讲真,中小学的信息技术教材有点差劲!

众所周知,“信息技术”是现在中小学的必修课。2017年开始,浙江省还将“信息技术”作为高考的选考科目。据了解,在浙江试点的基础上,信息技术列入高考考试内容将在全国范围推行。

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近日,笔者特意买了一套中小学的信息技术教材来“预习”(给还在上幼儿园的小孩儿),很遗憾地发现教材的内容质量有些堪忧,存在的问题可以归结为四个方面:
1.“浅”:
教材的内容主要针对信息技术和工具的应用,比如:如何编辑文档(WORD、PPT等)、使用社交软件(QQ、微信)等,还有使用基础的编程语言及算法编写程序(高中阶段)。这些实践运用固然有用,但是从现实生活中来看,青少年对于科技产品的使用其实不太需要大人来操心。教材太关注在应用实践,从科学(理论、原理、知识)的角度,内容比较浅,难以启发学生对学科本身的兴趣。
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2.“短”:
主要介绍的信息技术相关产品和工具是计算机、手机等。从信息技术发展和信息科学发展的历史角度,时间跨度比较短。后文会谈到,人类创造和使用信息技术的工具和设备已有漫长的历史了。

3.“矮”:
人类获取和处理信息不仅是为了信息本身,更高阶的需求是把信息转化为知识,再应用知识生成解决问题的策略乃至智能。这需要我们在教授“信息”相关的知识内容时,应该站在更高的层次和维度上,不能把“信息”的价值和意义“矮化”。

4.“窄”:
就信息技术谈信息技术,有简单介绍信息技术在行业和生活中的运用,但是对于信息科学其他学科的融合(比如生物、经济等),对其他行业(医疗、交通等)的深度结合缺乏全景的描绘。所以,在教材的内容范围上比较窄。我们在尝试与一个人长期共事或者生活时,希望“三观”是契合的。其实,要长期在一个领域学习时,也要对学习的对象有一个大体正确的“三观”(知识观)。下面就谈一下笔者对于更好地了解和学习“信息”这个对象应该具有的“四观”:深度、长度、宽度和高度。这好比一幢建筑的立体:深度主要指基础;高度和宽度比较容易理解。不过,长度在这里,不是指具体的尺寸,而是指时间跨度和历史周期。

目录:(全文约13000字,阅读时长可能30分钟)
一、信息观(A深度):信息是生命的本质
二、信息观(B长度):信息技术不只是计算机
三、信息观(C高度):信息-知识-智能的转化
四、信息观(D宽度):以信息为“透镜”看到的“信息”

一、信息观(A深度):信息是生命的本质
著名物理学家薛定谔(对的,就是”薛定谔的猫“的”主人“)在著作《生命是什么?》中谈到:”生命有机体是如何避免衰退的呢?回答显然是:通过吃、喝、呼吸和(对植物而言)同化。专业术语叫做新陈代谢。相应的希腊词汇的意思是变化或交换。交换什么呢?它原本所隐含的意思无疑是指物质的交换。物质交换居然是最本质的事情,这很奇怪。同种元素的所有原子不都是一样的么,比如氮原子、氧原子和硫原子等,交换一下又有什么好处呢?过去相当长的一段时间里,我们被告知人类依靠摄入能量来生存,所以对这个问题早已失去好奇心。在某个非常先进的国家(我不记得是德国还是美国或者两者都是),餐馆的菜单上不仅有每一道菜的价格,还标明了其含有的能量。不必多说,这也一样是十分奇怪的。对于一个成年的有机体来说,能量含量和物质含量一样是固定不变的。因为任何一定量的卡路里和另外一定量的卡路里无疑是等值的,所以我们看不到纯粹的交换有什么意义。“

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在这段文字中,他讨论的内容直白地讲就是,生物吸收进体内的物质,其包含的元素与组成身体的物质元素是一样的,只是做了一些交换(替换或者补充)。从能量守恒的角度,吸收进体内的能量等于储藏在体内的能量和排出体外的能量。从物质和能量两个方面的量上来讲,没有什么变化,那是什么维持了生命的存在?薛定谔认为,生命吸收的是”负熵“,可以大致理解为”有序“。

“有机体赖以生存的东西就是负熵……新陈代谢在本质上就是有机体成功地去除所有因生存而不可避免地产生的熵。“”熵“(entropy)的概念并非薛定谔最先提出,但应该是他最早将”熵“和”负熵“引入到生命及生物学中。

