信息技术课程之工程思维辨析

王荣良

华东师范大学中小学信息技术教育研究中心 上海 200062

信息技术课程之工程思维辨析

王荣良

华东师范大学中小学信息技术教育研究中心 上海 200062

运用“科学—技术—工程”三元论考察工程与科学、技术的关系，阐述工程思维的特征，从工程思维视角分析信息技术课程发展和教学内容，并提出通过中小学信息技术课程培养学生的工程思维。

信息技术课程；工程；工程思维

Author’s address Research Center for School Computer Education, East China Normal University, Shanghai, China 200062

自2003年颁布《普通高中信息技术课程标准（实验）》以来，中小学已广泛开设信息技术课程。中小学理科教育基本是以科学理论与知识学习为主线，而信息技术课程作为一门技术类课程，对学生的全面发展有着独特的作用。工程与科学、技术有着紧密的关联。2002年，李伯聪教授提出“科学—技术—工程”三元论[1]，促使人们对工程的本质开展深入研究。本文以工程的视角分析中小学信息技术课程，探讨工程思维教育的教育价值。

1 工程及其与科学、技术的关系

根据美国工程教育协会（ASEE）的定义，工程是一种把科学和数学原理、经验、判断和常识运用到造福人类的产品制造中的艺术，是生产某种技术产品或系统以满足特定需要的过程。《现代汉语词典》对工程的释义是“土木建筑或其他生产、制造部门用比较大而复杂的设备来进行的工作”。由此可知，通俗地说，工程就是包含了设计和制造的大型的生产活动。

从活动的内容与本质来看，工程是按照社会需要设计造物、运行管理，追求在一定边界条件下的集成优化和综合优化，典型特征是创造一个世界上原不存在的物。工程活动不仅是应用科学和技术的活动，同时也是集经济、环境、文化等综合作用的社会性活动。相对而言，科学是对未知世界的发现、理解和认识，是以发现为核心，追求真理；技术是人们改造世界的各种可能的方法、技巧和工具，是以发明创新为核心，追求构思与诀窍。科学活动的本质特征是反映客观存在的，技术活动的本质特征是探寻变革存在的具体方法，工程活动的本质特征是创造存在和超越存在。通俗地说，科学关心的是“是什么”“为什么”的问题，技术关心的是“可以怎样做”“能怎样做”的问题，而工程关心的是“可以做什么”“应不应该做”和“应该怎么做”的问题。

作为信息技术中的核心技术，即计算机技术，其科学、技术和工程是密切相关的。计算机科学与技术是对描述和变换信息的算法过程，包括其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用的系统的研究。全部计算机科学与技术学科的基本问题是：什么能（有效地）自动进行，什么不能（有效地）自动进行[2]。计算机科学不仅不排斥工程的方法，相反广泛采用其他学科行之有效的工程方法，如在软件中开发采用开发工具、环境和规范，进而形成软件工程学；在计算机的设计中，目前广泛使用标准组件的方法。

2 工程思维辨析

从思维方法来看，传统的科学思维与技术思维都是理论性的，强调思维的逻辑性、客观性与真理性。与此相反的是，工程思维是实践性的，更强调思维的整体性、人文性和实践性，思考的方法可能是逻辑的，也可能是非逻辑的，即形象的、顿悟的、经验的。理论思维是认知型的思维方式，其基本特征是力求逻辑自恰、规避自相矛盾。工程思维就是在工程的设计和研究中形成的思维，是一种筹划性的思维。工程思维是工程技术人员综合运用逻辑思维、形象思维和顿悟思维分析和解决问题的思维能力，工程思维是运用各种知识解决工程实践问题的核心[3]。

工程活动是一项复杂的系统性活动，各种各样的工程活动有着各自的特点和独特的内在结构。但是无论多么复杂的工程活动都必须经历设计规划、建设实施以及消费使用3个阶段。由此可以对应，工程思维按内在结构可以分为3个方面：工程设计思维、工程实施思维、工程消费思维[4]。在这三类思维中，工程设计思维涉及的主要任务是完成工程建设的准备工作，主要内容包括立项、可行性分析、融资、设计、决策、风险评估、招标、授标等。这种思维面临的是潜在可能性与现实可行性的转化契机，寻求工程理想与工程实在两者间矛盾的解决。显然，工程设计思维是人们基于已掌握的知识、理论、技术和方法设计开发新的物品的过程，是目前基础教育中理论思维的有效拓展。

