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信息技术应用能力持续提升计划

计划书 时间:2017-12-31 我要投稿
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  信息技术及其应用

  学习任何一门学科,第一要搞清楚它研究的对象是什么,第二要搞清楚的就是它研究的内容。前一篇文章我们已经对研究的对象——“信息”进行了剖析。本篇文章将对信息技术研究的内容——“信息技术”进行解析。

  与信息概念类似,大多数教材上对信息技术只是提及有什么,但为什么会有这些技术?信息技术究竟要帮助人类解决什么样的问题?它是怎样发展的?目前信息技术正在为人类解决什么样的问题?等等,对于这些内容都很少介绍。

  作为一门学科的起始课,“信息及其特征”和“信息技术及其应用”是关键的两节课,是激发学生对信息技术学科的学习兴趣和探究激情最为关键的环节。“信息及其特征”一定要让学生深入理解信息技术学科研究对象的丰富内涵;“信息技术及其应用”一定要充分展示信息技术的魅力,让学生体会并深信信息技术对人类进步发展的重要作用。然而,这两节课常常被许多老师所忽略,大多数教材还在讲几年前的“深蓝”,写一些离学生很远、难以引起兴趣的应用。本文尝试从科学技术发展的历史看信息技术的主要特点、作用和内容,并从当今信息科学家正在做什么入手,探究信息技术的前沿应用。

  一、从科学技术的产生发展看信息技术

  技术总是与科学联系在一起的,科学的任务是认识世界,它是揭示事物运动变化规律的理论和方法。技术的任务是改造世界,它是依据一定的科学理论,制造和制作工具的工艺和手段。

  为了更好地理解信息技术的特点,我们必须先来了解科学技术的产生与发展。

  技术是自古就有的吗?技术是怎么发展的?

  1、科学技术的产生

  技术并不是自古就有的,也不是永恒不变的。

  在人类发展的初期——生物学进化阶段,既没有发现科学,也没有发明技术,人类完全是以赤手空拳来争取自己的生存和发展的。这一阶段的人类主要通过自身器官功能的分化和强化来增强自身的能力。如直立行走、前后肢分工、手的灵巧化都是这一阶段人类进化的主要成果。视野的扩大,手指功能的扩展,大大提高了人类认识世界、适应环境的能力。

  然而,人类生理器官的分化与增强是有限的,不可能无限制的扩展下去。可是,人们追求更好的生存与发展的需求永不停止。当人类自身器官功能的扩展接近饱和状态时,人类便将注意力投向了外界,开始利用“身外之物”(石块、枯枝)来扩展自身器官的能力。这时,人类也由生物学进化过渡到文明进化阶段。

  长期天然工具的使用使我们的祖先慢慢意识到大石块砍砸后会变成小石块,并形成尖、刃等形状的形成过程,当天然工具不能满足人们征服自然的需要时,我们的先人们就踏上的人工试制工具的艰难历程。就这样,科学技术伴随着人类由生物学进化向文明进化的转化过程中产生了。生活中长期经历的有关客观世界的某些“经验”就形成了最早的原始状态的科学(例如杠杆的原理),而根据这些经验设计制作工具的方法和手段就是技术的原始雏形。

  2、科学技术辅助人类扩展能力

  科学技术是为了满足人类自身能力发展的实际需求而产生并发展的,它自始至终都是辅助人类扩展自身能力的。

  那么,人类有哪些需要扩展的能力?科学技术是怎么扩展人的这些能力的?