大多数人将”熵“理解和表述为一个系统混乱或者无序程度的量度,其实是不准确的(笔者在之前有专门的文章做过讨论,感兴趣的朋友可以细看《对抗熵增,生命以信息为食》)。不过,在这篇文章这样理解也无妨大碍。

按照热力学第二定律,封闭系统的熵不能自发地减少,只能增加或者短暂地维持不变。设想一滴墨滴入了一杯纯净水中,墨水的分子不久必然会随机地分布在水中的任意地方,成为一杯”混沌“。反过来讲,它不会无缘无故地在水中维持一定的形状。这个”形状“(犹如拿铁咖啡中的奶泡拉花),可以称之为秩序order,我更倾向称其为结构structure。

生命之所以能够维系并繁衍,物质基础和能量流动(以新陈代谢为主要形式)当然是必需,但更本质的是它的结构。这个结构的意义表现在两个方面:
(一)整个宇宙都不可避免地流向无序和混沌的状态,但身处浩瀚宇宙中一颗连微尘都算不上的星球上却奇迹般出现一种秩序和结构,并且顽强地维持和延续着;
(二)生命的结构还可以通过基因的方式一代代遗传下去。水中偶然出现的漩涡,蜡烛上燃烧的火苗,也呈现出结构,但是它们却没法延续下去,或者复制自己并由下一代承继。

熵反映的是无序和混沌,负熵自然代表的是秩序和结构,负熵就是信息!生命的奇迹之处在于,信息的载体(动物、植物、细菌等的身体)可以消亡,但信息得以拷贝和延续。

从这个意义讲,我们可以称生命是永恒的,因为生命的物质形式虽然不断聚合和消散,但是信息却代代相传。所以,生命与非生命最大的分野,其实不在于是否在呼吸、是否在运动、是否在新陈代谢等,而是在于是否将DNA作为载具在生命之河中将信息进行传递。

”中心法则“是所有生命共享的信息基础,即:DNA-RNA-蛋白质。DNA上的信息由RNA转录和翻译,并指挥和控制约20种氨基酸组合成为上万种蛋白质。蛋白质是生命的物质基石和新陈代谢的关键,因为催化各种化学反应的酶就是蛋白质。地球上的生命各异,但是将生命信息编码为DNA,一方面解码成为新陈代谢活动,另一方面复制到下一代,进而继续解码——这套编码-解码的基本机制却是一致的。

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二、信息观(B长度):信息技术不只是计算机
虽然我们经常说,计算机的发明以及信息论的创建,让人类迈入了信息时代的纪元。但是人类以及生物与信息打交道的历史却是源远流长!从信息的角度,我们可以将生物进化史设立两个关键的“界石”:
1.界石A:生物的身体进化出专门用于处理信息的系统(器官和组织等)
2.界石B:人类发明创造出专门用于处理信息的技术(工具和系统等)

第一个界石:生物进化出专门用于处理身体的内部和外部信息的神经系统
海洋里生活着一种非常原始的动物门类——海绵动物。顾名思义,它们的身体结构像海绵一样多孔而柔软。其实,日常生活中用于清洁的海绵产品就是仿造它们而发明生产出来的。当你用手去捏海绵动物时,它们的身体会压扁或者凹陷,但是却不会做出什么反应。但是,同样是去捏或碰其他高级一点的动物,比如以水螅为代表的腔肠类动物,它们却会马上缩紧身体或者逃走。

为什么会这样呢?因为海绵动物身体中没有神经系统,也就没有通路来传递身体受到的外界刺激并作出反应。而腔肠动物已经进化出原始的神经系统——网状神经系统,像一张网一样分布在全身上下。生物进化从简单到复杂,低级到高级,其中一个表现就是针对具体功能进化出专门的组织和器官。神经系统就是专门用来接收、传导和处理信息。
无脊椎动物的神经系统:

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脊椎动物的神经系统:
脊椎动物的神经系统一般分为两大部分,即:中枢神经系统和周围神经系统。中枢神经系统包括脊髓和脑;周围神经系统包括脊神经、脑神经和植物性神经。

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纵观神经系统的进化,主要沿着两个方向来进行:
1.集中化(Centralization):
神经细胞聚集在一起,使得信息传递的效率更高,神经细胞之间的互动更密切。
2.脑部支配(Cephalization):
神经细胞朝着身体的某个部位移动,逐渐形成脑部,使动物有了向前移动的能力,同时接收和处理信息的效率也更高。这也就是动物的眼睛、鼻子和耳朵等感觉器官会聚集在脑部的原因,它们的主要作用是侦测和收集环境中的信息并传递给大脑。因此,有了专门的神经系统之后,生物进化史下一个重要节点便是动物的中枢神经系统进化出大脑这个专门的信息处理器官。

