李冬梅

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》是激發(fā)學生對信息技術學科學習興趣的關鍵的兩節(jié)課。前者一定要讓學生深入理解信息技術學科研究對象的豐富內(nèi)涵；后者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的重要作用。然而，這兩節(jié)課往往被許多教師所忽略，大多數(shù)教材還在舉一些離學生很遠、難以引起學生興趣的應用案例，或者只是提及有哪些信息技術，但對為什么會有這些技術、它是怎樣發(fā)展的、它能幫助人類解決什么樣的問題、目前正在為人類解決什么樣的問題等內(nèi)容都很少介紹。本文嘗試從科學技術發(fā)展歷史的角度來分析信息技術的主要特點、作用和內(nèi)容，并從當今信息科學家正在做什么入手，探討信息技術的前沿應用。

一、從科學技術的產(chǎn)生與發(fā)展看信息技術

技術總是與科學聯(lián)系在一起的?？茖W的任務是認識世界，它是揭示事物運動變化規(guī)律的理論和方法。技術的任務是改造世界，它是依據(jù)一定的科學理論，制造和制作工具的工藝和手段。

為能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(chǎn)生與發(fā)展。

1.科學技術的產(chǎn)生

科學技術既不是自古就有的，也不是永恒不變的。在人類發(fā)展的初期——生物學進化階段，既沒有科學也沒有技術，人類主要通過分化和強化自身器官的功能來增強自身的能力。如直立行走、前后肢分工、手的靈巧化等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(huán)境的能力。

當自身器官功能的擴展接近飽和狀態(tài)時，人類便將注意力投向了外界，開始利用“身外之物”（如石塊、枯枝等天然工具）來擴展自身器官的能力。當然，當天然工具也無法滿足人們征服自然的需要時，人類就踏上了人工試制工具的艱難歷程。于是，科學技術在人類由生物進化向文明進化的轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生了。古人在長期的生活經(jīng)歷中形成的有關客觀世界的一些經(jīng)驗就成為最早的科學（例如杠桿原理），而根據(jù)這些經(jīng)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自身能力

科學技術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，它的功能自始至終都是輔助人類擴展自身的能力。那么，人類有哪些需要擴展的能力，科學技術又是怎么擴展這些能力的呢？

從宏觀上看，人的能力可以分為三種：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)的合理性和強健性；體力能力反映了人的力量的充沛性和持久性；智力能力則反映了人的思維的理智性和敏捷性。這三種能力是一個有機體，它們是協(xié)調(diào)發(fā)展并逐級擴展的，而人類正是通過制造“工具”來實現(xiàn)能力的擴展。制造“工具”一方面需要資源，另一方面需要科學技術。

首先，質(zhì)料工具擴展人的體質(zhì)能力。在農(nóng)業(yè)社會，人類為了提高生產(chǎn)力，制造了各種各樣的工具。這些工具具有更強的硬度、更好的彈性、更高的熔點、更強的耐腐蝕能力等，大大擴展了人類的體質(zhì)能力。這一階段人類主要開發(fā)的是物質(zhì)資源，利用的是物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論、力學理論及材料科學技術。

其次，動力工具擴展人的體力能力。進入工業(yè)革命時期，人們把各種能量資源（如煤炭、風力、太陽能等）轉(zhuǎn)變?yōu)閯恿?，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、爆破力和摧毀力，極大地擴展了人類的動力能力。這一階段，人類主要開發(fā)能量資源和物質(zhì)資源，利用的是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律、能量科學技術和材料科學技術。

再次，智力工具擴展人的智力能力。當人類歷史的腳步邁入20世紀40年代時，擴展智力能力成為人類的追求，于是智力工具便產(chǎn)生了。最具代表性的智力工具就是計算機。它與人的智力能力相結(jié)合，使人類具有更敏銳的觀察力、更廣泛的感知力、更精細的分辨力、更高效的決策力、更強大的記憶力、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(zhuǎn)換的信息科學技術。當然，也離不開物質(zhì)和能量資源、能量科學技術和材料科學技術。

