教育信息处理与教育信息化

人类社会正向着高度信息化的社会不断发展。信息社会的发展，不仅向教育提出了新的要求，同时也为教育的发展提供了新的机遇，创造了新的条件。教育信息化是教育面向信息社会发展的一项重要任务，它也是当前教育发展的一个重要课题。

       一、教育信息化

        教育信息化是国家信息化、社会信息化的重要内容，它是实现教育现代化的重要保证和核心内容。

        1、什么是教育信息化

       教育信息化是将信息作为教育系统中的一种基本要素并在教育中广泛使用信息技术的活动总称。教育信息化要求对教育系统进行充分的信息分析，并基于这种分析，在教育系统中广泛地进行信息的生成、加工、传递、存贮、利用等各种有意义的操作。

       教育系统的信息分析是教育信息化的基础，在教育系统中广泛地使用信息技术是教育信息化的内容，实现教育现代化是教育信息化的目的。 

       2、教育信息化的内容

       教育信息化包含以下三方面的内容。

     （1）教育环境的信息化

     为了实现教育信息化，首先应建立一定的信息化环境，它包括对教育信息进行各种有意义操作的硬件环境和软件环境。

     完备的教育信息化环境是实现教育信息化的条件和基础。

     （2）教师与学生的信息化

       在教育信息化的过程中，各种信息设备的使用，对教育系统中各种信息的操作都是通过教师和学生完成的。教师与学生的信息化在教育信息化中占有重要的位置。教师与学生的信息化是指教师与学生应具备一定的信息素养，应能基于一定的信息环境，利用一定的信息技术解决生活、工作和学习中问题的能力。

       为了培养学生的信息素养，应该在学校中广泛地开展信息技术教育。信息技术教育是以培养学生的信息素养为基本目标的素质教育。

       为了培养教师的信息素养，教育部在“教育部关于推进教师教育信息化建设的意见”中要求“对全体中、小学教师进行一轮现代信息技术和教育技术的培训。要特别加强对骨干教师的信息技术和教育技术的培训。”

      培养教师与学生的信息素养，实现教师与学生的信息化是实现教育信息化的关键。

     （3）教育过程的信息化

        教育过程的信息化是指在教育过程中广泛地使用信息技术，用以完善教育过程，实现面向信息社会创新人才的培养。

       教育信息化的过程中，各种教育信息化的环境，应通过具有一定信息素养的教师和学生，将它用于教育、教学的实践过程中，实现教育过程的信息化。

       教育过程的信息化是教育环境信息化，教师与学生信息化的落脚点。教育环境的信息化，教师与学生的信息化，很终应实现教育过程的信息化，并以这种信息化的教育过程，即以各门学科教学的信息化实现面向信息社会创新人才的培养，这是教育信息化的根本目标。

        教育信息化不仅对教育事业的发展，而且对国家的发展，对社会的进步都具有重要的意义。教育信息化是实现国家信息化的重要内容。教育信息化对培养创新人才、对教师与学生信息素养的培养，对教育改革的深入发展均具有重要意义。

       二、教学过程的信息分析

       为了实现教学过程的信息化，为了在教学过程中广泛地应用信息技术，我们应以信息的观念，对教学过程进行深入的信息分析。

       教学过程是一种按：

       教学设计     教学实施      教学评价

       这样的流程不断循环的过程。为了展开教学，需要进行教学设计。教学设计是教学实施的一种计划。教学实施应在教学设计的指导下展开。通过对教学实施的评价，可判定教学实施的结果在多大程度上达到了教学目标的要求。根据评价的结果，可调整、完善教学设计。完善后的教学设计将用于新的教学实施。教学过程是上述过程的反复循环和不断完善。