第二个界石:人类发明创造出专门用于处理信息的技术(包括工具和系统等)
著名媒介理论家马歇尔·麦克卢汉在《理解媒介》一书中指出:一切的技术都是人的延伸。人类相当于动物最大的不同在于,会发明创造工具以延伸人体的器官,增强躯体的功能。谈到工具,容易想到的原始人手中的石器,古代的青铜器和铁器,现在的交通工具等实物。但是我认为人类进化史中最重要的工具是语言(包括口头语言和书写文字)。人类的语言从更本质上来讲是一种信息技术,当然也是文化产物。

以色列学者尤瓦尔·赫拉利《人类简史》中精彩地分析到,智人作为原始人类中的一支,之所以能够战胜并取代更为强壮、脑部更发达以及更耐寒的尼安德特人,最重要的原因是智人拥有一套特别的语言(系统)。语言并不为人类所特有,蚂蚁之间相互传递信息素,也是一种语言;蜜蜂发现新的花源飞舞成“8”字形,向同伴发出信号,同样也是语言。但赫拉利认为,人类的语言不仅单纯传递信息,还能够把族群(包括不曾相识的)组织起来,促进陌生人之间的合作,以战胜在单个个体上强于自己的群体。
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口头语言,一方面起到了信息传递的作用,另一方面也利于信息保存,例如部落中一代代口口相传的故事就存储着经验和智慧。不过,文字以及随之造纸术和印刷术的诞生,才把信息传递和存储的效率推向了高点,人类文明也因之发展到新的高度。根据经典的信息通信模型,信息从信源到信宿(接收者)需要经过编码——信道——解码的过程。

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信息之所以能够传递,是因为可以以一种或者多种代码Code来承载信息,把信息转换为代码的过程称为编码Encode。然后通过某种渠道或者说通路Channel将代码传递给对方。对方需要通过解码Decode过程来获悉信息的含义。因此,信息技术的发展可以划分为两个互为影响的维度:Code代码和Channel信道。

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三、信息观(C高度):信息-知识-智能的转化
“横看成岭侧成峰,只缘身在此山中”。只有站在高处,才能鸟瞰事物全貌,否则只能看到局部。

上面提到的信息通信模型,来自信息论的创建者,也是现在信息科学的祖师爷——香农。信息论缘起于香农那篇震铄古今的论文题为:《A Mathematical Theory of Communication》(通信的数学理论)》

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在20世纪,由这篇论文所奠基的信息论,对自然科学和人类社会带来的影响,足以与相对论和量子力学相提并论。不过遗憾的是,香农也承认,他提出的信息论主要涉及的是信息的形式(即语法信息)和通信原理。至于信息的含义(语义信息)和信息对于发送者和接收者的价值和效用,就不在信息论的范围内了。也因此,香农创立的信息论也称为”狭义信息论“。
”信息,就像黄金,只有使用起来才有价值。“站在信息的使用者的角度,人类主体与对象——信息之间的行为反映在下面的信息系统模型中:

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这套模型是笔者借鉴自钟义信教授的《信息科学原理》(可能是国内最为系统的信息科学理论著作,也是最好的教材之一),但是做了一些调整。
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例如,钟教授认为信息存储和信息传递的原理大致是一样的,因为信息传递是在空间上的转移,而信息存储是在时间上的,从今天传递给明天。不过,当我们仔细思考人的大脑和计算机的运作,不难发现信息存储这个环节非常重要,不管是把信息加工成为知识,还是由信息-知识生成解决问题的策略和行为,都需要把信息存储作为前提。对人脑而言,是把信息转入长时记忆并提取;对于计算机,是把数据存放在硬盘当中。

另外,信息传递的对象,不仅有普通的信息,也包含由信息生成的知识和策略。知识和策略是广义上的,存储在长时记忆之中的信息。
下面我们逐一介绍信息系统模型中的七个模块:
(一)信息获取
物质、能量和信息是自然界的三大要素。能量与物质的不同之处是可以转换形式,由一种能量的形式转换成另一种,比如从势能转化动能(水力发电的原理),由光能转化为热能(太阳能热水器)。物质只能进行空间的转移。信息,与能量有相似的地方,也可以进行形式的转换,比如从声音转化为文字。但与物质和能量最大的不同是可以复制,同一份信息可以复制成为不同的拷贝。

