验作为一个领域其核心概念的稳定性。在上期文章中介绍了首要的两个核心概念：数据、稳定的对应关

2、系的定义，接下来在本文中介绍编码、通讯、效率和信息量这四个其余的核心概念的基本定义和典型案例，这些概念是经过长期的思考和教学实践形成的，笔者期望这些概念在信息技术实验的大框架之下是相对稳定和基本的，但信息技术实验是一个新的领域，难免思考有不妥甚至错误之处，欢迎用电子邮件或者发表文章争鸣讨论，这也是笔者抛出这些观点的初衷之一。 编码 编码是从模拟信号到数字信号必须要经历的过程，就像声音的波形2原本是一条连续的曲线，但由于计算机采样的关系，必须要确定采样的时间间隔，以及振幅的变化范围（Scaling） ，将这个变化范围分成多少个小格（Leveling） ，真实的一个振幅如何找到它应该对应的那个小格

3、（mapping） ，以及这个时间-数字化振幅的数据文件要以什么样的形式存储（Saving） ，将模拟转化为数字过程称之为编码。换句话说，编码的核心是一组对应规则，这组规则可能很自然，像十进制到二进制转化一样自然，也可以非常繁琐，像一个密码本一样似乎毫无规律可言，但是只要对应的规则确定之后，编码的大部分工作就完成了。 通讯 通讯与编码是彼此独立的两个过程，每种通讯的需要就对应一种编码的需求，如一开始一段歌曲在音乐厅里有歌手传递给听众，之后听众在家里就可以完成歌曲的欣赏，于是歌曲被谱成歌谱，写在文字上，听众如果不能请来歌手，就必须根据歌谱自己演唱。之后人们发明了唱片，振幅和时间的信息基本上被等比

4、例的刻录在唱片上，由制作唱片的人编码，根据同一套编码体系由播放唱片的机器解码，这个解码的过程是简单而容易理解的。唱片在不同的人间直接传递，通讯方式是自然的、容易理解的，人们甚至难以感受到这个过程是在通讯，通讯更难以成为一个被人重视的重要领域。但是人们听音乐始终是一种单向的信息传递，人们天然的就具有双向传递信息的需求，而且期望这种体验，在远距离的前提下，就像面对面的谈话一样畅达，所以电话出现了。计算机的出现，使得编码变得非常准确，一段音频被数字化之后，不像唱片时代一样传输和复制起来会有一定的制作误差，被计算机数字化的音频可以完3全地拷贝给另外一个人，从一张软盘到另外一张软盘，这个过程当中通讯比原

5、来方便了。直到网络时代的出现，计算机通过网络技术实时地和另外一台电脑实现通讯，通讯的过程中涉及通讯协议、保密方式、传输方式、通讯信号的增强等新的领域，此时，通讯技术相对于编码技术被凸显出来。在信息技术实验当中通讯类的实验是一类非常重要的、凸显信息技术学科特点的实验。例如，将声音的强弱作为信号的手段，以未加密的二进制协议，通过双头耳机线、一台电脑将耳机输出的音频信号输入到另外一台电脑的麦克风端口上，另外一台电脑将信息解码后，用同样的方式向第一台电脑通讯，这样的过程在现有的信息技术教学环境中是能够实现的，使用 Scratch 等简单的程序语言，学生是可以从原理层面上掌握通讯的技术特点和核心概念的。

6、因此将通讯作为信息技术实验的一个核心概念提出。 效率 效率问题一开始就出现在计算机和单片机的产生过程当中，计算机一开始的社会需求就源自于人们对于提高大数据的运算速度即效率的追求，同样各种功能各异的单片机和机器人生产的重要目的就在于提高效率，而在信息技术实验这个领域中，效率同样是一个需要重要提及和研究的主题。常见的效率比较的过程出现在以下几个方面：算法效率比较。这类效率的比较常常出现在各种程序设计的竞赛中，如在一定的代码长度和一定的内存使用空间内，哪种算法执行的时间更短一些，这种过程常常是现在程序设计课程在高级阶段的教学内容。新软件和旧软件在效率上的比较。我们在使用应用软件的过程中，总是认为新的

7、软件4一定比旧的软件好用，大公司的软件一定比小软件好用。事实上，基础教育具有公益的性质，基础教育并不是为垄断的软件企业提供消费者的一个渠道，而应该是培养理性的，具有充分自主性和选择能力的适应未来软件市场的合格消费者，因此让学生比较不同软件的使用效率、性价比，同一款软件改进之后的工作效率，是我们讲授应用软件的一个重要的一直被忽视的教学内容。是否要研发新技术的判断力。学习了如何比较和选用软件之后，作为一个初步掌握了一门编程语言、初步具备了编写应用软件的学生，在面临真实的工程问题时，需要判断工程项目使用旧的但是执行效率低的算法还是用新研发的执行效率高但是研发过程存在风险的新的算法来实现，这个过程无论