      教学过程是一种信息过程。以下，我们对教学过程进行信息分析。

     1、教学设计   

       教学设计是一种基于学习者特性和教学目标，对教学过程的计划。对于一般的教师，在教学设计阶段，应基于学生特性、教学目标，对教材进行认真的分析。

       为了实现教学设计，教师应大量收集学生的学习情况，分析学习者特性；收集各种教学资料、教学资源、教研成果，对其进行分析处理，在此基础上进行教学设计。

         教学设计是一种创造信息的过程。教师应在大量信息分析、判断、处理的基础上，制定教学实施的计划书——教案。教案是一种信息的集合，它是教师进行信息创造的结晶。

        教学设计的过程是一种收集信息、分析信息、判断信息、处理信息和创造信息的过程。

       2、教学实施

        教学实施阶段应根据教学设计的要求和学习者的实际情况展开教学。在这个过程中，对教师而言，一方面应不断地提示表示教学内容的教学信息，同时还应注重收集学习者的学习数据和应答信息，经信息处理后，根据处理的结果，对教学过程进行调控。对学习者而言，接受教师提示的教学信息，通过分析、判断、处理、理解信息，并将它变为自己的财富，形成知识。在学习者自主学习的情况下，学习者则应根据一定的学习目标自主地收集信息、分析信息、判断信息、处理信息、实现知识（信息）的探索和问题的解决。

       教学实施的过程是一种传递信息、表现信息、收集信息、分析信息、判断信息、处理信息、评价信息、控制信息和发现信息、创造信息的过程。

      3、教学评价

       教学评价是在大量信息收集、分析、处理的基础上完成的。评价结果可用作学习结果的判断，也可用于完善学习过程。

       教学评价的过程是一种收集信息、分析信息、处理信息的过程。

       通过上述的分析可以看出，教学的过程是一种信息过程，在这个过程中，需要广泛地使用各种信息技术对教育信息进行收集、分析、判断、处理、传递、创造。教学过程中的各种信息操作是十分重要的，它对教学过程的设计、实施、完善具有重要的作用和意义。

       三、教学过程中的教育信息处理

       教学过程是一种信息过程，在这个过程中，信息处理对教学的计划、展开和完善具有十分重要的意义

       1、什么是信息处理

       所谓信息处理是指，基于一定的目的，对于所收集的信息，以一定的方法（算法）处理后，能得到隐含在信息中有意义的内容（信息）。

       在信息处理中，首先应明确信息处理的目的。信息的收集、处理方法（算法）的确定与目的有密切的关系。处理的结果是否恰当，也应由目的所评价。在信息处理中，处理算法的确定是十分重要的。处理算法应由处理的目的，所收集信息的特点所确定。信息处理的研究中，处理算法的研究是其重要的内容。

       为了比较两个班的学习成绩（目的），可对两个班的学生进行测试，并得到相应的测试数据（收集信息）。通过对这两个班的测试数据的统计处理，例如：计算平均值，求分布（处理算法），可得到A班的成绩优于B班（处理的结果）。这种处理结果达到了处理目的的要求。

       2、教学过程中的信息处理

       教学过程是一种信息过程。教学过程中的信息处理可为教学过程的设计、实施、控制、评价、完善提供重要的依据，具有十分重要的意义。

      教学过程中的信息处理及其作用主要有：

      （1）学习过程、学习资源、学习问题的信息量计算。

        学习过程、学习资源、学习问题中的信息量计算对学习过程的分析与评价、学习过程的控制、学习资源的评价与完善、学习问题的评价与完善具有重要的意义。

     （2）教材与学习资料中的信息分析与信息处理。

        教材、学习资料是一种信息的集合。以科学的方法，而不是主观的意志决定，对教材、学习资料中的信息、信息结构进行有效地分析和处理，其结果对教材的开发，教学资源的开发，对教学设计的有效进行具有重要的作用和意义。

    （3）学习者数据的分析和处理。

      学习者数据的分析和处理对学习者特性的分析、教学设计的展开，学习过程的分析与控制具有重要的意义。

    （4）教学过程中的信息分析与信息处理。

       我们称教学过程的分析为教学分析。为了有效地分析教学过程，首先应以一定的方法记录教学过程，在此基础上，对记录的信息进行分析、处理。教学分析的结果，对认识教学过程、评价教学过程、完善教学过程具有重要的意义。

   （5）学习者应答数据的分析与处理。  

       学习者应答数据的分析与处理可用于学习者的评价，学习问题的评价，学习过程的分析与控制。

     （6）学习结果的分析与评价。

       作为学习者的学习结果，通常是以一定的测试及其测试的结果所表示的。如何进行测试、如何表示测试的结果、如何评价测试及其结果是测试理论应解决的重要问题。测试的结果不仅可以用作学习结果的评价，也可用于学习过程的分析、学习问题的分析、学习者的分析。它对学习过程的分析和完善具有重要的意义。