信息获取,更准确的说法,应该是信息拷贝,就是说我们从信息的源头载体拷贝信息。人类获取信息的方式主要通过感觉器官(眼、耳、鼻、舌、皮肤等),机器则主要通过传感器。信息之所以能够被获取和复制以及传递等,本质上是因为信息是事物的运动状态及其变化方式而不是事物本身,信息可以脱离它的载体而负载于其它的事物。当然,这是也是信息相对于物质和能量理解起来比较抽象的原因。

信息获取存在一个”信息不增原理“,不管是获取信息的主体什么,是动物,还是人类或者是机器,TA所能获取的信息量必定不会超过对象所负载的信息量。比如,当我在观察一颗橙子,那我们大脑所接收的信息量必定不会超过这颗橙子所包含的信息量。

(二)信息存储

日常生活和工作中,我们一般喜欢使用移动硬盘存放较大的文件和资料。移动硬盘有四个主要特点:
1.容量:
市面上较为普遍的移动硬盘存储容量约为500G或者1T。大小为1G的电影视频可以存放500个以上。容量大,是选择信息存储设备或者系统的第一个指标。

2.可靠:
移动硬盘存储的资料可以保存很长时间,环境变换(温度、湿度、粉尘和光照等)对信息的长时保存影响不大,除非是较大力的磕碰或者撞击。可靠性,是信息存储工具的第二个指标。

3.易用:
意思是要能实现方便、快捷地将存放的信息提取出来以供使用。移动硬盘一般采用USB接口,只要插入计算机、智能电视等设备就能即插即用。易用性,是信息存储的第三个指标。

4.成本:
目前一千元以内已能买到质量不错的移动硬盘,而在十几年前,一个容量不过数百兆的MP3的价格都要过千元。生产制造的成本不能太高,也是信息存储的一个指标。当然,成本并单指经济上的成本,还包括生产需要的时间、技术和工艺等方面实现的难度等。容量可观、可靠安全、易用方便,同时成本较低,这是衡量信息存储工具(介质、产品、系统等意思基本相同)以及存储方式的主要标准。

按照这个评估框架,目前地球上最好的信息存储工具是什么呢?也许有人说是政府或军队使用的超大数据库或者互联网巨头的数据存储中心。其实不是。最好的信息存储介质就在我们每个人的身上,每一只动物的体内,每一棵树的枝叶中——它就是DNA。我们从四个指标分别考察一下:
1.容量:
人体一个细胞中的DNA碱基对(A-G-C-T)共有约60亿个,这好比是使用AGCT四个字母编写成一部包含有60亿个字母的大辞典。据了解,每克DNA可以存储的数据相当于22万个1TB硬盘的数据存储量。

2.可靠:
这体现为DNA分子本身及其结构的稳定性上面。在电影《侏罗纪公园》中,研究人员将保存在琥珀里的蚊子血液中的恐龙DNA提取出来,成功地”制造“出了活的恐龙。当然,以目前的技术应该没法实现,只是一种科幻故事,不过可以体现出DNA在保存信息上面稳定、持久和安全的特性。

3.易用:
DNA存储的信息量虽然巨大,但是对于生物体而言,其中的信息容易提取并且转录出来的。这表现几个方面:(1)所有的DNA都是由四种碱基组成,也就是代码的基本元素相同并且不复杂;(2)DNA是双链的长分子结构,并不像蛋白质分子那样是三维立体的。信使RNA可以像解开拉链一样,解开DNA双链并复制上面的信息。

4.成本:
DNA的成分是核酸,主要的元素是C(碳)、H(氢)、O(氧)、N(氮)、P(磷)。这是地球上也是生物细胞中最常见的元素。另外,DNA本身的结构也简单,信息就保存在AGCT的排列顺序之中。可以想象,它的”制造“工艺和”生产“成本对于生物体来讲是不高的。

人类社会的信息技术进化史,可以看做信息存储在四个主要指标不断提升和优化的过程:口口相传——洞穴里的原始壁画——动物的骨或者壳(刻画早期的文字)——竹简——莎草纸、羊皮纸——造纸术发明后的纸张——磁盘——光盘等。据称,现在已经有科学家在尝试人工制造仿造DNA原理和结构的信息存储介质。

