“数字形式表达的信息”之理解

李维明

在《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称《课标》）中对信息科技课程性质是这样描述的：“信息科技是现代科学技术领域的重要部分，主要研究以数字形式表达的信息及其应用中的科学原理、思维方法、处理过程和工程实现。”对这段表述中提到的“数字形式表达的信息”应该如何理解？这样表达的信息应该如何研究？

●信息的理解

有关信息的解释，有多种不同的说法。《现代汉语大词典》中对“信息”的解释是：“音讯、消息”“一种通过指令、数据或符号传送，接收者预先不知道内容的消息”。这里说的“消息”其解释之一为“音讯”，如好久没有某人的音讯了，其意就是对某人的情况好长时间都不了解了，要想把“不了解”变成“了解”，就需要知道某人的具体“情况”，这就需要通过通信或其他手段来了解某人的“信息”。“烽火连三月，家书抵万金”说的就是这个道理。

按照信息论创始人克劳德·艾尔伍德·香农的说法，人们只有在两种情况下有通信的需要：其一，是自己有某种形式的消息要告知对方，而估计对方不知道这个消息；其二，是自己有某种疑问要询问对方，而估计对方能做出一定的解答。这里的不知道和疑问是在一般情况下归结为存在某种知识上的“不确定”。对于第一种情况，是希望消除对方的不确定性，对于第二种情况，则是请求对方消除不确定性，所以通信的作用是通过消息的传递，使接收者从收到的消息中获取一样东西，因而消除了通信前存在的“不确定性”，这种东西就是信息。因此，信息就是用来消除不确定的东西。[1]

如果将“信息”和“消息”等同，就窄化了信息的意义。从本质上来讲，信息是物质属性的反映，它与物质、能源并列构成了人类社会的三大要素。因此，一种更具普遍意义的表达就是“信息是事物属性与事物关系的表现，通过信号、消息、情报与数据等形式进行传播与交换，只有当信息接受者觉得信息具有新内容时，信息才发生作用”。[2]

●信息的表达

信息可以有很多种表达形式，而且同一种信息内容可以采用不同的表达形式，以满足信息接收对象的实际需要。例如，我们常见的天气信息可以通过不同的形式予以表达，如用语言文字发布、用图形图表呈现、用卫星云图研究、用语音播报传播、用哑语手势表达等。文字、图片、音频和视频等各类信息，要用计算机来识别、处理，就必须将其表达为计算机能识别、处理的形式，这就是数字形式。

在自然界，温度、湿度、压力、长度、电流、电压等是以模拟信号的形式呈现，它们都是连续的信号，在一定的时间范围内可以有无限多个不同的取值。对这样的信息，计算机不能直接处理，因而需要将其转换为数字形式，也就是将模拟信号转换为数字信号，使之“数字化”，成为“数字形式表达的信息”，成为信息科技课程的研究对象。由于模拟信号转变为数字形式，其承载的信息原本表达的意义并不会改变，所以对“数字形式表达的信息及其应用”的研究，其实就是对“信息及其应用”的研究。

●信息的研究

《课标》指出，“数字形式表达的信息及其应用”的研究主要涉及“科学原理”“思维方法”“处理过程”“工程实现”这四个方面。其中，“科学原理”和“思维方法”主要涉及信息论、系统论和控制论的观点，以及计算机科学的原理和计算思维的方法；“处理过程”和“工程实现”主要涉及信息技术的具体应用及规模化实现。前者偏向理论，后者重于实践，二者结合的理论与实践就形成了完整的“数字形式表达的信息及其应用”的研究。

《课标》中有一条重要的主线就是“信息处理”，其基本的内容是以信息为对象，研究信息的本质、特点及其接收、存储、转化、传送、发布和利用的一般规律，这就是信息论的观点和方法的具体应用。《课标》按照年级的升高，以“文字、图片、音频和视频等信息处理—使用编码建立数据间内在联系的原则与方法—基于物联网生成、处理数据的流程和特点”设计课程内容，逐步提高学生的信息处理能力。[3]

说到科学原理，系统性研究信息与计算的理论基础以及它们在计算机系统中如何实现与应用的实用技术的计算机科学必须关注。计算机科学包含很多分支领域，有的强调特定结果的计算，如计算机图形学，有的是探讨计算问题的性质，如计算复杂性理论。还有一些领域专注于怎样实现计算，如编程语言理论是研究描述计算的方法，而程序设计是应用特定的编程语言解决特定的计算问题，人机交互则是专注怎样使计算机和计算变得有用、好用，以及随时随地为人所用。[4]

对于思维方法，个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动[5]的计算思维方法是信息科技课程要培养的核心素养之核心。要像计算机科学家那样思考问题，像计算机工程师那样解决问题，学会这种思维方式和解决问题的方法不是一蹴而就的，必须经历无数的“处理过程”和大量的“工程实现”才能逐步形成。所以，基于“数字形式表达的信息及其应用”研究的信息科技课程，其重点应该立足于应用，在应用的基础上理解其科学原理，发展计算思维，提升核心素养。

其实，从信息科技的发展来看，把信息转化为数字形式的信息再展开研究的方法只是研究信息的一种方式，而这种方式的基础就是目前高度发展的电子计算机技术。随着人脑科学研究的深入，信息的表达可以直接被接受、理解、认识及处理，如果是这样，也许就没有必要再将信息转换为数字形式了。