如果说工程设计阶段的思维侧重于创新性，那么工程实施思维就是根据常规性、稳定性、安全性、可控制性等方面来实现工程设计，并且在工程实施过程中加以必要的修正，使之适应实际的要求。因此，工程实施思维是思维方式的重构，也是使用价值的重构。工程实施思维正是目前基础教育所缺失的，同时也是学生解决学习生活中的实际问题所必备的重要思维方式。

3 工程思维视角的信息技术课程变革分析

长期以来，工程一直被看做技术的分支。近年来，随着工程逐渐成为社会主流的活动形态和实践方式，加上技术哲学的经验转向，才导致工程与工程哲学的凸显，并最终从技术和技术哲学中分离出来。从工程的活动形态来看，工程可分为制作工具的实践活动和用工具完成预定目标的实践活动。如何制作信息技术工具以及如何用信息技术工具解决实际问题，都是信息技术课程的学习内容，这些学习过程一定渗透工程思维。

我国的信息技术课程发展可以分为“计算机文化论”“计算机工具论”“信息素养论”3个阶段[5-6]：第一阶段是在苏联学者伊尔肖夫提出的“程序设计是第二文化”的影响下，国内几所重点高中开设“程序设计”选修课，产生第一个以程序设计为主的试验性教学大纲，其核心是计算机文化论；第二阶段是受当时国际上通行的“工具论”的影响，原国家教委颁发第二个试验教学大纲，教学内容增加了文字处理、电子表格和数据库等应用软件，开课年级向初中发展，选修课名称为“计算机课”；第三阶段是2000年起，教育部颁布《中小学信息技术课程指导纲要（试行）》，课程名称正式由“计算机课”改成定位更加准确、内涵更为宽泛的“信息技术课程”。

计算机界长期以来一直认为程序设计语言是进入计算学科各领域的优秀工具，也是获得计算机重要特征的有力工具[7]。早期在中小学开展BASIC语言和LOGO语言学习为主的计算机课程，正是以认识计算机特征为目的。受多方面的局限，当时的课程没有从工程设计思维、工程实施思维的角度认识程序设计语言学习和运用的价值，而是过多地关注具体语言的细节，随着计算机软件的日益丰富而必然被“计算机工具论”所取代。

以应用软件为学习对象的计算机课程，虽然强调应用，但仍然关注软件操作细节的学习，使得课程学习内容与社会上的软件培训班相差无几。随着计算机软件的丰富与普及，以及计算机操作的人性化，重视工具操作、缺乏思维和方法的计算机课程面临改革是必然的。

信息技术课程不仅在课程目标上实现从掌握计算机知识和技能到信息素养的转变，课程形态、教学内容、教学模式、评价方式、教材等方面都有了较大的发展与改进。信息技术课程将课程内容拓展到信息以及信息处理，明确提出“提高信息素养，培养信息时代的合格公民”[8]。然而，信息素养作为现代公民的基本素养，信息技术课程不是其唯一的培养渠道。同时信息素养也难以反映信息技术课程的技术与工程属性，特别是当小学和初中普遍开设信息技术课程以后，高中信息技术的课程目标与学习内容会产生新的困惑。基于工程思维与信息技术的天然关系，工程思维培养应该成为信息技术课程的核心目标之一。

4 信息技术课程中的工程思维教育

我国的传统文化是重视理论，技术次之，工程更次之。在基础教育中，具体的体现是重视研究“是什么”“为什么”的理论思维。但是，理论思维的产物并不能直接付诸实践，在实践前必须进行筹划性思考，即进行筹划型的工程思维。因此，工程思维能使理论思维有效地在实践中得到良好的应用。

4.1 工程思维的全局观

工程思维的全局观表现为系统性和综合性。工程是一个系统，其中每一个部件都有相互关联的，工程思维的系统性表现在无论是工程设计还是工程实施，都要用系统的观点来思考。同时，工程思维具有很强的综合性。因为在人类的实际生活中，有许多问题都不是能够以纯理论演绎可以解决的。运用工程思维解决问题时，必然要根据自然科学的各种原理和工程实践知识及经验，从不同角度、不同层次和不同路径上对思维对象进行综合性观察、分析、研究，达到解决问题的目的。在信息技术课程中，制作演示文稿也是一个小小的系统工程，首先需要根据应用目标规划演示文稿的风格、选择模板，然后收集素材和制作，最后还要测试其播放效果。在实际应用中还需要根据应用的实际效果来调整内容及呈现方式。显然，通过演示文稿制作渗透工程思维，学生的学习有意义。如果仅学习演示文稿制作软件的使用方法，则只是狭义的特定工具的学习。