(三)信息转化为知识
信息对于人来的生存和繁衍固然重要,但是人类却不满足于仅仅是获取、存储和使用一般的信息,而是利用自己比其他动物发达的大脑皮层及其推理和抽象思维能力,将大量的信息加工提炼成为抽象的并且对行为有指导意义的知识。知识生成的方式有多种多样,但本质上是来自人类本身的推理能力对现象和经验的加工,特别是对于共性、规律和模式的总结。所以,概括而言,知识生成的主要方法,也是人类的主要推理方式:1.归纳;2.演绎;3.类比:
1.归纳推理:
鸡蛋是椭圆的,鸭蛋是椭圆的,好像没见过不是椭圆的鸟蛋,所以鸟蛋都是椭圆的。
2.演绎推理:
既然蛋是椭圆的,那么澳洲一种特别的鸟叫鸸鹋,它的蛋肯定也是椭圆的,根本不用去看就知道。
3.类比推理:
地球和鸡蛋挺相似啊,鸡蛋分蛋壳、蛋白、蛋黄,那么地球也差不多得分这么几层,果不其然:地壳、地幔和地核。

归纳型的知识生成方式:
由特殊到一般,它是对观察到的现象,亲历或者相传的经验,科学实验观察的结果等所包含的大量信息进行统计和分析而得出的关于某种共性、规律或模式的总结。本质上也是信息,不过是更为抽象,同时维度也更高的信息。

演绎型的知识生成方式:
由一般到特殊,利用已有的知识生成新的知识,不过新生成的知识比已有的知识维度要低。

类比型的知识生成方式:
由特殊到特殊,因为类比的双方A和B有共性,因此推论出B可能有A相似的属性或特点。在真实的科学研究和社会生活中,归纳、演绎和类比这三种知识生成方式显然是综合在一起使用的。

(四)由知识生成策略
知识本质上是信息,当我们将知识存储在大脑或者其他的“容器”中,它是以静态的方式存在。知识要产生实际的价值需要被激活成为可以用之来改造和优化世界的动态程序,这种动态程序我们称其为求解各种问题的策略。如果说知识反映的是What and Why,那么策略是关于How。

关于什么是问题以及如何解决问题,比较形象的隐喻是穿越迷宫。迷宫的入口就是解决问题时的初始状态,迷宫的出口是问题解决后的目标状态。中间的路径就是各种解法。解决问题的策略有两个基本要求:
1.效果Effective:
能够达成解决问题的目标,不管是何种解法。在迷宫隐喻中,无论是选择哪条路径,需要满足走出迷宫的最终目标。
2.效率Efficient:
解决问题的收益/成本要高,特别是成本要低。在能满足走出迷宫的前提下,选择的路径要更短,费时更少。为什么要把信息转化为知识,再利用知识产生解决问题的策略,目的和意义就在于此。下面举三个商业中的实际案例:

1.产品策略:
使用过戴森吹风机的朋友会发现,它的风力很大但是噪音还能接受。传统的电吹风存在的问题是,要想风力大,吹干头发更快,要用更大的马达以及更强的电流,同时还得忍受烦人的噪音。戴森的产品设计师和工程师将飞机发动机领域发现的“康达效应”成功运用到了吹风机上。

大概的原理是:出风口的某个位置因为空气流速快的原因会产生一个压强变小的区域,使得周围更多的空气快速流动到这块儿区域从而产生更大的风流。关于噪音,工程师则利用了人类耳朵得不到频率以上的声波的现象,马达的转速达到一定转速后会发出较高频率的声波,但是人的耳朵却听不见,当然噪音就小了。

从这个案例可以看出,设计师和工程师空气动力学和声波方面的知识有机地融入到产品的设计和研发策略中,非常聪明地解决传统吹风机已经存在了几十年的老问题。

2.竞争策略:
美国西南航空是在讲企业的定位和竞争战略的书籍和课程中经常会提到的案例。西南航空以实惠和便捷著称,对于旅客来讲,经济成本和时间成本都低。从下面这个价值曲线图可以看出,西南航空没有把注意力放在一般航空公司常打的卖点:豪华的商务舱、精美的餐食等上面,而是取消餐食、提高登机/下机效率等,从机型选择、空中和地面的服务、运营等都聚焦于降低经济成本和时间成本上。

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策略,尤其是企业的定位和竞争策略,在于取和舍,舍弃多余的、不需要的以及不应该有的。之所以做这样的取舍,还在于经营决策者对市场知识的把握和洞悉。

