第一章教育信息处理

1、教育信息处理 第一章 教育信息概述 第一节 有关信息的基本概念 第二节 教育信息的特点 第三节 教育信息的数量化 第四节 教育信息的结构形式 第五节 教育信息处理的对象 第六节 教育信息处理的方法 第七节 教育信息处理的数学方法 第一节 有关信息的基本概念 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。 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

2、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。 天气预报 说者无心，听者有意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，不是由受者所决定。 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。 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，高度民主组织化后的可记忆的信息。 信息的特点 没有大小 由

3、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。 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。香农和信息论 美国数学家香农1948年发表的“关于通信的数学理论”一书被认为是信息

4、论正式诞生的标志。他第一次从理论上阐明了通信的基本问题，提出了通信系统的数学模型，给出了定量描述信息的计算方法，为信息的定量描述提供了理论根据。维纳和控制论 美国的维纳提出了维纳滤波器的理论和预测的理论，他为控制理论的发展做出了重要贡献。维纳的理论对于研究机器和生物中信息的传递，变换、处理和控制具有重要意义。系统理论信息系统、控制系统往往是一种十分复杂的系统。对于这些系统的分析、设计需要系统理论的指导。系统理论是一种研究系统化和最佳化的科学。第二节 教育信息的特点 教育系统主要研究人的内部，或人与人之间所发生的信息。教育系统的这些特点，为教育系统的分析，为教育系统中的信息处理带来了很大的困难，

5、它也决定了教育信息的基本特点。 1.2.1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。 教育信息的基本特点教育信息的基本特点1.2.2教育数据多是一些小样本的数据 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。而实际的教学过程中，往往仅涉及一个班

6、，由于样本较少，它给数据的统计处理带来了很大的困难。 教育信息的基本特点1.2.3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。 1.2.4教育信息多是一些模糊信息 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。 教育信息的基本

7、特点第三节 教育信息的数量化 1.3.1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。 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

8、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(ordinal 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。 数量化的尺度 3距离尺度(interval scale,equal unit scale

9、) 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。 数量化的尺度第四节 教育信息的结构形式 1.4.1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

10、绩如表1.2所示。表1.2 学生测试成绩表 式中，xij表示第I名学生第j门课程的测试成绩。称这样的矩形为得分矩阵。显然，矩阵中，第 I行各元素之和为第I名学生的各科成绩之和，第j列各元素之和为第j门课程全班学生的得分之和。1.4.1矩阵 使用时间序列（简称时序列）研究教学过程。对于某个教学过程，可以用 xi ti i=1n (1-2) 这样的概率模型所表示，式中 第I个行为状态的类型； ti：产生第I个行为的时间； n：教学过程中所出现行为状态的总数 例：上课，45分钟 考试，2小时 为了进行时序列分析，首先应对教学过程中的行为进行分类。分类时，应对教师的行为、学生的行为分别进行。 时间序列

11、 1.4.3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，图是一个有序对（V，E）。 1.4.3图 V=(V1,V2,)是一些点的集合(如下图中的V=(A,B,C)，E=（E1，E2）是弧（又称边）的集合(在右图户弧E=(BA,AC,BC)。图又分为无向图(左图)和有向图（右图）。无向图中，E是V上的无序关系，即Ek由无序对（Vi，Vj）所定义（即如左图弧AB由无序对（A,B）定义）。有向图中，Ek由有序对所定义。教育信息中，多为有向图，即连接点的边是有序（有方向）的。 1.4.3图 第五节 教育信息处理的对象 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

12、论的对象仅涉及教学活动中的有关信息。 教学活动的基本周期是教学的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。 1.5.1有关测试的教育信息 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

13、重要类别。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 。1.5.2有关教学过程的教育信息 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。 1.5.4有关传递过程的教育信息 教学过程中，需要使用包括黑板、文字、电

14、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。 1.5.5有关学习环境的教育信息 1.教育信息的表示 教育信息处理是以教育信息作为处理对象的。教育系统的特点决定了教育信息的复杂性、多样性和模糊性。对于这样的信息如何去表示，如何去编码，是教育信息分析、处理应解决的第一个问题。 1.6.1教育信息处理应解决的问题 处理方法应适用于教育信息的特点和要求。所谓处理是指对给定的信息所进行的某种运算、变换和逻辑的分析。对于信息施加的各种运算、变换、分析，不应给教育现象产生任何矛盾。 2.处理方法 处

15、理的有效性是指经过处理后所得到的信息在多大的程度上达到了处理目的要求。处理的结果不仅应能有效地达到预期的目的，而且要求它与处理前的信息不产生任何矛盾。处理前的原始信息所说明的教育现象，处理后的信息不仅能更清楚地表明该现象中的某些实质性的内容，且和原始信息所说明的现象不应产生任何矛盾。3.有效性 1.6.2教育信息的处理方法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。 1.6.2

16、教育信息的处理方法 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，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。 1.6.2教育信息的处理方法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

17、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。1.6.2教育信息的处理方法 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。 1.7.1 教育信息处理的数学方法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。 1信息理论法 教学过程是一种信息过程，以信息理论

18、来研究教学过程是教育信息处理的重要内容。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 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。 1.7.1 教育信息处理的数学方法3模糊数学法 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。 1.7.1 教育信息处理的数学方法4数理统计法 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，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。1.7.1 教育信息处理的数学方法1.7.1 教育信息处理的数学方法为了说明教育信息处理中各种数学方法的应用情况及其发展趋势，我们借用日本教育工学杂志自1976年创刊到1996年共20年间发表的论文中使用各种数学方法的累计表