信息技術(shù)應(yīng)用能力持續(xù)提升計(jì)劃
信息技術(shù)及其應(yīng)用
學(xué)習(xí)任何一門學(xué)科，第一要搞清楚它研究的對(duì)象是什么，第二要搞清楚的就是它研究的內(nèi)容。前一篇文章我們已經(jīng)對(duì)研究的對(duì)象——“信息”進(jìn)行了剖析。本篇文章將對(duì)信息技術(shù)研究的內(nèi)容——“信息技術(shù)”進(jìn)行解析。
與信息概念類似，大多數(shù)教材上對(duì)信息技術(shù)只是提及有什么，但為什么會(huì)有這些技術(shù)?信息技術(shù)究竟要幫助人類解決什么樣的問題?它是怎樣發(fā)展的?目前信息技術(shù)正在為人類解決什么樣的問題?等等，對(duì)于這些內(nèi)容都很少介紹。
作為一門學(xué)科的起始課，“信息及其特征”和“信息技術(shù)及其應(yīng)用”是關(guān)鍵的兩節(jié)課，是激發(fā)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣和探究激情最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。“信息及其特征”一定要讓學(xué)生深入理解信息技術(shù)學(xué)科研究對(duì)象的豐富內(nèi)涵;“信息技術(shù)及其應(yīng)用”一定要充分展示信息技術(shù)的魅力，讓學(xué)生體會(huì)并深信信息技術(shù)對(duì)人類進(jìn)步發(fā)展的重要作用。然而，這兩節(jié)課常常被許多老師所忽略，大多數(shù)教材還在講幾年前的“深藍(lán)”，寫一些離學(xué)生很遠(yuǎn)、難以引起興趣的應(yīng)用。本文嘗試從科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史看信息技術(shù)的主要特點(diǎn)、作用和內(nèi)容，并從當(dāng)今信息科學(xué)家正在做什么入手，探究信息技術(shù)的前沿應(yīng)用。
一、從科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)生發(fā)展看信息技術(shù)
技術(shù)總是與科學(xué)聯(lián)系在一起的，科學(xué)的任務(wù)是認(rèn)識(shí)世界，它是揭示事物運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的理論和方法。技術(shù)的任務(wù)是改造世界，它是依據(jù)一定的科學(xué)理論，制造和制作工具的工藝和手段。
為了更好地理解信息技術(shù)的特點(diǎn)，我們必須先來了解科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展。
技術(shù)是自古就有的嗎?技術(shù)是怎么發(fā)展的?
1、科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)生
技術(shù)并不是自古就有的，也不是永恒不變的。
在人類發(fā)展的初期——生物學(xué)進(jìn)化階段，既沒有發(fā)現(xiàn)科學(xué)，也沒有發(fā)明技術(shù)，人類完全是以赤手空拳來爭(zhēng)取自己的生存和發(fā)展的。這一階段的人類主要通過自身器官功能的分化和強(qiáng)化來增強(qiáng)自身的能力。如直立行走、前后肢分工、手的靈巧化都是這一階段人類進(jìn)化的主要成果。視野的擴(kuò)大，手指功能的擴(kuò)展，大大提高了人類認(rèn)識(shí)世界、適應(yīng)環(huán)境的能力。
然而，人類生理器官的分化與增強(qiáng)是有限的，不可能無限制的擴(kuò)展下去。可是，人們追求更好的生存與發(fā)展的需求永不停止。當(dāng)人類自身器官功能的擴(kuò)展接近飽和狀態(tài)時(shí)，人類便將注意力投向了外界，開始利用“身外之物”(石塊、枯枝)來擴(kuò)展自身器官的能力。這時(shí)，人類也由生物學(xué)進(jìn)化過渡到文明進(jìn)化階段。
長(zhǎng)期天然工具的使用使我們的祖先慢慢意識(shí)到大石塊砍砸后會(huì)變成小石塊，并形成尖、刃等形狀的形成過程，當(dāng)天然工具不能滿足人們征服自然的需要時(shí)，我們的先人們就踏上的人工試制工具的艱難歷程。就這樣，科學(xué)技術(shù)伴隨著人類由生物學(xué)進(jìn)化向文明進(jìn)化的轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生了。生活中長(zhǎng)期經(jīng)歷的有關(guān)客觀世界的某些“經(jīng)驗(yàn)”就形成了最早的原始狀態(tài)的科學(xué)(例如杠桿的原理)，而根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)制作工具的方法和手段就是技術(shù)的原始雛形。
2、科學(xué)技術(shù)輔助人類擴(kuò)展能力
科學(xué)技術(shù)是為了滿足人類自身能力發(fā)展的實(shí)際需求而產(chǎn)生并發(fā)展的，它自始至終都是輔助人類擴(kuò)展自身能力的。
那么，人類有哪些需要擴(kuò)展的能力?科學(xué)技術(shù)是怎么擴(kuò)展人的這些能力的?