3.企业战略:
在上个世纪,全球有两家相机胶卷的巨头——美国的柯达和日本的富士,前者现在几乎销声匿迹,后者的转型却很成功。富士胶圈在2004年左右提出了新的转型策略,利用原有的核心技术进军到美容化妆、健康医疗、印刷技术等领域。时任富士株式会社的古森重回忆到,传统相机的胶卷需要的核心技术是胶片——胶片的主要成分是明胶(胶原蛋白提纯产物),胶片厚度约为20微米,在这其中包含有20多层感光层、100多种化合物和各种功能性粒子。

胶卷这个行业虽然没落了,但是技术却可以运用到其他的领域。因此,公司战略层通过对市场需求和趋势的分析,重点选择了6大领域:医药品(化妆品)、医疗设备系统、光电、数码影像、印刷以及高性能材料。当市场上居然出现了富士胶卷出产的面膜和化妆用品,就不足为奇了。富士胶卷成功的转型战略有赖于,一方面对自身沉淀的知识资产(技术和专利等)的分析,另一方面是市场知识(客户需求和行业趋势等)的研判。

(五)策略执行:策略转化为行为
知识是信息,策略也是信息,我们可以称之为“策略信息”。前面我们讲到信息与能量有相似性,不同能量和信息形式之间可以转换并且转移,但是不同的是,能量可以做功,改变事物的结构和状态。但是信息却没法独自产生这样的功用。信息如果要实现类似的“做功”的效用,那么,需要转化为行为。行为要产生效果,最终需要对行为的对象实现一定程度的控制(也可以理解为影响)。由策略信息转化为具有功效的行为的基本模型:

策略信息转化为行为

控制的过程,其实是策略信息从它的载体转换和转移到被控对象身上的过程。在这个过程中,信息本身并没有发生改变(如果发生了改变,控制就会失真),改变的只是它的载体的物质和能量形式。因此,控制论的开创者维纳说:”工程中的控制理论,不论是关于人、动物还是机器,都不过是信息理论的一部分。“分析自然界和现实生活中的诸多“控制”现象,比如:快速跑步接住飞盘、飞禽捕捉奔跑的野兔、防空火炮射击飞机、企业战略的实施等,会发现完整、有效的控制过程是一个闭环结构。

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以老鹰捕捉野兔为例,控制的对象是飞奔的野兔,需要达到的控制结果是野兔被抓住,老鹰因此需要实施的行为是:全力扑腾翅膀飞向野兔,其间根据自己与野兔的位置的差距,调整飞行的角度、速度和姿态,反复观察和比较,不断调整和优化,最终成功将爪子扣在野兔身上。这个过程中至关重要的是信息反馈的回路,没有了信息,捕捉的行为会变成盲目地、没有准心的突袭,根本就谈不上对对象和目标的控制。企

业或国家层面的中长期战略也是如此,往往会切分为3年或5年的执行周期,比如国家的“五年计划”。每个周期内对战略实施的成效和进展进行检视,这个时候对信息的统计和分析变得尤为重要。

(六)信息传递
信息传递,是我们在处理信息时最高频的行为之一,但是放在了最后部分来讲。原因是,前面讲到的知识和策略都是信息,我们在传递信息时,不仅包括一般意义上的信息,也在传递(包括共享)知识和策略。信息传递,在实际的经济和生活场景下,更多称为通信,也是研究得最多也是体系最为完整的领域。前面简单提到了香农的通信模型,更为完整的模型如下:

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其中,我们重点探讨编码和换能两个模块。
(一)编码
编码,作为中文,有名字和动词两个意思,对应的英文是:Code(名字)和Encode(动词)Code,翻译为代码可能最为准确。码,一个石头,一匹骏马,石马不是真的马,它是指代真实的马或者代替真实的马。赌场中筹码并非真实的货币,它的作用是暂时替代货币。我们传递信息,并不是传递那个实实在在的事物,而是附着在事物上的信息,所以我们常用代码来指代需要传递的信息。语言是代码,数字也是代码。所以,计算机领域的“代码”就是用自然语言和数字组合而成。Encode编码,就是把信息转化成为一种代码的过程。理解编码也是理解信息的本质的一种直观、有效的办法。我们来看看比计算机采用二进制编码稍早的两种编码形式。

1.莫尔斯代码(Morse Code)
我们在看有关二战时期的战争影片常会看到电报机以及听到一长一短的“嘟嘟”声。当时的电报就是以著名的莫尔斯代码作为编码形式来传递的。莫尔斯代码是一点dot和一划dash作为组合来指代英文字母,并以此为基础组成词句。