  关于人类能力的划分有许多种,但从宏观上来看,可以把人的能力分为三个方面:体质能力、体力能力和智力能力。体质能力反映了人的体质结构的合理性和强健性,是人全部能力的基础;体力能力反映了人的力量的充沛性和持久性,它是建筑在体质能力的基础上;人的智力能力则是反映人的思维和智慧的理智性和敏捷性,它是建筑在体质能力和体力能力的基础上。人的这三种能力是一个有机体,它们是协调发展的。但在人类整个进化的历程中,能力的发展呈现着明显的阶段特征,在三种能力保持大体协调发展的前提下,最先得到发展的是体质能力,其次是体力能力,最后是智力能力。

  科学技术就是通过制造工具来扩展人的能力。

  (1)质料工具扩展人的体质能力

  在农业社会,人们利用材料科学技术的知识和技能制造石器、青铜器、铁器等工具。这些工具具有更强的硬度、更好的弹性、更高的熔点、更低的凝聚点、更强的耐压能力、抗腐蚀能力和抗辐射能力等,大大扩展了人类的体质能力。

  这一阶段人类开发的是物质资源,主要利用的是物质结构理论和力学理论及材料科学技术。

  (2)动力工具扩展人的体力能力

  当人类社会进入工业革命时期,人们利用能量科学技术的知识和技能把客观世界的各种能量资源(如煤炭、风力、太阳能等)转变为动力,制造成各种动力工具(蒸汽机、电动机等),这些动力工具具有更强的推动力、牵引力、冲击力、爆破力、摧毁力,极大地扩展了人类的动力能力。当然这个时期人类的体质能力也在不断扩展中。

  这一阶段,人类开发的能量资源和物质资源。主要利用的是能量守恒与转换理论,能量科学技术和材料科学技术。

  (3)智力工具扩展人的智力能力

  当人类的历史进入二十世纪40年代时,人们发现自己的大脑不够用了,不能在规定的时间内计算出需要得出的数据,记不下需要记住的信息了。于是智力工具作为人类智力能力的扩展产生了。最具代表性的智力工具就是计算机。智力工具与人的智力能力相结合,使人类具有更敏锐的观察力、更广阔的感知力、更精细的分辨力、更高效更明智的决策力、更强大的记忆力、更强的控制力、更快捷的计算能力以及更好的学习与认知能力。智力工具的制造一方面依赖信息资源,另一方面依赖于信息加工与转换的信息科学技术。当然也离不开物质和能量资源,以及能量科学技术和材料科学技术。

  综上所述,可以看出,信息技术的本质特点是对人类智力能力的扩展,也就是扩展人的信息器官功能的一类技术。

  二、信息技术的内涵

  纵观科学技术的发展,我们发现,信息科学技术扩展的是人类的智力能力,开发的是信息资源。那么,人类有哪些信息处理器官?信息技术是如何扩展人类这些信息器官的功能?

  1、人类的信息器官及功能

  第一,感觉器官。包括视觉器官、听觉器官、嗅觉器官、味觉器官、触觉器官和平衡感觉器官等。主要功能是获取信息。通过视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉来感知(即获取)外部世界各种事物运动的状态和方式;平衡感觉器官则可以根据运动主体与客体之间的关系来获取平衡信息。

  第二,传导神经网络。它又可以分为导入神经网络和导出神经网络。主要功能是传递信息。通过导入神经网络把感觉器官获得的信息传送给思维器官;通过导出神经网络把思维器官加工出来的信息传送给各种效应器官或内部某些器官。

  第三,思维器官。包括记忆系统、联想系统、分析推理和决策系统等。主要功能是加工和再生信息。实际上它担负着存储信息、检索信息、加工信息和再生信息的复杂任务。通过存储、检索、加工信息得到对于外部事物运动规律的认识;通过再生信息来表示主体对于外部事物进行改造的策略和意图。

  第四,效应器官。包括操作器官(手)、行走器官(脚)和语言器官(口)等。主要功能是施用信息。通过操作器官和行走器官来执行或者通过语言器官来表达大脑发出的信息,使这些信息产生实际的效果。

  2、信息技术的基本内容

  与人类信息器官及功能相对应,信息技术的基本内容包括以下几个方面。

  第一,感测技术。感觉器官功能的延长。包括传感技术和测量技术及遥感、遥测技术等。它使人们更好地从外部世界获得各种有用信息。日常生活中常见的应用有:食堂的饭卡、公交卡、电子温度计仪、电子称、数码照相机、自动门、高速公路的ETC、楼道感应灯、VCD遥控器、手机蓝牙等。

