1、课程名称：教育信息处理哈尔滨师范大学 教育科学学院课程简介 本课程介绍了教育信息处理的常用技术和方法，它们可以用于规划、设计和评价各类教育信息系统。学习基础n高等数学n概率统计n线性代数期末考评期末成绩平时成绩30期末闭卷笔试70出勤提问随堂测验平时作业注意n请各位同学认真做好笔记，本讲稿只用于讲课，请勿拷贝。n期末考试内容以课堂讲述内容为准。参考资料1.M.费史（王福保译），概率论及数理统计，上海科学技术出版社，1962年版2.贾世楼，信息论理论基础，哈尔滨工业大学出版社，1986年版3.彭美云主编，现代教育统计与教育评价，武汉测绘科技大学出版社，1991年版 4.许祖慰，项目反映理论及其在
2、测验中的应用，华东师范大学出版社,1992年版5.张铁民，教学信息论，江苏教育出版社，1990年版内容简介 本章在对信息概念一般性讨论的基础上，重点讨论了教育信息的特点和基于这些特点应采取怎样的方法进行处理。教学目标 1掌握什么是信息、数据和知识，以及彼此间的关系 2掌握信息产业与其他产业相比较，它的特点是什么 3理解教育信息的特点 4掌握教育信息数量化的特点和方法 5掌握教育信息的结构形式 6了解教育信息处理的对象 7掌握用于教育信息处理的方法的基本原则第一节有关信息的基本概念请回答 信息、数据和知识的相互关系？信息科学的内容?本节要点 1.1.1 什么是信息 1.1.2 数据与知识 1.1
3、.3 信息的特点 1.1.4 信息科学1.1.11.1.1什么是信息什么是信息 简单地讲，通过信息，可以告诉我们某件事情，可以使我们增加一定的知识。英语中的信息是“information”，表示信息可以让受者产生某种形式的变化，这种变化可以让受者从认识上的不完全、不理解、不确定变为完全、理解和确定。1.1.11.1.1什么是信息什么是信息 信息论的奠基者香农（C.E.Shannon）对信息下了如下定义。香农将信息定义为熵的减少，即信息可以消除人们对事物认识的不确定性，并将消除不确定程度的多少作为信息量的量度。比如我们在每晚都会收听天气预报，在掌握了第二天天气情况的信息后。我们对于第二天是否需要
4、带雨具，出行是步行还是乘车等一些认识的不确定性就得以消除，而消除的程度就取决于我们对天气了解的多少即信息量的多少。1.1.11.1.1什么是信息什么是信息 信息的价值因人而异。所谓有用的信息，因人而异。例如，“公司开发出了一种新的超大规模”这样的信息，对计算机专业人员是有用的信息，但对其他的一般人员可能就没有意义。因此，是否是信息，不是由传者所决定，而是由受着所决定。1.1.21.1.2数据和知识数据和知识 数据是信息的素材，是在各种现象和事件中收集的。当我们根据一定的利用目的，采取相应的形式对数据进行处理后，就可得到新的信息（制作出新的信息）。数据处理是一种对数据的有意义的操作。数据处理的操
5、作过程如图1.1所示 数据、知识和信息的关系如下表 知识是一种信息。是在对数据、信息理解的基础上，以某种可利用的形式，高度组织化后的可记忆的信息。1.1.31.1.3信息的特点信息的特点没有大小 由于信息不具大小，无论怎样小的空间，都可存放大量的信息，无论怎样狭窄的通道，都能高速地传递大量的信息。信息产业是一种省空间、省能源的产业。没有重量 信息由于没有重量，在处理时，不需要能量。信息产业是一种省能源产业。容易复制 信息一旦产生，很容易复制，它有利于大量生产。1.1.41.1.4信息科学信息科学 信息论是一种研究信息过程的一般规律的科学。信息论有狭义的和广义的两种划分。狭义的信息论是应用统计学
6、的方法研究通信系统中信息传递和信息处理的科学。广义的信息论是应用数学和其他科学的方法，研究一切现实系统中存在的信息传递和信息处理的科学。它们研究对象的比较如下表 第二节教育信息的特点本节要点1.2.1 量度水平低1.2.2 教育数据多是一些小样本的数据1.2.3 注重个体数据的分析1.2.4 教育信息多是一些模糊信息1.2.11.2.1量度水平低量度水平低 教育过程中的某些信息，例如学习成绩，学生身高、体重等量度水平较高，处理也较为容易。然而，教育过程中的许多信息，例如学习课程、教学方法等，大多量度水平较低，处理较为困难。此外，例如，对问题的反应、学习的爱好等，多是一些反映个人的思想、意志的信
