信息技術(shù)應(yīng)用能力持續(xù)提升計劃

　　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(nèi)容——“信息技術(shù)”進(jìn)行解析。

　　與信息概念類似，大多數(shù)教材上對信息技術(shù)只是提及有什么，但為什么會有這些技術(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)生體會并深信信息技術(shù)對人類進(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、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)識世界，它是揭示事物運動變化規(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，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，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，人類也由生物學(xué)進(jìn)化過渡到文明進(jìn)化階段。

　　長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，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。生活中長期經(jīng)歷的有關(guān)客觀世界的某些“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(jù)這些經(jīng)驗設(shè)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有機(jī)體，它們是協(xié)調(diào)發(fā)展的。但在人類整個進(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，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(qiáng)的硬度、更好的彈性、更高的熔點、更低的凝聚點、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)動力工具擴(kuò)展人的體力能力

　　當(dāng)人類社會進(jìn)入工業(yè)革命時期，人們利用能量科學(xué)技術(shù)的知識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)閯恿�，制造成各種動力工具(蒸汽機(jī)、電動機(jī)等)，這些動力工具具有更強(qiáng)的推動力、牽引力、沖擊力、爆破力、摧毀力，極大地擴(kuò)展了人類的動力能力。當(dāng)然這個時期人類的體質(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，人們發(fā)現(xiàn)自己的大腦不夠用了，不能在規(guī)定的時間內(nèi)計算出需要得出的數(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)特點是對人類智力能力的擴(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動的狀態(tài)和方式;平衡感覺器官則可以根據(jù)運動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。實際上它擔(dān)負(fù)著存儲信息、檢索信息、加工信息和再生信息的復(fù)雜任務(wù)。通過存儲、檢索、加工信息得到對于外部事物運動規(guī)律的認(rèn)識;通過再生信息來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(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應(yīng)，信息技術(shù)的基本內(nèi)容包括以下幾個方面。

　　第一，感測技術(shù)。感覺器官功能的延長。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。日常生活中常見的應(yīng)用有：食堂的飯卡、公交卡、電子溫度計儀、電子稱、數(shù)碼照相機(jī)、自動門、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。它的作用是傳遞、交換和分配信息，消除或克服空間和時間上的限制，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，計算機(jī)與智能技術(shù)。思維器官功能的延長。計算機(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、再生信息。應(yīng)用如計算機(jī)、機(jī)器人等。

　　第四，控制技術(shù)。效應(yīng)器官功能的延長�？刂萍夹g(shù)的作用是根據(jù)輸入的指令(決策信息)對外部事物的運動狀態(tài)實施干預(yù)，即信息施效。常見的應(yīng)用如有自動洗衣機(jī)、電腦洗車、自動控制車床等。

　　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、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、加工的橫向線路讓學(xué)生整體感受信息加處理的全過程。感測技術(shù)與計算機(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》《數(shù)據(jù)管理技術(shù)》屬于計算機(jī)技術(shù);計算機(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)會深刻體會信息技術(shù)在人類社會中的重要作用。下面列舉信息技術(shù)前沿應(yīng)用的幾個案例，拋磚引玉，相信各位老師們會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)英國媒體2008年4月22日報道,英國倫敦穆爾菲爾德眼科醫(yī)院日前施行了一項先鋒性的“仿生眼”移植手術(shù)——在兩個盲人患者的眼球表面分別植入安裝有60個電極的人造視網(wǎng)膜芯片，從而讓兩個失明患者恢復(fù)視力,并能辨認(rèn)簡單物體。這是英國首次施行“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(感測技術(shù)、計算機(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(計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用)傳給60個電極。接著，人造視網(wǎng)膜上的電極會刺激視網(wǎng)膜的視覺神經(jīng)，繼續(xù)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(tǒng)”助殘障人活動

　　據(jù)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(yán)重殘疾人，重新過著以往豐富、活躍及獨立的生活。

 

　　[案例分析]

　　在這套系統(tǒng)中，使用者頭部將戴上一個磁場感應(yīng)器(感測技術(shù)應(yīng)用)，它能夠測出舌頭的磁跡，然后將無線電訊號(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)每名使用者的獨特舌頭動作，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日報道，美國安比恩特公司發(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)。使用者利用一個放置在頸部周圍的項圈，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。

　　這些信號被放置在頸部聲帶周圍的項圈。

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