信息技术与教育创新/信息技术支持下的教育系统变革

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第1章 绪论
　　在人类历史演进的过程中，有关科学（science）、技术（technology）、社会（society）的不断研究和深入探讨，揭示了三者之间双向作用和互相影响的复杂关系，以及科学、技术对社会产生的正、负效应。教育作为人类重要的社会活动，不可避免地受到飞速发展的信息技术的冲击和影响，人类所持有的价值取向也决定和制约了信息技术在教育中的应用与发展。两者的相互作用引发了教育环境、内容、方法、手段、评价以及教学理念等方方面面的变革与创新，也促进了信息技术与教育的融合，主要体现在在哪学、怎么学、学什么等问题上。
　　1.1 信息技术与信息社会
　　1.1.1 信息技术的概念
　　信息是指音讯、消息、通信系统传输和处理的对象，是创建一切宇宙万物的最基本万能单位。维纳认为，信息是适应外部世界、控制外部世界的过程中同外部世界交换的内容的名称。①我国的《情报与文献工作词汇基本术语》中提出，信息是物质存在的一种方式、形态或运动形态，也是事物的一种普遍属性。
　　技术（technology）是商品生产、服务或实现目标过程中使用的技术、技巧、方法和过程的总和。技术可以是技能（techniques）、过程等方面的知识，也可以嵌入机器中以允许在不详细了解其工作原理的情况下进行操作。②世界知识产权组织在1977年版的《供发展中国家使用的许可证贸易手册》中，给技术下的定义是：技术是制造一种产品的系列知识，所采用的一种工艺或提供的一项服务，不论这种知识是否反映在一项发明、一项外形设计、一项实用型或者一种植物新品种，或者反映在技术情报或技能中，或者反映在专家为设计、安装、开办、维修、管理一个工商企业而提供的服务或协助等方面。③一项技术是关于某一领域有效的科学（理论和研究方法）的全部，以及在该领域为实现公共或个体目标而解决设计问题的规则的全部，最简单的技术形式是基本工具的开发和使用。
　　信息技术是信息和技术两个概念的组合，是与信息相关的技术。信息技术是在信息获取、加工和传递等过程中所采用的技术手段和方法的总和。从狭义上讲，信息技术是在商业或其他企业的环境中使用计算机来存储、检索、传输和操纵数据或信息的方法；广义而言，信息技术是能够完成信息的获取、传递、加工、再生和施用等功能的一类技术，是感测技术、通信技术、计算机与智能技术以及控制技术的整体。
　　1.1.2 信息技术的发展
　　虽然现在我们把信息技术相关研究聚焦在以计算机和通信技术为中心的现代信息技术上，但是从信息技术的广义界定来看，所有与信息获取、传递、加工、再生和施用有关的技术都可以称之为信息技术，信息技术的发展可以追溯到人类文明发展的各个阶段。
　　语言的出现是信息技术的第一次革命。远古时代的声与光是自然状态下的信息技术，人类可以利用声音和光来传递信息、交流需求、预警危险，但是简单的声和光能表达的内容较少，信息传递较为复杂。例如，吼叫声能够通知他人危险来临，但是到底是何种危险，危险程度如何却不能够准确表达。语言的出现不仅为思维提供了新的工具，更为远古人类传递信息提供了便捷，人们利用语言可以传递更为复杂的信息，信息的传递更加准确，内容更加丰富，信息传递也变得更加快捷、有效。
　　文字、印刷术、数学和运算技术的发展是人类信息技术新的革命，文字的出现使得信息传播突破了口耳相传的限制，信息可以以字符的方式被保存，可以通过其他媒介传送到很远的地方，可以通过一定的方式被准确提取出来。信息传递可能突破传播者的时空限制，信息传递过程中内容更加准确一致。造纸术和印刷术的出现提高了信息资源的传播效率，造纸术使得价格更加低廉、使用和携带更加方便的纸张成为信息传播的新媒介，信息传递成本更加低廉。印刷术使得信息内容可以在短时间内进行大量复制，信息传播费用得到了进一步降低，信息大范围传播成为可能。数字和运算技术为信息加工提供了新的工具，人们可以利用数学和运算技术对自己所收集到的信息进行加工和处理，通过计算、分析等产生新的信息，人类开始真正具有信息加工与处理技术。
　　从19世纪中叶开始的近代电子技术实现了信息传播和处理手段的显著变化。电报是近代信息与传播技术的鼻祖，人们能够在较短的时间内利用电报将信息传播到数千公里之外，开创了人类信息传递速度新纪元。随后的电话、无线电广播技术的出现，使得信息传播的内容不仅有文字，还有语音，人们可以通过电话和无线电广播将声音实时传递给远方的个人和群体；电影和电视技术的出现使得信息传播的内容进一步扩大，视频和语音记录使得信息内容更加丰富，人们不仅可以看到千里之外的声音和图像，还可以通过技术手段化小为大，化快为慢，让人们有机会发现仅靠肉眼无法观察或难于观察的景象。随着上述技术的发展，大众传播媒体逐渐兴起与发展，信息传播方式更加多样，传播范围更加广泛，传播效率更加高效，传递内容更加丰富，声音、图片、视频动画等携带更多冗余信息的内容可以在大范围内高速传播，信息获取和加工更加便捷。