7、息，它与个人的思想模式、思维特点、认知水平有关，对于这些信息的描述、处理十分困难。1.2.21.2.2教育数据多是一些小教育数据多是一些小样本的数据样本的数据 教育数据中，有些涉及较大的范围，例如一个学校，其数据量较大，样本数据较多，可有效地利用数理统计的方法进行处理。1.2.31.2.3注重个体数据的分析注重个体数据的分析 教育过程中，往往还要注重某些学生个体的分析，分析某个学生的个体特性，分析某个学生个体在集团教学中的位置。教育改革中，我们强调学生的个性化学习。对学生个体数据的分析，可为个性化学习提供重要的信息，可实现有效的个别指导。1.2.41.2.4教育信息多是一些模教育信息多是一些模
8、糊信息糊信息 以教育测试时学生的应答为例，对于学生的错误应答，可能有多种情况，有近似正确的误答，也有完全不能理解问题的应答。对于各种误答，要设置一个误答的标准是十分困难的。教育信息的这种模糊性与教育系统是一种包含人在内的复杂系统是密切相关的。第三节 教育信息的数量化本节要点1.3.1 教育信息数量化的特点1.3.2 数量化的尺度1.3.11.3.1教育信息数量化的特点教育信息数量化的特点 教育研究中，根据教育现象的特点，需要对该现象赋以一定的数量，称之为数量化（quantification）.例如,一个小班有五个组,为了区分的方便,我们分别赋予它们为一组、二组五组。教育信息数量的特点 在教育信
9、息的统计处理中，应根据教育信息数量化的方法不同、特点不同，决定对这种信息进行统计处理的具体方法。这是进行教育信息处理的重要关键。1.3.21.3.2数量化的尺度数量化的尺度 教育数据中，有些涉及较大的范围，例如一个学校，其数据量较大，样本数据较多，可有效地利用数理统计的方法进行处理。而实际的教学过程中，往往仅涉及一个班，由于样本较少，它给数据的统计处理带来了很大的困难。1名义尺度(nominal scale)名义尺度的数值仅具符号的意义。前面我们谈到的一组、二组、的数值就是名义尺度数值，它仅是表示不同组别的符号，数字之间不能进行代数运算。它为教育信息的表示，存贮带来了很大的方便。2序数尺度(o
10、rdinal scale)表示教育现象的顺序排列时，多用序数尺度的数字。例如，全班有50名学生，按测试成绩从高到低排序，可排出1至50名。这里的150是一种序数尺度的数字。序数尺度数字可比较其大小，但不能进行四则运算，对这类数字的数值群的处理较多。3距离尺度(interval scale,equal unit scale)距离尺度又称间隔尺度，是指数值间的距离（间隔），具有加法性。距离尺度要求具有等价的单位，但不要求确定的零点位置。例，将10C和20C等量的水混合（相加）在一起，可得到15C的水处理的过程中，零点的位置可以任意设定。对距离尺度的数字可以计算算术平均值、计算标准差，求相关系数据等
11、各种统计处理。4比例尺度(ratio scale)比例尺度是一种具有绝对零度的距离尺度值。表示身长、体重的数值是比例尺度值。对比例尺度的数字可进行各种统计处理。第四节 教育信息的结构形式本节要点1.4.1 矩阵1.4.2 时间序列1.4.3 图1.4.11.4.1矩阵矩阵 矩阵是表示教育信息结构的一种基本形式。详细分析：设某班有n名学生，经过m门课程的测试，其测试成绩如表1.2所示。表1.2中的成绩可以用以下的矩形表示：1.4.21.4.2时间序列时间序列n 使用时间序列（简称时序列）研究教学过程。1.4.31.4.3图图 所谓图是指由一些点和连接这些点的线所构成的总体。以数学的语言表示，图是
12、一个有序对（V，E）。对于结构化的各种教育信息，例如教材的结构化关系，学生认知的结构化关系都是以有向图所表示的。对于给定的某个图，可以通过一定的矩阵所表示。图与矩阵相互对应。利用矩阵的变换可实现图的变换，从而达到信息处理的效果。第五节 教育信息处理的对象概述n 教学活动是学校教育中最重要、最基本的活动。教育信息处理所讨论的对象仅涉及教学活动中的有关信息。n 教学活动的基本周期是教学的 学习要点1.5.1 有关测试的教育信息1.5.2 有关教学过程的教育信息1.5.3 有关学习目标和教材分析的教育信息1.5.4 有关传递过程的教育信息1.5.5 有关学习环境的教育信息1.5.11.5.1有关测试