關(guān)于人類能力的劃分有許多種，但從宏觀上來看，可以把人的能力分為三個(gè)方面：體質(zhì)能力、體力能力和智力能力。體質(zhì)能力反映了人的體質(zhì)結(jié)構(gòu)的合理性和強(qiáng)健性，是人全部能力的基礎(chǔ);體力能力反映了人的力量的充沛性和持久性，它是建筑在體質(zhì)能力的基礎(chǔ)上;人的智力能力則是反映人的思維和智慧的理智性和敏捷性，它是建筑在體質(zhì)能力和體力能力的基礎(chǔ)上。人的這三種能力是一個(gè)有機(jī)體，它們是協(xié)調(diào)發(fā)展的。但在人類整個(gè)進(jìn)化的歷程中，能力的發(fā)展呈現(xiàn)著明顯的階段特征，在三種能力保持大體協(xié)調(diào)發(fā)展的前提下，最先得到發(fā)展的是體質(zhì)能力，其次是體力能力，最后是智力能力。
科學(xué)技術(shù)就是通過制造工具來擴(kuò)展人的能力。
(1)質(zhì)料工具擴(kuò)展人的體質(zhì)能力
在農(nóng)業(yè)社會(huì)，人們利用材料科學(xué)技術(shù)的知識(shí)和技能制造石器、青銅器、鐵器等工具。這些工具具有更強(qiáng)的硬度、更好的彈性、更高的熔點(diǎn)、更低的凝聚點(diǎn)、更強(qiáng)的耐壓能力、抗腐蝕能力和抗輻射能力等，大大擴(kuò)展了人類的體質(zhì)能力。
這一階段人類開發(fā)的是物質(zhì)資源，主要利用的是物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論和力學(xué)理論及材料科學(xué)技術(shù)。
(2)動(dòng)力工具擴(kuò)展人的體力能力
當(dāng)人類社會(huì)進(jìn)入工業(yè)革命時(shí)期，人們利用能量科學(xué)技術(shù)的知識(shí)和技能把客觀世界的各種能量資源(如煤炭、風(fēng)力、太陽能等)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力，制造成各種動(dòng)力工具(蒸汽機(jī)、電動(dòng)機(jī)等)，這些動(dòng)力工具具有更強(qiáng)的推動(dòng)力、牽引力、沖擊力、爆破力、摧毀力，極大地?cái)U(kuò)展了人類的動(dòng)力能力。當(dāng)然這個(gè)時(shí)期人類的體質(zhì)能力也在不斷擴(kuò)展中。
這一階段，人類開發(fā)的能量資源和物質(zhì)資源。主要利用的是能量守恒與轉(zhuǎn)換理論，能量科學(xué)技術(shù)和材料科學(xué)技術(shù)。
(3)智力工具擴(kuò)展人的智力能力
當(dāng)人類的歷史進(jìn)入二十世紀(jì)40年代時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)自己的大腦不夠用了，不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)計(jì)算出需要得出的數(shù)據(jù)，記不下需要記住的信息了。于是智力工具作為人類智力能力的擴(kuò)展產(chǎn)生了。最具代表性的智力工具就是計(jì)算機(jī)。智力工具與人的智力能力相結(jié)合，使人類具有更敏銳的觀察力、更廣闊的感知力、更精細(xì)的分辨力、更高效更明智的決策力、更強(qiáng)大的記憶力、更強(qiáng)的控制力、更快捷的計(jì)算能力以及更好的學(xué)習(xí)與認(rèn)知能力。智力工具的制造一方面依賴信息資源，另一方面依賴于信息加工與轉(zhuǎn)換的信息科學(xué)技術(shù)。當(dāng)然也離不開物質(zhì)和能量資源，以及能量科學(xué)技術(shù)和材料科學(xué)技術(shù)。
綜上所述，可以看出，信息技術(shù)的本質(zhì)特點(diǎn)是對(duì)人類智力能力的擴(kuò)展，也就是擴(kuò)展人的信息器官功能的一類技術(shù)。
二、信息技術(shù)的內(nèi)涵
縱觀科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)，信息科學(xué)技術(shù)擴(kuò)展的是人類的智力能力，開發(fā)的是信息資源。那么，人類有哪些信息處理器官?信息技術(shù)是如何擴(kuò)展人類這些信息器官的功能?