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莫尔斯代码一种二进制的编码,如图,它依靠点和划的数量和位置来指代英文字母。我们说语言也是代码,所以电报的传送过程大致是:先编码,把英文作为代码的信息转化成为莫尔斯代码,再进一步转化成为有线或无线电波发送出去。接收方需要译码,首先把电波转换为莫尔斯码,再根据编码规则把莫尔斯码转化成为英语作为代码的文字和语音。

2.盲文(Braille):
我们在那些方便盲人使用的电话亭、ATM机等自助设备以及钞票上会看到由一个个点组成的盲文。同样地,盲文也是一种代码,它可以与文字进行互换或者说相互替代。

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为什么会有盲文?因为盲人视力缺失或者受损,他们缺少了人类接收信息最重要的感官也是信道——视力。因此,我们只有采用一种新的编码形式才能把信息传递到盲人的意识中。在这个过程中,不仅变换了编码形式,还采用了另外一种信道,即手指及其传导神经。

(二)换能:
不管采用什么样的编码形式,信息都不能在虚空中传递,必须依赖具体的媒介。媒介包含两层意思:
1.物质基础:
不同信道有不同的物质形式或材料,比如:光纤、电缆等;

2.能量形式:
传递意味着运动,运动需要能量,信号在不同的媒介中传输,需要对应的能量形式来推动。比如网络信号在光纤中传播,如果转移到手机来接收和传递,则需要转换为电磁波的形式,因为电磁波才能更好地在空气这种介质中传递。我们称这样的过程为换能,能量形式的转换。

编码之后需要译码,作为接收者才能明白信息的内容。同样的,在发送者这端换能后,接收者那端也要做一次换能。以手机通信为例,信息由声音的振动变为电磁波信号发射出去。接收者的手机会把收到的电磁波转换为扬声器的振动,即声音信号。综上所述,完整的信息传递过程,往往需要三种转换同时进行:
1.编码形式的转换
将信息以一种代码转为另一种代码;

2.信道材料的转换
从一种信道转为另一种信道,我们听声音起码涉及到三种信道:肌肉组织、骨头和空气。

3.能量形式的转换
常见的能量形式有:光波、电磁波、声波等。如果回顾从信息获取到行为执行的过程会发现,每个环节过程其实都是一次信息的传递。比如,信息获取就是把信息从源载体上传递到获取信息的主体上面。我们获取一朵花的颜色和香味,是把相关的信息传递到感官和大脑。策略转化行为,是把策略信息经由行为传递给具体的对象。当我们在炒菜时,是把大脑或食谱中的烹饪信息传递到食材和佐料上面。

总结起来,我认为信息传递的过程包括两个层面:
1.转移Trans-fer
让信息负载于具有不同物质+能量形式的事物。
2.转换Trans-form
不同编码形式,code既可以是形象可见的符号,也可能是抽象的,比如电磁波、光波等的频率。

(七)系统的优化
再来看这张反映信息过程的图,从信息获取到信息转化为知识,知识转化为策略,再到策略的执行和信息传递,这也是一个闭环系统,我们可以称之为“信息系统”。
系统包含三个要素:1.系统的组成部分(元素、组件等)的数量;2.系统的组成部分的种类3.各元素或组件之间的相互关系

。信息系统的优化,包括信息过程6个环节或者模块本身的优化,也涉及它们之间的联系、衔接和互动的调整。自动驾驶汽车拥有自身的一套信息系统,还与其他的信息系统(交通管理、地图服务、卫星导航、电信运营商等)联系在一起。从系统优化的角度,可以发现自动驾驶技术信息系统的各个模块都在“进化”。例如,

  • 信息获取:各类传感器(激光雷达、毫米波雷达等)
  • 策略生成(知识转化为策略):这个主要表现在算法
  • 策略转化为行为:转向控制、变速器等

系统的优化,还包含另外一层意思:系统的组织程度的提升和组织效率的优化。一个系统由多个元素组成,不同元素在系统内部所处的位置和它们之间相互的关系,决定了系统的组织程度。如果元素是随机地、缺乏秩序的分布在系统内部,那么,系统的组织程度最低。孙中山曾说中国“四万万人”“一盘散沙”,就是说当时(民国时期)的中国民众缺乏组织。

系统组成元素从无序变为有序,意味着组织程度提高,同时也是系统的熵值由大变小。如果用组织程度提高后的系统熵,减去之前系统所处状态的熵,得到是负熵(小减去大,等于负值)。负熵,代表的就是信息,或者说系统的信息量增加了。