13、的教育信息有关测试的教育信息 测试往往与评价联系在一起，是评价的一个重要组成部分。测试可用于学习结果的评价，测试也可用于学习过程的完善。测试结果除包括尺度水平较高的测试得分外，还包括尺度水平较低的应答信息。测试得分可利用一般的统计方法进行处理。作为多重选择问题的应答信息的尺度水平很低，我们可采用S-P表分析、IRS分析的方法进行处理。通过对测试结果的分析，教师可以了解学生对于知识的掌握程度，从而可以为她下一步指导学生完善学习提供信息，促进了学习过程的完善。1.5.21.5.2有关教学过程的教育有关教学过程的教育信息信息 教学是一种教师与学生间的信息交流。教学过程中的各种信息是教育信息中的一个重
14、要类别。以教学过程中的各种信息及其交流作为研究对象的分析方法称之为教学分析。教学分析中，将教师的行为、学生的行为进行分类，通过对这些行为类型的迁移和行为内容的分析实现教学过程的分析。1.5.31.5.3有关学习目标和教材有关学习目标和教材分析的教育信息分析的教育信息 学习目标是教学设计的起点，又是教学评价的根据，它在教学中占有重要的位置。学习目标的制定、学习目标的分析是教学过程设计的重要根据。教材是一种信息源，对教材的分析主要是教材的结构分析，通常有逻辑分析法和ISM分析法。1.5.41.5.4有关传递过程的教育有关传递过程的教育信息信息 教学过程不仅要考虑教学内容，更要考虑这些内容以怎样的过
15、程传递给学生。在此过程中，构成教学系统的各要素间所进行的信息传递、信息交流、相互作用是十分重要的。为了有效地实现各种信息的传递，应对教学过程中所传递的各种信息进行分析和处理，以实现教学过程的有效控制。教学分析、GSR反应分析是分析这类信息的重要方法。1.5.51.5.5有关学习环境的教育有关学习环境的教育信息信息 教学过程中，需要使用包括黑板、文字、OHP、电视、计算机等各种媒体，并以各种媒体呈现、传递各种教育信息。各种媒体是教学的重要环境和资源，对这些环境，资源及其传递信息的分析、处理，可获得最佳的教学效果。第六节 教育信息处理的方法要点1.6.1 教育信息处理应解决的问题1.6.2 教育信
16、息处理方法1.6.11.6.1教育信息处理应解决教育信息处理应解决的问题的问题n 1.教育信息的表示 n 2.处理方法 n 3.有效性 1.6.21.6.2教育信息的处理方法教育信息的处理方法n 1加强与其他学科的交流 n 2从行为向认知变换 n 3从集团向个体变换 n 4数量化向结构化变换 （1）加强与其他学科的交流。教育信息处理是一种跨多门学科的综合性学科领域。它涉及教育学、心理学、认知科学、信息科学等多门学科的研究。教育信息处理应努力与这些学科进行交流，学习他们的思想、方法，学习它们的理论、技术，努力地完善自己，在实践的基础上，确立自己的理论和方法。（2）从行为向认知变换。在教育信息处理
17、时，不仅要注意教学过程中的各种行为，更要注意产生这种行为的思想，产生这种行为的认知过程。作为教育信息处理的方法，应将对行为表现的分析、处理，逐渐转换为对人们内在认知特点、认知过程的分析、处理，即从行为向认知变换。在教学过程的设计、教材的构成、教学模式的决定中，教师的教育思想、教学观点、认知特点起到重要的作用。在对有关的教育信息分析、处理中，应从认知的观点上进行分析和处理。（3）从集团向个体变换。教育的发展，不仅要求我们注重集团（班级）的教育，更要注意学生的个性发展。教育信息处理不仅要注重集团，例如：学校、年级、班的有关信息的处理，更应注重学生个体信息的处理，例如，某个学生学习过程的分析，学生个
18、体与班级关系的研究等。这种变换有利于学习个性化的研究和实施（4）数量化向结构化变换。许多信息处理，往往只注重数量化程度较高的信息处理（当然，这种信息处理较为容易），而忽视了数量化程度较低的信息，在这种信息中，往往具有较明显的结构化特点。教育信息处理中，应根据教育信息的特点，将注重数量化的处理变换为注重结构化的处理。第七节 教育信息处理的数学方法1.7.1 1.7.1 教育信息处理的数学方教育信息处理的数学方法法n 教育信息处理应根据教育信息的特点和处理的目的，选择合适的数学方法，实现教育信息的有效处理。主要的方法有：1信息理论法 n教学过程是一种信息过程，以信息理论来研究教学过程是教育信息处理