  第二,通信技术。传导神经网络功能的延长。它的作用是传递、交换和分配信息,消除或克服空间和时间上的限制,使人们更有效地利用信息资源。应用如电话、手机、网络、卫星等。

  第三,计算机与智能技术。思维器官功能的延长。计算机技术(包括硬件和软件技术)和人工智能技术,使人们更好地加工、存储、再生信息。应用如计算机、机器人等。

  第四,控制技术。效应器官功能的延长。控制技术的作用是根据输入的指令(决策信息)对外部事物的运动状态实施干预,即信息施效。常见的应用如有自动洗衣机、电脑洗车、自动控制车床等。

  由此,可以得出

  信息技术是指能够完成信息的获取、传递、存储、加工、再生和施用等功能的一类技术。

  从信息技术的特点和内容上,我们可以整体理解高中信息技术新课程的结构:《信息技术基础》沿着信息的获取、传递、存储、加工的横向线路让学生整体感受信息加处理的全过程。感测技术与计算机技术的结合构成《多媒体技术应用》选修模块;通信技术与计算机技术的结合构成《网络技术应用》选修模块;《算法与程序设计》《数据管理技术》属于计算机技术;计算机智能技术与控制技术的结合构成《人工智能初步》选修模块。

  三、信息技术前沿应用

  对信息技术的历史使命有了一定了解后,还要充分展示信息技术的魅力,让学会深刻体会信息技术在人类社会中的重要作用。下面列举信息技术前沿应用的几个案例,抛砖引玉,相信各位老师们会列举出更有魅力的应用。

  案例1——“仿生眼”帮盲人复明

  据英国媒体2008年4月22日报道,英国伦敦穆尔菲尔德眼科医院日前施行了一项先锋性的“仿生眼”移植手术——在两个盲人患者的眼球表面分别植入安装有60个电极的人造视网膜芯片,从而让两个失明患者恢复视力,并能辨认简单物体。这是英国首次施行“仿生眼”移植手术,在未来3年之内,“仿生眼”技术有望得到大范围推广。

  [案例分析]

  这是一个典型的信息技术应用。“仿生眼”首先通过患者眼镜上的摄像机捕捉外部景象(感测技术、计算机智能技术应用),然后图像经无线发射器(通信技术应用)传送到患者眼球表面的人造视网膜上,经芯片转换为电脉冲信号(计算机技术应用)传给60个电极。接着,人造视网膜上的电极会刺激视网膜的视觉神经,继续将信号沿视神经传送到大脑,并在大脑中成像。

  案例2——“舌头驾驶系统”助残障人活动

  据英国《每日邮报》报道,美国科学家2008年6月30日表示,他们最近成功地研制出一种使用微小磁铁进行控制的小仪器,这种米粒大小的仪器可以植在人的舌头下,肢体残疾的人士只需要动一下舌头,就能够轻松地驾驭自己的轮椅甚至操作电脑。这套装置将可协助脊椎神经受到重创的严重残疾人,重新过着以往丰富、活跃及独立的生活。

 

  [案例分析]

  在这套系统中,使用者头部将戴上一个磁场感应器(感测技术应用),它能够测出舌头的磁迹,然后将无线电讯号(通信技术应用)传送到在使用者戴在身上或轮椅上的手提电脑中,然后通过自动控制进行操作(控制技术应用)。此外,电脑系统还能确认每名使用者的独特舌头动作,即舌头所触碰的每颗牙齿,都可代表不同的指令(人工智能技术应用)。

  案例3——无音通话系统

  《参考消息》2008年3月17日报道,美国安比恩特公司发明了一套无需发出声音就能够进行电话通话的系统。使用者利用一个放置在颈部周围的项圈,就可以收集到人脑中与特定词汇有关的神经信号,从而创造无声说话的奇迹。

  [案例分析]

  这套名为“Audeo”的系统,任何人经过一定时间训练,就可以在不必发出任何声音的情况下发送出与大脑中具体词汇有关的神经信号。

  这些信号被放置在颈部声带周围的项圈。

 

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