公司职场里,职员们要么在各自座位上,要么在职场里四处走动(喝水、交谈、方便等),突然接到通知,全体人员到楼下大厅门口集合,参加社区组织的消防演习。所有人员立即赶往楼下并排列成队。这个时候,由职员组成的系统就从相对无序的状态,变为有一定组织性的状态。系统从外部引入了新的信息——通知(是一种指令和信号,自然也是信息)。

当下几种被广泛实践的组织效率提升方式,如:敏捷开发、精益生产及管理等,在它们的理念和方法里面,都可看到信息,特别是信息反馈的作用。

敏捷开发:
持续召开每日站会,团队成员(产品、开发、测试等)站立开会,时间限定在15分钟,大家轮流发言。主要沟通:昨天完成了什么?今天的计划是什么?目前遇到了什么障碍等?这样的会议形式虽然简单,但起到了每日进行信息反馈的作用。前面讲到,控制的产生和目标达成离不开信息的反馈。在每日站会中,每个成员的行为都会受到来自主管和其他成员所反馈信息的影响。

精益生产:
在精益生产理念和体系之中,“看板”是一个不可或缺的模块,它既是精益生产系统中的组成部分(例如,白板、屏幕等形式的看板),也是一种管理和效率提升方法。在生产线上,生产和装配进度、成品差错率、人员出勤情况等信息都会实时地可视化。在这样一种信息“场”里,一方面重要的信息得到了共享,另一方面,相关成员的行为也因此受到影响。

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如果提高和优化一个系统(企业、学校、政府机构、社会组织等)的组织程度和组织效率?简单地讲,就是调整或改变系统的组成部分存在的结构和相互关系。结构和关系,不妨理解成为信息的凝集。调整结构、改变关系则需要引入新的信息。

四、信息观(D宽度):以信息为“透镜”看到的“信息”
“对于一个拿着锤子的人来讲,任何东西都像钉子。”(To a man with a hammer, everything looks like a nail.)如果把“锤子”换成“透镜”,这句话的意思就会有本质的改变。对于一个拿着信息“透镜”的人来讲,任何事物都是一个信息系统。从小到一个细胞,达到整个人类社会,系统不分规模和大小,无不包含着各自完整的信息系统。

如果我们试图拿着信息的透镜来观察和剖析身边的事物或者现象,会有一种通透并且觉得“万物齐一的”感受。人及人组成的社会是一个信息系统,而工具是人的机能的延伸和外化。所以,我们很容易观察和发现生活中存在的信息系统及其主要模块的发展。

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汽车,作为最常用的交通工具,也已经从单纯的机械装置,进化为信息系统:

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我们以信息的透镜来观照事物,基本是是把这些系统看作孤立的。但是真实的世界里,大大小小的系统不仅是交织在一起,而且存在层级性:科学——技术——经济——社会。信息,一方面不断独立和专业化发展出信息科学、信息技术以及信息经济;另一方面,又与其他领域融合和交叉:
信息科学:
与生物、遗传、地理等发展出生物信息学、遗传信息学、地理信息学。信息技术:
信息技术与其他技术的融合,主要包括:交通技术、医疗技术、航空航天技术等。
信息经济:
信息产业与其他产业的结合,例如5G相关产业就与交通、医疗、教育等发生密切关系。

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科学、技术和经济(尤其是产业)之间,相互影响、彼此促进,共同推动信息社会的形成。目前,比较明显的影响是社会组织结构的变革和进化。历史经验表明,人类社会最先进的技术和组织方式往往最先应用在军事和战争上面。信息技术运用在武器和军事中的历史悠久并且成熟,而现在已经发展到对战争组织形式和战场指挥-控制结构上。例如,美军近年来一直在深入研究的“马赛克战”(Mosiac War)概念。

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由于信息技术的发展,以往的杀伤链已经进化为杀伤网。一片“马赛克”可以理解成为战场上杀伤网的一个节点。作为对手,你所面对的不是一枚导弹、一架飞机、一艘潜艇等,而是一张由人员、武器、信息系统等组成的“网络”。这样一种“去中心化”的组织方式,也同时表现在企业的组织架构上,例如:海尔的“人单合一”组织结构、韩都衣舍的“小组制”等。

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【讨论】假如由你亲自来编写一本有关信息科学及技术的教材,你会如何来构思内容?

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