    （7）学习者生理信息的分析与处理。

       学习的过程是一种心理的过程，这种学习者内部的心理过程往往又与学习者的某种生理现象连接在一起，并以这种生理现象所表示。对学习者生理信息的检测的分析与处理是教育信息处理的一项重要内容，它对学习者特性分析、学习过程分析具有重要意义。

       教育信息处理是一种基于信息科学的思想、方法对教学过程中的各种信息进行分析处理的一种新的学科分支。在教育信息处理的发展过程中，有许多方法、概念是基于信息科学、系统分析、信息科学、控制理论和数理科学所发展起来的，例如：ISM法、统计分析、信息等等。此外，基于教育系统、教育信息的特点，人们也开发了许多新的处理方法，例如：S-P表、IRS图、S-T分析等。正是这些新的处理方法的研究和应用，使教育信息处理作为一门新兴的学科分支不断发展，走向成熟。

       四、教育信息熵

       信息熵是对信息系统中信息量的量度。信息熵是信息理论中的一个基本概念。信息熵的计算对信息系统的研究具有重要的意义。

       教育系统是一种信息系统。教育信息熵的计算是教育信息处理的一项重要内容。它对教育系统的分析、研究、控制和评价是十分重要的。

    1、 教育信息熵的计算

    信息熵H为：式中，Pi为信息系统中状态i出现的概率。信息熵表示了系统的不确定程度。信息熵可用于对信息系统中信息量大小进行计算。

       教育系统中的信息熵——教育信息熵用以量度教育系统中的教育信息量。教育系统在很多情况下是一种定性系统，对这种定性系统，如何计算其信息量是基于信息熵研究教育系统首先应该解决的一个重要问题。

      信息熵是一种统计特征量。它是描述概率特性的一种统计特征量。它与系统中所存在的状态及其概率特征有关。

       在计算教育信息熵时，应对教育系统的状态及其运动进行分析，并基于这种分析设计出相应的计算算法。对系统的信息分析和基于这种分析对信息熵的算法的设计是实现教育信息熵计算的关键。各种教育系统的教育信息熵都是基于这种思想进行计算的。

    2、 教学过程的信息熵

    教学过程的信息熵是基于教学过程中的行为分类及其出现的概率进行计算的。如何有效地对教学过程中的行为进行分类是这种计算的关键。

       教学过程的教育信息熵对分析教学过程的特性、分析不同课程的教学特性、分析不同教师的教学特性、分析不同的教学模式具有重要的意义。

        3、 学习过程的信息熵

         教学过程涉及教与学的两个方面，其系统状态与教师的行为状态、学生的行为状态有关。学习过程的状态主要由学生的学习行为状态所决定。

         学习过程的信息熵对学生特性的分析具有重要意义，它是实现学习过程控制的重要依据。 

         一般而言，学习过程的开始，学生处于不稳定状态，其信息熵较大。随着学习的不断深入，学生逐渐进入稳定状态，其信息熵逐渐变小。根据学习过程信息熵的变化，可有效地进行教学过程的控制。当学习过程的信息熵较大时，表示学习过程不稳定，可适当放慢教学过程，帮助学生逐渐进入学习状态。当学习过程的信息熵逐渐变小时，则表示学生的学习趋于稳定，这时，可适当加快学习进程。利用这样的方法，可实现学生学习过程的控制。  

       基于学习过程的信息熵，不仅可用于教师对课堂教学的学习过程进行控制，也可用于CAI课件对CAI学习的学习过程进行控制。

        4、 测试问题的信息熵

        测试是评价的工具和手段，评价往往是基于测试的结果进行的。基于测试的结果可以计算测试问题的信息熵和测试试卷的信息熵。

         通过测试问题和测试试卷信息熵的计算，可对测试问题和测试试卷进行分析，可对测试问题、测试试卷的有效性进行评价。

         5、 CAI课件的信息熵

        CAI课件是一种教学软件，它应能有效地促使学习者思考问题、实现有效的学习。

         通过CAI课件对学习过程的记录，可以计算CAI课件的信息熵。基于CAI课件的信息熵可对CAI课件进行分析和评价。

         教育信息熵不仅能帮助我们分析、研究、评价、控制相关的教育系统，重要的是，它使我们的这些分析、研究、评价、控制向前跨进了一大步，使之从定性的分析、研究、评价、控制变为定量的分析、研究、评价、控制，使这些分析、研究、评价、控制更为科学化。