1、人類的信息器官及功能
第一，感覺器官。包括視覺器官、聽覺器官、嗅覺器官、味覺器官、觸覺器官和平衡感覺器官等。主要功能是獲取信息。通過視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺來感知(即獲取)外部世界各種事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和方式;平衡感覺器官則可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)主體與客體之間的關(guān)系來獲取平衡信息。
第二，傳導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它又可以分為導(dǎo)入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。主要功能是傳遞信息。通過導(dǎo)入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把感覺器官獲得的信息傳送給思維器官;通過導(dǎo)出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把思維器官加工出來的信息傳送給各種效應(yīng)器官或內(nèi)部某些器官。
第三，思維器官。包括記憶系統(tǒng)、聯(lián)想系統(tǒng)、分析推理和決策系統(tǒng)等。主要功能是加工和再生信息。實(shí)際上它擔(dān)負(fù)著存儲(chǔ)信息、檢索信息、加工信息和再生信息的復(fù)雜任務(wù)。通過存儲(chǔ)、檢索、加工信息得到對(duì)于外部事物運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí);通過再生信息來表示主體對(duì)于外部事物進(jìn)行改造的策略和意圖。
第四，效應(yīng)器官。包括操作器官(手)、行走器官(腳)和語言器官(口)等。主要功能是施用信息。通過操作器官和行走器官來執(zhí)行或者通過語言器官來表達(dá)大腦發(fā)出的信息，使這些信息產(chǎn)生實(shí)際的效果。
2、信息技術(shù)的基本內(nèi)容
與人類信息器官及功能相對(duì)應(yīng)，信息技術(shù)的基本內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。
第一，感測(cè)技術(shù)。感覺器官功能的延長(zhǎng)。包括傳感技術(shù)和測(cè)量技術(shù)及遙感、遙測(cè)技術(shù)等。它使人們更好地從外部世界獲得各種有用信息。日常生活中常見的應(yīng)用有：食堂的飯卡、公交卡、電子溫度計(jì)儀、電子稱、數(shù)碼照相機(jī)、自動(dòng)門、高速公路的ETC、樓道感應(yīng)燈、VCD遙控器、手機(jī)藍(lán)牙等。
第二，通信技術(shù)。傳導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能的.延長(zhǎng)。它的作用是傳遞、交換和分配信息，消除或克服空間和時(shí)間上的限制，使人們更有效地利用信息資源。應(yīng)用如電話、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等。
第三，計(jì)算機(jī)與智能技術(shù)。思維器官功能的延長(zhǎng)。計(jì)算機(jī)技術(shù)(包括硬件和軟件技術(shù))和人工智能技術(shù)，使人們更好地加工、存儲(chǔ)、再生信息。應(yīng)用如計(jì)算機(jī)、機(jī)器人等。
第四，控制技術(shù)。效應(yīng)器官功能的延長(zhǎng)。控制技術(shù)的作用是根據(jù)輸入的指令(決策信息)對(duì)外部事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)施干預(yù)，即信息施效。常見的應(yīng)用如有自動(dòng)洗衣機(jī)、電腦洗車、自動(dòng)控制車床等。
由此，可以得出
信息技術(shù)是指能夠完成信息的獲取、傳遞、存儲(chǔ)、加工、再生和施用等功能的一類技術(shù)。