19、的重要内容。以信息理论作为指导，通过信息量的计算，可实现教学过程的有效研究。2系统分析法 n在很多情况下，教学系统是一种定性系统，我们可利用系统科学中有关定性系统的分析方法，以图作为工具，对这种系统的结构进行分析。3模糊数学法 n教育信息往往是一种模糊信息，利用模糊教学的方法可对这种信息进行处理。4数理统计法 n 教学实践中，更多地使用数理统计的方法对教育信息进行处理。最为常用的就是多元分析法（教育系统是一个多变量系统，为了研究和评价这种系统，使用单变量法，即一个一个变量单独地进行分析、处理存在着很多问题，需要我们对这多个变量综合地进行分析、处理。）例如，当一次测试结束后，要计算得分的平均值，
20、偏差，要计算各门课程的相关系数，要作出得分的分布。数理统计是教育信息处理中使用得最为广泛的一种数学方法。本章思考题1、试举例说明什么是信息，什么是数据和知识，彼此间有什么关系。简单地讲，通过信息，可以告诉我们某件事情，可以使我们增加一定的知识。信息被定义为熵的减少，即信息可以消除人们对事物认识的不确定性，并将消除不确定程度的多少作为信息量的量度。比如我们在每天都会收看电视节目预报，在掌握了当天晚上的电视节目的信息后。我们对于当晚要看什么电视，在哪个电台看等一些认识的不确定性就得以消除，而消除的程度就取决于我们对电视节目了解的多少即信息量的多少。数据是信息的素材，是在各种现象和事件中收集的。当我
21、们根据一定的利用目的，采取相应的形式对数据进行处理后，就可得到新的信息（制作出新的信息）。比如天气预报中的气温，天气情况多云、阴等。知识是一种信息，是在对数据、信息理解的基础上，以某种可利用的形式，高度组织化后的可记忆的信息。比如说，我们在看完书后，我们将书中的故事情节有机的组合，在加上自身对于故事的理解，将整个故事重新阐述，记忆在大脑中。2、试从信息的特点说明信息产业与其他产业相比较，有什么特点？由于信息不具大小，无论怎样小的空间，都可存放大量的信息，无论怎样狭窄的通道，都能高速地传递大量的信息。信息产业是一种省空间、省能源的产业。信息由于没有重量，在处理时，不需要能量。信息产业是一种省能源
22、产业。信息一旦产生，很容易复制，它有利于大量生产。说明教育信息数量化的特点和方法 教育信息的数量化特点：不连续性和不可加性。比如人的IQ 4、从教育信息、教育信息所处理的对象和教育信息的结构化特点出发，说明用于教育信息处理的方法。（1）加强与其他学科的交流。教育信息处理是一种跨多门学科的综合性学科领域。它涉及教育学、心理学、认知科学、信息科学等多门学科的研究。教育信息处理应努力与这些学科进行交流，学习他们的思想、方法，学习它们的理论、技术，努力地完善自己，在实践的基础上，确立自己的理论和方法。（2）从行为向认知变换。在教育信息处理时，不仅要注意教学过程中的各种行为，更要注意产生这种行为的思想，
23、产生这种行为的认知过程。作为教育信息处理的方法，应将对行为表现的分析、处理，逐渐转换为对人们内在认知特点、认知过程的分析、处理，即从行为向认知变换。在教学过程的设计、教材的构成、教学模式的决定中，教师的教育思想、教学观点、认知特点起到重要的作用。在对有关的教育信息分析、处理中，应从认知的观点上进行分析和处理。（3）从集团向个体变换。教育的发展，不仅要求我们注重集团（班级）的教育，更要注意学生的个性发展。教育信息处理不仅要注重集团，例如：学校、年级、班的有关信息的处理，更应注重学生个体信息的处理，例如，某个学生学习过程的分析，学生个体与班级关系的研究等。这种变换有利于学习个性化的研究和实施 （4）数量化向结构化变换。许多信息处理，往往只注重数量化程度较高的信息处理（当然，这种信息处理较为容易），而忽视了数量化程度较低的信息，在这种信息中，往往具有较明显的结构化特点。教育信息处理中，应根据教育信息的特点，将注重数量化的处理变换为注重结构化的处理。