8、是在编写软件还是在应用软件的过程中都是常常出现的，需要许多个案例来帮助学生判断和反思，提高学生的判断力。技术路径的效率比较。软件的编写或者工程任务的完成，其技术路径和研发方式有很多，如有一个人完成的、分小组完成的，将整个工程分成几个部分、一环套一环完成的、也有将整个工程分成几个阶段，每个阶段相对完整、使用迭代过程完成的，这些都是不同的技术路径，这些技术路径的效率的比照，同样也是一个重要的研究议题。因此，在信息技术实验这个领域，效率的概念是需要用具体的过程，具体的数据来让学生体会和研究的，远胜于教师简单地给出结论。 信息量 信息量的概念在物理学当中就是信息存储的空间的数量，这个概念有三点需要辨析

9、。客观的信息量：如果将信息降格为数据，那么这些数据的存储空间是一定的，数据的存储空间是可加的，单位是确定的，但5是因为人要分析信息，因此信息量还有其主观的方面。主观的信息量是：心理学的研究表明，人的瞬时记忆一般只能记忆 7 个彼此无关联和规律的数字，人分析信息的这种天然的限制，使得人有一种天然的汇总分析信息、提炼规律的意识。因此分析出客观信息量的主观解释，是一种自然的人主观处理信息的过程，如在人看来 1000 个随机的 10 位数和 1000个 1 的客观信息量是相同的，但是如果认定了后者的规律性，那么其主观的信息量就减少了。事实上，如果通过概率的方法研究了前者的规律，前者的主观信息量也会被减

10、少。主观信息量具有减少的天然趋势，但是其并不一定是正确的和客观的，需要通过用上面分析效率的方法进行决策，并通过事实验证。主观信息量的另一个趋势是追求新鲜感，人总是会遗忘和出现审美疲劳的，从主观信息量的角度解释这件事是因为人找到了流行的规律，原本流行的东西让他感到乏味，就像听惯了流行音乐的大众，突然出现了有些充满乡土气息的“原生态”歌曲之后会眼中一亮一样，因为人群的遗忘，给人以主观新鲜感的东西，在客观上不一定是全新的。计算机和网络的出现使得这种新鲜感的提供变得愈来愈容易，在数字艺术领域的很多案例的核心就是提供跨界的新鲜感。信息量的塌缩：一幅色彩斑斓的位图和一幅黑色的位图在同样尺幅和存储协议的情况

11、下客观信息量是相同的，而在使用压缩软件压缩之后后者的信息量要远远小于前者，这说明信息量除了在主观信息量的形成过程当中存在着塌缩现象，在客观信息量的形成过程也存在着塌缩的过程，这是因为客观上对存储空间和运算速度的要求。信息量的塌缩是客观信息量到主观信息量连结的桥梁，这种塌缩的方式通过人工智能领域的发展将会变得6越来越自然，如人记不住一首歌的名字，可以对着智能搜索引擎哼唱几句，通过云计算和智能算法，计算机会给你几个选项。在未来的学习过程中，人需要记忆的客观信息量会越来越少，但这并不意味着人会越来越笨，人的智能通过人工智能的辅助作用其主观信息量的分析能力会大大提升，并且对产生而非消费更多的新奇的主观

12、信息量的欲望和能力也会大大提升，这就是为什么未来的社会被称作信息时代。不能让信息时代中信息技术的学科地位得不到应有的体现，因此信息技术实验的理论和课程研究还需要更多的人的积极参与。 将中学课程中的“计算机”改名为“信息技术”是非常高瞻远瞩的一个做法，信息技术实验的载体并不仅限于计算机，其实验仪器包括单片机、机器人设备、录音机、点读机等一系列在信息技术发展过程的不同阶段，不同侧重方面的仪器的使用。此外上面介绍的六组概念，从现有的理解来看，数据、存储和通讯是更偏向于信息技术学科的自身概念，效率和稳定的对应关系更加倾向于信息技术的应用领域，而信息量的概念介于两者之间。建立核心概念的过程，有一些作茧自缚的感觉，为了让后文将要介绍的信息技术实验在中学阶段的十几个典型案例有一个整体的框架和体系化的线索，藉由前面的实践和探索，笔者抽象出了这些概念，用以束缚后文，但是还是心存期待，信息技术实验有一个破茧而出的过程，即更多的人参与进来，丰富和充实、打破和重整这些概念，通过具体的案例，让信息技术实验的体系更加完整，继而充实和丰富信息技术的课程体系。毕竟，空谈误国、实干兴邦。