信息技術(shù)應用能力持續提升計劃
信息技術(shù)及其應用
學(xué)習任何一門(mén)學(xué)科，第一要搞清楚它研究的對象是什么，第二要搞清楚的就是它研究的內容。前一篇文章我們已經(jīng)對研究的對象——“信息”進(jìn)行了剖析。本篇文章將對信息技術(shù)研究的內容——“信息技術(shù)”進(jìn)行解析。
與信息概念類(lèi)似，大多數教材上對信息技術(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(lèi)解決什么樣的問(wèn)題?它是怎樣發(fā)展的?目前信息技術(shù)正在為人類(lèi)解決什么樣的問(wèn)題?等等，對于這些內容都很少介紹。
作為一門(mén)學(xué)科的起始課，“信息及其特征”和“信息技術(shù)及其應用”是關(guān)鍵的兩節課，是激發(fā)學(xué)生對信息技術(shù)學(xué)科的學(xué)習興趣和探究激情最為關(guān)鍵的環(huán)節。“信息及其特征”一定要讓學(xué)生深入理解信息技術(shù)學(xué)科研究對象的豐富內涵;“信息技術(shù)及其應用”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)對人類(lèi)進(jìn)步發(fā)展的重要作用。然而，這兩節課常常被許多老師所忽略，大多數教材還在講幾年前的“深藍”，寫(xiě)一些離學(xué)生很遠、難以引起興趣的應用。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)、作用和內容，并從當今信息科學(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)是認識世界，它是揭示事物運動(dòng)變化規律的理論和方法。技術(shù)的任務(wù)是改造世界，它是依據一定的科學(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(lái)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(lèi)發(fā)展的初期——生物學(xué)進(jìn)化階段，既沒(méi)有發(fā)現科學(xué)，也沒(méi)有發(fā)明技術(shù)，人類(lèi)完全是以赤手空拳來(lái)爭取自己的生存和發(fā)展的。這一階段的人類(lèi)主要通過(guò)自身器官功能的分化和強化來(lái)增強自身的能力。如直立行走、前后肢分工、手的靈巧化都是這一階段人類(lèi)進(jìn)化的主要成果。視野的擴大，手指功能的擴展，大大提高了人類(lèi)認識世界、適應環(huán)境的能力。
然而，人類(lèi)生理器官的分化與增強是有限的，不可能無(wú)限制的擴展下去�？墒�，人們追求更好的生存與發(fā)展的需求永不停止。當人類(lèi)自身器官功能的擴展接近飽和狀態(tài)時(shí)，人類(lèi)便將注意力投向了外界，開(kāi)始利用“身外之物”(石塊、枯枝)來(lái)擴展自身器官的能力。這時(shí)，人類(lèi)也由生物學(xué)進(jìn)化過(guò)渡到文明進(jìn)化階段。
長(cháng)期天然工具的使用使我們的祖先慢慢意識到大石塊砍砸后會(huì )變成小石塊，并形成尖、刃等形狀的形成過(guò)程，當天然工具不能滿(mǎn)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(zhù)人類(lèi)由生物學(xué)進(jìn)化向文明進(jìn)化的轉化過(guò)程中產(chǎn)生了。生活中長(cháng)期經(jīng)歷的有關(guān)客觀(guān)世界的某些“經(jīng)驗”就形成了最早的原始狀態(tài)的科學(xué)(例如杠桿的原理)，而根據這些經(jīng)驗設計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(lèi)擴展能力
科學(xué)技術(shù)是為了滿(mǎn)足人類(lèi)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(lèi)擴展自身能力的。
那么，人類(lèi)有哪些需要擴展的能力?科學(xué)技術(shù)是怎么擴展人的這些能力的?