　　开始于20世纪中叶的计算机与通信技术的发展，使得信息传递内容更加丰富，信息加工更加高效，信息利用更加简单、快捷。利用计算机人类可以进行高度复杂的数据计算与分析技术，大数据分析和处理技术还能在如海的数据中发现隐藏的关系，机器学习能够让计算机自己找到最佳化的问题解决方案；各种传感器和效应器的发明更是使得信息的收集和施用更加高效，人们可以利用技术收集自身难以收集的信息，信息收集和处理可以全部交给信息系统完成，信息来源更加丰富多样；信息高速公路等通信网络工程的建设，个人移动网络与便携载具的进步，5G等移动网络技术的发展，使得信息传递速度更快、费用更低、效果更好，可以将大量信息及时发送给远方，随时随地的信息收集、处理与传递技术成为可能；VR、AR等相关技术的发展，各种服务和功能的实现，为人们提供了更加丰富多样的信息环境与服务，我们已经完全进入了一个全新的信息时代。
　　周利敏对信息技术发展角度下的超智能社会进行了分析，认为即将进入的超智能社会具有以下特点④：智慧公民支撑的超智能社会，智慧公民不仅是指能获得信息和知识的技术娴熟公民，也指在参与社会、经济、政治和社会行动时能做出明智选择的公民；科技创新推动，AI、机器人技术、再生医学和脑科学等新技术将会出现在各个领域，大大提高生产效率；认知与决策自动化，物联网、人工智能与机器人等最新技术为个人和社会提供了自动化与智能决策，有利于在其不断增长的社会需求和有限的资源之间进行高效协调并促进行动的有效开展；社会技术生态融合，生命物理维度和虚拟维度相互交织，人们的互动行为更多发生在机器上或由机器进行调解；“网络-物理”在线社区构建，通过智能服务系统管理在线社区活动，脱离了地域和时间的限制，能随时随地在线互动；生活智能化，通过物联网、机器人、人工智能及大数据等技术从衣、食、住、行各方面提升生活便捷性，最终建设一个富裕且充满活力的社会；数据驱动型，人工智能服务计算方法，以Web服务的体系结构为基础，以数据为基础的服务业兴起，将数据收集、储存及利用作为新附加价值的基础，同时规划与开发数据的再回馈，形成了一个创新数据驱动的服务型社会。
　　1.1.3 信息技术的构成
　　从技术的层次结构来看，信息技术包括基础技术、支撑技术、主体技术和应用技术，如图1-1所示。
　　信息技术体系中的基础技术处于信息技术体系的最底层，主要指新材料技术、新能量技术等，信息技术的发展与提高有赖于这两类技术的进步。如电子技术的发展经历了电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路，计算机技术的发展历程就是半导体等新材料的开发和利用的历史，与材料技术发展密切相关。
　　信息技术体系中的支撑技术，主要是指机械技术、电子与微电子技术、激光技术和生物技术等，信息技术只有通过各种支撑技术才能实现。表征事物状态及其变化的信息都需要通过机械、电信号、光信号等物理参数表现出来，才能被人们识别、控制、处理和利用。同时电子技术等发展也需要利用到这些支撑技术。例如，在信息技术当中应用非常广泛的超大规模集成电路在一块芯片上集成的元件数就超过10万个，其加工过程就与激光技术、机械技术和电子技术密切相关。
　　支撑技术之上是主体技术，主要有感测技术、通信技术、计算机技术和控制技术四类。这四类技术中分别完成信息收集、信息通讯、信息处理和加工、信息施用等功能。
　　信息技术体系中的应用技术是针对各种实用目的、由主体技术繁衍而生的各种各样的应用技术群，如在农业、工业、交通运输、财政金融、图书情报、科学文化、教育卫生等区分出来的信息技术，它们构成了一个完整的应用技术体系。例如，信息技术在医疗领域中的应用叫医疗信息技术，在农业领域中的应用叫农业信息技术，在教育领域中的应用叫教育信息技术。
　　图1-1 信息技术的层次结构
　　从系统的功能结构来看，信息技术的主体技术包括负责信息传递的通信技术、负责信息收集的感测技术、负责信息施用的控制技术、负责信息加工和再生的计算机与智能技术，如图1-2所示。
　　图1-2 信息技术的功能结构
　　通信技术关注信息的传递和处理。通信技术的主要功能是实现信息快速、可靠、安全的转移，包括过滤、编码和解码等信号处理技术，信息交换与传递技术，通信安全与防护等技术。从原来的微波通信、有线宽带网络、无线移动网络、卫星通信网络，到现在热门的5G技术，都是通信技术的典型代表。
　　感测技术是从信源获取信息，并对之进行处理和识别的现代科学与工程技术。感测技术的作用是扩展人获取信息的感觉器官功能，涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制/建造、测试、应用及评价改进等活动。大到应用于农业和导航等多个领域的遥感卫星技术，小到电子体温计和电子秤，都是感测技术的典型代表。
　　控制技术是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定的控制目的。利用控制技术，通过有线或无线方式，将相关信息与指令发送到辅助部件上，实现有关数据与信息的应用技术。计算机显示器就是一种控制技术，相关技术还包括安防自动报警、自动化生产车床等。
　　计算机与智能技术实现对信息的编码、压缩、加密等操作，是实现信息技术应用的重要过程。计算机与智能技术包含的内容除了数学计算外，还包括信息存储和进一步的分析与处理，例如，将感测技术收集到的信号转换为其所代表的信息。除了信息存储之外，计算机与智能技术能够通过一定的规则和算法实现数据的整理与学习，发现数据之中蕴藏的秘密，如“深蓝”计算机利用机器学习技术对大量棋谱进行学习和分析，最终战胜人类国际象棋冠军。
　　1.1.4 信息社会的特点
　　人们通常根据每个时代最具代表性的生产工具对人类的文明史进行划分，并