        五、教育信息处理在教育信息化中的作用与意义

        教育信息处理的深入研究与广泛应用对教育信息化具有十分重要的意义和作用，它主要是表现在以下的多个方面。

       1、教育信息化的深层次的研究与发展

       教育信息化的实施与发展具有两种不同的层面：

      （1）信息设施、信息机器和信息产品的教育应用

       这个层面的信息化主要是将各种信息设施、信息机器、信息产品（含硬件和软件）用于教学，例如：建立校园网、多媒体教室、计算机教室，将计算机用于教学中，管理教学内容，构建学习环境，支持教师与学生的教与学。目前的教育信息化多集中在这个层面上。显然，这个层面上的教育信息化主要是信息设施、信息机器、信息产品与教学相结合，用于教学过程中，它很少涉及教学过程中许多问题的本质性研究。

      （2）基于信息科学的理论、方法对教学过程的研究和分析教学过程是一种信息过程，对这个过程中的有关信息进行深入的分析、处理、研究，必将使人们对教学过程有一个更全面、更深入的认识。它对教学过程的设计、实施和评价，对教学实质的认识、教育技术的发展有着重要的意义。

        以信息科学的理论与技术、思想与方法对教学过程进行研究和分析是教育信息化的深层次发展。基于信息科学的理论和方法对教学过程的研究和分析主要包括对学习者特性的研究和分析、对学习目标的研究与分析、对教材和学习资料的研究和分析、对学习过程与教学过程的研究与分析、对学习结果及其评价的研究与分析、对学习过程与教学过程中的有关信息及其处理方法的研究与分析等等。显然，这些研究与分析，不仅对教育信息化的深入发展，同时对教学理论与实践的深入发展，都将产生深刻的影响。

       当我们将教育信息化从一般信息产品的教育应用发展到基于信息科学的理论与方法的教育应用，教育信息化将会向前跨进一大步，这是一种质的变化和发展。显然基于信息科学的理论和方法的教育应用是以信息产品的教育应用为基础和条件的，它也是信息产品教育应用的深入发展。

         2、教育信息处理在教育信息化中的关键作用

        教育信息化是以信息技术在教育中的广泛应用来优化教学过程、完善教学过程、实现创新人才培养为基本目的的。

        在教学过程中，如何分析、评价学习者，如何分析、评价教材，如何分析、评价教学过程，如何分析、评价学习结果，如何分析、评价教学过程中各种要素间的关系，对教学过程的完善起到重要的作用，这些分析与评价，无一不是依赖有效的教育信息处理。教育信息处理对教育信息化具有十分关键的作用。

        3、教育信息处理在信息技术教育应用中的核心位置

       信息技术是指对信息的各种操作的总称。在信息的各种操作中，信息处理占有十分核心的位置。信息的收集应根据一定的目的和信息处理的要求进行，不同的处理方法，对信息的收集将给出不同的要求。信息的分析、信息的判断、信息的评价往往是在信息处理的前提和基础上完成的。教育信息处理在信息技术的教育应用中占有十分重要的位置。

       不仅如此，教育信息处理对教育信息产品的开发也是十分关键的。各种教育信息产品的开发往往是基于一定的教育信息处理的理论、方法进行设计和开发的。学生应答信息系统是基于学生应答分析的理论开发的。计算机辅助教学设计系统是根据ISM法、目标矩阵法设计、开发的。自适应测试系统是根据项目反应理论开发的。没有这些教育信息处理的理论和方法的指导，就不可能有这些产品的设计和开发。

       教育信息处理在信息技术的教育应用中占有十分核心的位置。

        4、教育信息处理在教育应用中的普适性

        教育信息处理是基于信息科学的理论与方法对教学过程的研究。教育信息处理的教育应用往往需要一定的教育信息化的环境。但在很多情况下，教育信息处理并不需要特定的信息化环境。教育信息处理是一种思想、方法的研究。基于一定的教育信息处理的理论和方法，在不具备信息化条件的传统教育中，同样也可用于教学过程的研究。例如，利用目标矩阵分析教材、利用维理论分析学生特性等等。教育信息处理的理论和方法在教学过程中的应用具有普适性。

       可以相信，教育信息处理的研究和应用，对我国的教育信息化必将产生深刻的影响，它将有效地推动我国的教育信息化深入发展。