信息技術應用能力持續提升計劃
信息技術及其應用
學習任何一門學科，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對研究的對象——“信息”進行了剖析。本篇文章將對信息技術研究的內容——“信息技術”進行解析。
與信息概念類似，大多數教材上對信息技術只是提及有什么，但為什么會有這些技術?信息技術究竟要幫助人類解決什么樣的問題?它是怎樣發展的?目前信息技術正在為人類解決什么樣的問題?等等，對于這些內容都很少介紹。
作為一門學科的起始課，“信息及其特征”和“信息技術及其應用”是關鍵的兩節課，是激發學生對信息技術學科的學習興趣和探究激情最為關鍵的環節。“信息及其特征”一定要讓學生深入理解信息技術學科研究對象的豐富內涵;“信息技術及其應用”一定要充分展示信息技術的魅力，讓學生體會并深信信息技術對人類進步發展的重要作用。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”，寫一些離學生很遠、難以引起興趣的應用。本文嘗試從科學技術發展的歷史看信息技術的主要特點、作用和內容，并從當今信息科學家正在做什么入手，探究信息技術的前沿應用。
一、從科學技術的產生發展看信息技術
技術總是與科學聯系在一起的，科學的任務是認識世界，它是揭示事物運動變化規律的理論和方法。技術的任務是改造世界，它是依據一定的科學理論，制造和制作工具的工藝和手段。
為了更好地理解信息技術的特點，我們必須先來了解科學技術的產生與發展。
技術是自古就有的嗎?技術是怎么發展的?
1、科學技術的產生
技術并不是自古就有的，也不是永恒不變的。
在人類發展的初期——生物學進化階段，既沒有發現科學，也沒有發明技術，人類完全是以赤手空拳來爭取自己的生存和發展的。這一階段的人類主要通過自身器官功能的分化和強化來增強自身的能力。如直立行走、前后肢分工、手的靈巧化都是這一階段人類進化的主要成果。視野的擴大，手指功能的擴展，大大提高了人類認識世界、適應環境的能力。
然而，人類生理器官的分化與增強是有限的，不可能無限制的擴展下去。可是，人們追求更好的生存與發展的需求永不停止。當人類自身器官功能的擴展接近飽和狀態時，人類便將注意力投向了外界，開始利用“身外之物”(石塊、枯枝)來擴展自身器官的能力。這時，人類也由生物學進化過渡到文明進化階段。
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，科學技術伴隨著人類由生物學進化向文明進化的轉化過程中產生了。生活中長期經歷的有關客觀世界的某些“經驗”就形成了最早的原始狀態的科學(例如杠桿的原理)，而根據這些經驗設計制作工具的方法和手段就是技術的原始雛形。
2、科學技術輔助人類擴展能力
科學技術是為了滿足人類自身能力發展的實際需求而產生并發展的，它自始至終都是輔助人類擴展自身能力的。
那么，人類有哪些需要擴展的能力?科學技術是怎么擴展人的這些能力的?
關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：體質能力、體力能力和智力能力。體質能力反映了人的體質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，它是建筑在體質能力和體力能力的基礎上。人的這三種能力是一個有機體，它們是協調發展的。但在人類整個進化的歷程中，能力的發展呈現著明顯的階段特征，在三種能力保持大體協調發展的前提下，最先得到發展的是體質能力，其次是體力能力，最后是智力能力。
科學技術就是通過制造工具來擴展人的能力。
(1)質料工具擴展人的體質能力
在農業社會，人們利用材料科學技術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、更低的凝聚點、更強的耐壓能力、抗腐蝕能力和抗輻射能力等，大大擴展了人類的體質能力。
這一階段人類開發的是物質資源，主要利用的是物質結構理論和力學理論及材料科學技術。
(2)動力工具擴展人的體力能力
當人類社會進入工業革命時期，人們利用能量科學技術的知識和技能把客觀世界的各種能量資源(如煤炭、風力、太陽能等)轉變為動力，制造成各種動力工具(蒸汽機、電動機等)，這些動力工具具有更強的推動力、牽引力、沖擊力、爆破力、摧毀力，極大地擴展了人類的動力能力。當然這個時期人類的體質能力也在不斷擴展中。
這一階段，人類開發的能量資源和物質資源。主要利用的是能量守恒與轉換理論，能量科學技術和材料科學技術。
(3)智力工具擴展人的智力能力
當人類的歷史進入二十世紀40年代時，人們發現自己的大腦不夠用了，不能在規定的時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智力能力的擴展產生了。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，使人類具有更敏銳的觀察力、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習與認知能力。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換的信息科學技術。當然也離不開物質和能量資源，以及能量科學技術和材料科學技術。