關(guān)于人類(lèi)能力的劃分有許多種，但從宏觀(guān)上來(lái)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)結構的合理性和強健性，是人全部能力的基礎;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上。人的這三種能力是一個(gè)有機體，它們是協(xié)調發(fā)展的。但在人類(lèi)整個(gè)進(jìn)化的歷程中，能力的發(fā)展呈現著(zhù)明顯的階段特征，在三種能力保持大體協(xié)調發(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(guò)制造工具來(lái)擴展人的能力。
(1)質(zhì)料工具擴展人的體質(zhì)能力
在農業(yè)社會(huì )，人們利用材料科學(xué)技術(shù)的知識和技能制造石器、青銅器、鐵器等工具。這些工具具有更強的硬度、更好的彈性、更高的熔點(diǎn)、更低的凝聚點(diǎn)、更強的耐壓能力、抗腐蝕能力和抗輻射能力等，大大擴展了人類(lèi)的體質(zhì)能力。
這一階段人類(lèi)開(kāi)發(fā)的是物質(zhì)資源，主要利用的是物質(zhì)結構理論和力學(xué)理論及材料科學(xué)技術(shù)。
(2)動(dòng)力工具擴展人的體力能力
當人類(lèi)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)的知識和技能把客觀(guān)世界的各種能量資源(如煤炭、風(fēng)力、太陽(yáng)能等)轉變?yōu)閯?dòng)力，制造成各種動(dòng)力工具(蒸汽機、電動(dòng)機等)，這些動(dòng)力工具具有更強的推動(dòng)力、牽引力、沖擊力、爆破力、摧毀力，極大地擴展了人類(lèi)的動(dòng)力能力。當然這個(gè)時(shí)期人類(lèi)的體質(zhì)能力也在不斷擴展中。
這一階段，人類(lèi)開(kāi)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)智力工具擴展人的智力能力
當人類(lèi)的歷史進(jìn)入二十世紀40年代時(shí)，人們發(fā)現自己的大腦不夠用了，不能在規定的時(shí)間內計算出需要得出的數據，記不下需要記住的信息了。于是智力工具作為人類(lèi)智力能力的擴展產(chǎn)生了。最具代表性的智力工具就是計算機。智力工具與人的智力能力相結合，使人類(lèi)具有更敏銳的觀(guān)察力、更廣闊的感知力、更精細的分辨力、更高效更明智的決策力、更強大的記憶力、更強的控制力、更快捷的計算能力以及更好的學(xué)習與認知能力。智力工具的制造一方面依賴(lài)信息資源，另一方面依賴(lài)于信息加工與轉換的信息科學(xué)技術(shù)。當然也離不開(kāi)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)是對人類(lèi)智力能力的擴展，也就是擴展人的信息器官功能的一類(lèi)技術(shù)。
二、信息技術(shù)的內涵
縱觀(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們發(fā)現，信息科學(xué)技術(shù)擴展的是人類(lèi)的智力能力，開(kāi)發(fā)的是信息資源。那么，人類(lèi)有哪些信息處理器官?信息技術(shù)是如何擴展人類(lèi)這些信息器官的功能?
1、人類(lèi)的信息器官及功能
第一，感覺(jué)器官。包括視覺(jué)器官、聽(tīng)覺(jué)器官、嗅覺(jué)器官、味覺(jué)器官、觸覺(jué)器官和平衡感覺(jué)器官等。主要功能是獲取信息。通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和觸覺(jué)來(lái)感知(即獲取)外部世界各種事物運動(dòng)的狀態(tài)和方式;平衡感覺(jué)器官則可以根據運動(dòng)主體與客體之間的關(guān)系來(lái)獲取平衡信息。
第二，傳導神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。它又可以分為導入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和導出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。主要功能是傳遞信息。通過(guò)導入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )把感覺(jué)器官獲得的信息傳送給思維器官;通過(guò)導出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )把思維器官加工出來(lái)的信息傳送給各種效應器官或內部某些器官。
第三，思維器官。包括記憶系統、聯(lián)想系統、分析推理和決策系統等。主要功能是加工和再生信息。實(shí)際上它擔負著(zhù)存儲信息、檢索信息、加工信息和再生信息的復雜任務(wù)。通過(guò)存儲、檢索、加工信息得到對于外部事物運動(dòng)規律的認識;通過(guò)再生信息來(lái)表示主體對于外部事物進(jìn)行改造的策略和意圖。
第四，效應器官。包括操作器官(手)、行走器官(腳)和語(yǔ)言器官(口)等。主要功能是施用信息。通過(guò)操作器官和行走器官來(lái)執行或者通過(guò)語(yǔ)言器官來(lái)表達大腦發(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)的基本內容