4.2 工程思维的逻辑观

工程思维的逻辑观表现在操作实施上的实践性和慎密性。工程思维是以解决具体问题为目标的，任何一个工程项目都是依据工程思维方法，按照“工程目标分析→方案设计→方案论证决策→工程实施→检验、反馈、修正”的环节完成。这种操作环节体现了解决工程问题的逻辑顺序，不仅需要将理论知识联系到生活实践中，而且也培养了人们的工程实践能力。同时，工程思维有很强的慎密性。尽管工程思维需要多层次、多角度地对思维对象综合思考，但工程的操作实施不仅有严格程序要求，而且每一环节、每一步骤都有严格的工艺要求。程序设计是典型的工程思维体现。程序设计过程依据工程项目的实施环节进行，程序设计实现算法并在计算机上验证，程序编制过程中需要严格遵守相关规则才能通过语法和词法分析，程序的调试也是工程实施思维中有关修正的具体体现。

4.3 工程思维的方法观

工程思维的方法观体现在设计上的实用性和创新性。工程思维是从工程实践和现实生活中提出问题，运用科技成果改造客观世界，它所要解决的都是真实的、实际的工程问题，体现了工程思维是一种介于理论思维与实践之间的筹划型思维，是一种实用性思维。同时，工程的基本涵义是创造、发明、设计和建造，是一种创造性活动，工程思维具有创新性。工程思维在分析、解决问题中，既有概念或设想的孕育，构思的渐进性完善，又有顿悟、豁然开朗的突跃性飞跃，即思维过程的质变。在信息技术实现中，体现其思维方法的比比皆是，如计算机设计中内存与外存的关系，视频信息压缩中速度与质量的平衡，因特网中IP技术的使用，多点触摸屏技术在电子产品中的广泛使用，都表现出工程思维在方法观上实用性和创新性。

5 结束语

从信息技术课程的发展历程和学习目标与内容的不断变化可以发现，信息技术的高速发展是影响课程稳定性的原因之一。探索信息技术的独特思维方式，寻求稳定的课程教育价值，是促进信息技术课程成熟的重要途径。其中，算法思维作为一种解决问题的过程性思维方式，将特定的问题方法设计成由一系列规定好的有限操作步骤组成，并最终解决问题。算法是信息处理的核心之一，算法思维方式是信息技术的最基本的思维方式[9]，体现了算法思维在信息技术课程中的教育价值，同时也在一定程度上影响“算法与程序设计”学习中教学方法的设计和教学内容的选择。

算法思维是一种基于数学的思维，具备理论思维的属性。同时，算法思维也包括了真实问题的解决过程，具备工程思维的属性。在信息技术课程中，相比算法思维，工程思维有两个特点：1）更具有普遍性，涉及信息技术课程中更多的学习领域；2）更关注技术和工具，强调用信息技术工具有效地解决问题。因此，探索信息技术课程中工程思维的学习价值，将会拓展人们对信息技术课程目标的认识，促进信息技术课程成熟发展，最终使广大学生通过课程学习获得终身有用的思维方式和能力。

[1]李伯聪.努力向工程哲学领域开拓[J].自然辩证法研究,2002(7):36-39.

[2]赵致琢.关于计算机科学与技术认知问题的研究简报[J].计算机研究与发展,2001(1):1-15.

[3]王荣良.机器人教育与工程思维关系之研究[J].中国教育信息化,2008(24):27-29.

[4]衡孝庆,魏星梅.工程思维研究的现状与展望[J].科学决策,2009(7):90-94.

[5]王湘东.鸟瞰：中小学信息技术课程的现状与发展[J].中小学信息技术教育,2002(Z1):6.

[6]王吉庆.信息技术课程论[M].保定:河北大学出版社,2004:53-61.

[7]董荣胜.计算教育哲学初探[J].计算机科学,2000(1):93-97.

[8]教育部.普通高中技术课程标准（实验）[M].北京:人民教育出版社,2003:5.

[9]王荣良.信息技术课程中算法学习的价值探索[J].中国电化教育,2008(8):79-81.

Study on Engineering Thinking of Information Technology Courses//

Wang Rongliang

The relationship between engineering and science/technology has been investigated by using the science-technology-engineering triarchic theory aspect. The paper expounds the characteristics of engineering thinking, and analyses information technology courses by engineering thinking. We put forward the conclusion that the information technology courses in primary and secondary schools should enforce the cul tivation of engineering thinking.

information technology courses; engineering; engineering thinking

G633.67

A

1671-489X(2012)21-0024-03

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.21.024