綜上所述，可以看出，信息技術的本質特點是對人類智力能力的擴展，也就是擴展人的信息器官功能的一類技術。
二、信息技術的內涵
縱觀科學技術的發展，我們發現，信息科學技術擴展的是人類的智力能力，開發的是信息資源。那么，人類有哪些信息處理器官?信息技術是如何擴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和方式;平衡感覺器官則可以根據運動主體與客體之間的關系來獲取平衡信息。
第二，傳導神經網絡。它又可以分為導入神經網絡和導出神經網絡。主要功能是傳遞信息。通過導入神經網絡把感覺器官獲得的信息傳送給思維器官;通過導出神經網絡把思維器官加工出來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。實際上它擔負著存儲信息、檢索信息、加工信息和再生信息的復雜任務。通過存儲、檢索、加工信息得到對于外部事物運動規律的認識;通過再生信息來表示主體對于外部事物進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行或者通過語言器官來表達大腦發出的信息，使這些信息產生實際的效果。
2、信息技術的基本內容
與人類信息器官及功能相對應，信息技術的基本內容包括以下幾個方面。
第一，感測技術。感覺器官功能的延長。包括傳感技術和測量技術及遙感、遙測技術等。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用有：食堂的飯卡、公交卡、電子溫度計儀、電子稱、數碼照相機、自動門、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。傳導神經網絡功能的.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。應用如電話、手機、網絡、衛星等。
第三，計算機與智能技術。思維器官功能的延長。計算機技術(包括硬件和軟件技術)和人工智能技術，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。效應器官功能的延長。控制技術的作用是根據輸入的指令(決策信息)對外部事物的運動狀態實施干預，即信息施效。常見的應用如有自動洗衣機、電腦洗車、自動控制車床等。
由此，可以得出
信息技術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。
從信息技術的特點和內容上，我們可以整體理解高中信息技術新課程的結構：《信息技術基礎》沿著信息的獲取、傳遞、存儲、加工的橫向線路讓學生整體感受信息加處理的全過程。感測技術與計算機技術的結合構成《多媒體技術應用》選修模塊;通信技術與計算機技術的結合構成《網絡技術應用》選修模塊;《算法與程序設計》《數據管理技術》屬于計算機技術;計算機智能技術與控制技術的結合構成《人工智能初步》選修模塊。
三、信息技術前沿應用
對信息技術的歷史使命有了一定了解后，還要充分展示信息技術的魅力，讓學會深刻體會信息技術在人類社會中的重要作用。下面列舉信息技術前沿應用的幾個案例，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,英國倫敦穆爾菲爾德眼科醫院日前施行了一項先鋒性的“仿生眼”移植手術——在兩個盲人患者的眼球表面分別植入安裝有60個電極的人造視網膜芯片，從而讓兩個失明患者恢復視力,并能辨認簡單物體。這是英國首次施行“仿生眼”移植手術,在未來3年之內,“仿生眼”技術有望得到大范圍推廣。
[案例分析]
這是一個典型的信息技術應用。“仿生眼”首先通過患者眼鏡上的攝像機捕捉外部景象(感測技術、計算機智能技術應用)，然后圖像經無線發射器(通信技術應用)傳送到患者眼球表面的人造視網膜上,經芯片轉換為電脈沖信號(計算機技術應用)傳給60個電極。接著，人造視網膜上的電極會刺激視網膜的視覺神經，繼續將信號沿視神經傳送到大腦，并在大腦中成像。
案例2——“舌頭駕駛系統”助殘障人活動
據英國《每日郵報》報道，美國科學家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。這套裝置將可協助脊椎神經受到重創的嚴重殘疾人，重新過著以往豐富、活躍及獨立的生活。
[案例分析]
在這套系統中，使用者頭部將戴上一個磁場感應器(感測技術應用)，它能夠測出舌頭的磁跡，然后將無線電訊號(通信技術應用)傳送到在使用者戴在身上或輪椅上的手提電腦中，然后通過自動控制進行操作(控制技術應用)。此外，電腦系統還能確認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(人工智能技術應用)。
案例3——無音通話系統
《參考消息》2008年3月17日報道，美國安比恩特公司發明了一套無需發出聲音就能夠進行電話通話的系統。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的神經信號，從而創造無聲說話的奇跡。
[案例分析]
這套名為“Audeo”的系統，任何人經過一定時間訓練，就可以在不必發出任何聲音的情況下發送出與大腦中具體詞匯有關的神經信號。
這些信號被放置在頸部聲帶周圍的項圈。
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