與人類(lèi)信息器官及功能相對應，信息技術(shù)的基本內容包括以下幾個(gè)方面。
第一，感測技術(shù)。感覺(jué)器官功能的延長(cháng)。包括傳感技術(shù)和測量技術(shù)及遙感、遙測技術(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(jiàn)的應用有：食堂的飯卡、公交卡、電子溫度計儀、電子稱(chēng)、數碼照相機、自動(dòng)門(mén)、高速公路的ETC、樓道感應燈、VCD遙控器、手機藍牙等。
第二，通信技術(shù)。傳導神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )功能的.延長(cháng)。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。應用如電話(huà)、手機、網(wǎng)絡(luò )、衛星等。
第三，計算機與智能技術(shù)。思維器官功能的延長(cháng)。計算機技術(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、再生信息。應用如計算機、機器人等。
第四，控制技術(shù)。效應器官功能的延長(cháng)�？刂萍夹g(shù)的作用是根據輸入的指令(決策信息)對外部事物的運動(dòng)狀態(tài)實(shí)施干預，即信息施效。常見(jiàn)的應用如有自動(dòng)洗衣機、電腦洗車(chē)、自動(dòng)控制車(chē)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、加工、再生和施用等功能的一類(lèi)技術(shù)。
從信息技術(shù)的特點(diǎn)和內容上，我們可以整體理解高中信息技術(shù)新課程的結構：《信息技術(shù)基礎》沿著(zhù)信息的獲取、傳遞、存儲、加工的橫向線(xiàn)路讓學(xué)生整體感受信息加處理的全過(guò)程。感測技術(shù)與計算機技術(shù)的結合構成《多媒體技術(shù)應用》選修模塊;通信技術(shù)與計算機技術(shù)的結合構成《網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用》選修模塊;《算法與程序設計》《數據管理技術(shù)》屬于計算機技術(shù);計算機智能技術(shù)與控制技術(shù)的結合構成《人工智能初步》選修模塊。
三、信息技術(shù)前沿應用
對信息技術(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(lèi)社會(huì )中的重要作用。下面列舉信息技術(shù)前沿應用的幾個(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用。
案例1——“仿生眼”幫盲人復明
據英國媒體2008年4月22日報道,英國倫敦穆?tīng)柗茽柕卵劭漆t院日前施行了一項先鋒性的“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)失明患者恢復視力,并能辨認簡(jiǎn)單物體。這是英國首次施行“仿生眼”移植手術(shù),在未來(lái)3年之內,“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)應用。“仿生眼”首先通過(guò)患者眼鏡上的攝像機捕捉外部景象(感測技術(shù)、計算機智能技術(shù)應用)，然后圖像經(jīng)無(wú)線(xiàn)發(fā)射器(通信技術(shù)應用)傳送到患者眼球表面的人造視網(wǎng)膜上,經(jīng)芯片轉換為電脈沖信號(計算機技術(shù)應用)傳給60個(gè)電極。接著(zhù)，人造視網(wǎng)膜上的電極會(huì )刺激視網(wǎng)膜的視覺(jué)神經(jīng)，繼續將信號沿視神經(jīng)傳送到大腦，并在大腦中成像。
案例2——“舌頭駕駛系統”助殘障人活動(dòng)
據英國《每日郵報》報道，美國科學(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動(dòng)一下舌頭，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 )的嚴重殘疾人，重新過(guò)著(zhù)以往豐富、活躍及獨立的生活。
[案例分析]
在這套系統中，使用者頭部將戴上一個(gè)磁場(chǎng)感應器(感測技術(shù)應用)，它能夠測出舌頭的磁跡，然后將無(wú)線(xiàn)電訊號(通信技術(shù)應用)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(guò)自動(dòng)控制進(jìn)行操作(控制技術(shù)應用)。此外，電腦系統還能確認每名使用者的獨特舌頭動(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)應用)。
案例3——無(wú)音通話(huà)系統
《參考消息》2008年3月17日報道，美國安比恩特公司發(fā)明了一套無(wú)需發(fā)出聲音就能夠進(jìn)行電話(huà)通話(huà)的系統。使用者利用一個(gè)放置在頸部周?chē)捻椚�，就可以收集到人腦中與特定詞匯有關(guān)的神經(jīng)信號，從而創(chuàng )造無(wú)聲說(shuō)話(huà)的奇跡。
[案例分析]
這套名為“Audeo”的系統，任何人經(jīng)過(guò)一定時(shí)間訓練，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。
這些信號被放置在頸部聲帶周?chē)捻椚Α?/p>
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