從信息技術(shù)的特點(diǎn)和內(nèi)容上，我們可以整體理解高中信息技術(shù)新課程的結(jié)構(gòu)：《信息技術(shù)基礎(chǔ)》沿著信息的獲取、傳遞、存儲(chǔ)、加工的橫向線路讓學(xué)生整體感受信息加處理的全過程。感測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成《多媒體技術(shù)應(yīng)用》選修模塊;通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成《網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用》選修模塊;《算法與程序設(shè)計(jì)》《數(shù)據(jù)管理技術(shù)》屬于計(jì)算機(jī)技術(shù);計(jì)算機(jī)智能技術(shù)與控制技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成《人工智能初步》選修模塊。
三、信息技術(shù)前沿應(yīng)用
對(duì)信息技術(shù)的歷史使命有了一定了解后，還要充分展示信息技術(shù)的魅力，讓學(xué)會(huì)深刻體會(huì)信息技術(shù)在人類社會(huì)中的重要作用。下面列舉信息技術(shù)前沿應(yīng)用的幾個(gè)案例，拋磚引玉，相信各位老師們會(huì)列舉出更有魅力的應(yīng)用。
案例1——“仿生眼”幫盲人復(fù)明
據(jù)英國(guó)媒體2008年4月22日?qǐng)?bào)道,英國(guó)倫敦穆爾菲爾德眼科醫(yī)院日前施行了一項(xiàng)先鋒性的“仿生眼”移植手術(shù)——在兩個(gè)盲人患者的眼球表面分別植入安裝有60個(gè)電極的人造視網(wǎng)膜芯片，從而讓兩個(gè)失明患者恢復(fù)視力,并能辨認(rèn)簡(jiǎn)單物體。這是英國(guó)首次施行“仿生眼”移植手術(shù),在未來3年之內(nèi),“仿生眼”技術(shù)有望得到大范圍推廣。
[案例分析]
這是一個(gè)典型的信息技術(shù)應(yīng)用。“仿生眼”首先通過患者眼鏡上的攝像機(jī)捕捉外部景象(感測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能技術(shù)應(yīng)用)，然后圖像經(jīng)無線發(fā)射器(通信技術(shù)應(yīng)用)傳送到患者眼球表面的人造視網(wǎng)膜上,經(jīng)芯片轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)(計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用)傳給60個(gè)電極。接著，人造視網(wǎng)膜上的電極會(huì)刺激視網(wǎng)膜的視覺神經(jīng)，繼續(xù)將信號(hào)沿視神經(jīng)傳送到大腦，并在大腦中成像。
案例2——“舌頭駕駛系統(tǒng)”助殘障人活動(dòng)
據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家2008年6月30日表示，他們最近成功地研制出一種使用微小磁鐵進(jìn)行控制的小儀器，這種米粒大小的儀器可以植在人的舌頭下，肢體殘疾的人士只需要?jiǎng)右幌律囝^，就能夠輕松地駕馭自己的輪椅甚至操作電腦。這套裝置將可協(xié)助脊椎神經(jīng)受到重創(chuàng)的嚴(yán)重殘疾人，重新過著以往豐富、活躍及獨(dú)立的生活。
[案例分析]
在這套系統(tǒng)中，使用者頭部將戴上一個(gè)磁場(chǎng)感應(yīng)器(感測(cè)技術(shù)應(yīng)用)，它能夠測(cè)出舌頭的磁跡，然后將無線電訊號(hào)(通信技術(shù)應(yīng)用)傳送到在使用者戴在身上或輪椅上的手提電腦中，然后通過自動(dòng)控制進(jìn)行操作(控制技術(shù)應(yīng)用)。此外，電腦系統(tǒng)還能確認(rèn)每名使用者的獨(dú)特舌頭動(dòng)作，即舌頭所觸碰的每顆牙齒，都可代表不同的指令(人工智能技術(shù)應(yīng)用)。
案例3——無音通話系統(tǒng)
《參考消息》2008年3月17日?qǐng)?bào)道，美國(guó)安比恩特公司發(fā)明了一套無需發(fā)出聲音就能夠進(jìn)行電話通話的系統(tǒng)。使用者利用一個(gè)放置在頸部周圍的項(xiàng)圈，就可以收集到人腦中與特定詞匯有關(guān)的神經(jīng)信號(hào)，從而創(chuàng)造無聲說話的奇跡。
[案例分析]
這套名為“Audeo”的系統(tǒng)，任何人經(jīng)過一定時(shí)間訓(xùn)練，就可以在不必發(fā)出任何聲音的情況下發(fā)送出與大腦中具體詞匯有關(guān)的神經(jīng)信號(hào)。
這些信號(hào)被放置在頸部聲帶周圍的項(xiàng)圈。
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