綜上所述，我們可以得出以下結(jié)論，信息技術的本質(zhì)特點是對人類智力能力的擴展。也就是說，信息技術是擴展人的信息器官功能的一類技術。

二、信息技術的內(nèi)涵

既然信息技術擴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？信息技術是如何擴展這些器官的功能的？

1.人類的信息器官及功能

第一，感覺器官。包括視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺和平衡覺等器官。主要功能是獲取信息，即感知外部世界各種事物運動的狀態(tài)和方式。

第二，傳導神經(jīng)網(wǎng)絡。分為導入神經(jīng)網(wǎng)絡和導出神經(jīng)網(wǎng)絡。主要功能是傳遞信息，即通過導入神經(jīng)網(wǎng)絡把感覺器官感知的信息傳送給思維器官，通過導出神經(jīng)網(wǎng)絡把思維器官加工出來的信息傳送給各種效應器官或內(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，即通過存儲、檢索、加工信息得到對于外部事物運動規(guī)律的認識，通過再生信息來表示主體對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(zhí)行大腦發(fā)出的信息，通過語言器官來表達大腦發(fā)出的信息，使這些信息產(chǎn)生實際的效果。

2.信息技術的基本內(nèi)容

與人類信息器官及功能相對應，信息技術包括以下幾個方面。

第一，感測技術。它是對人類感覺器官功能的延伸，包括傳感技術、測量技術及遙感遙測技術等。它使人類能夠更好地從外部世界獲得各種信息。日常生活中常見的應用有：飯卡、公交卡、電子溫度計、電子稱、數(shù)碼照相機、自動門、高速公路的ETC、樓道感應燈、VCD遙控器等。

第二，通信技術。它是對人類傳導神經(jīng)網(wǎng)絡功能的延伸。其作用是傳遞、交換和分配信息，消除或克服空間和時間上的障礙，使人們更有效地傳遞信息。其應用有電話、網(wǎng)絡、衛(wèi)星等。

第三，計算機技術與人工智能技術。它是對人類思維器官功能的延伸，使人們更好地加工、存儲和再生信息。其應用有計算機、機器人等。

第四，控制技術。它是對人類效應器官功能的延伸。其作用是根據(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，即信息施效。常見的應用有自動洗衣機、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。

根據(jù)信息技術的特點和內(nèi)容，我們可以整體理解高中信息技術新課程的結(jié)構(gòu)：《信息技術基礎》必修模塊沿著信息的獲取、傳遞、存儲、加工的橫向線路讓學生整體感受信息加工處理的全過程。感測技術與計算機技術的結(jié)合構(gòu)成《多媒體技術應用》選修模塊；通信技術與計算機技術的結(jié)合構(gòu)成《網(wǎng)絡技術應用》選修模塊；《算法與程序設計》和《數(shù)據(jù)管理技術》選修模塊偏重于計算機技術；計算機智能技術與控制技術的結(jié)合構(gòu)成《人工智能初步》選修模塊。

三、信息技術的前沿應用

在學生對信息技術的歷史使命有了一定的了解后，教師還要充分展示信息技術的魅力，讓學生深刻體會信息技術在當今社會中的重要作用。下面，列舉信息技術前沿應用的幾個案例，借以拋磚引玉。

案例1——“仿生眼”幫盲人復明

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)院日前進行了一次先鋒性的“仿生眼”移植手術——在兩名盲人患者的眼球表面分別植入安裝了60個電極的人造視網(wǎng)膜芯片（如圖1），使他們恢復視力，并能辨認簡單物體。

[案例分析]：這是一個典型的信息技術應用案例?！胺律邸笔紫韧ㄟ^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），然后通過無線發(fā)射器（通信技術應用）將圖像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（計算機技術應用）后傳給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)，將信號沿視覺神經(jīng)傳送到大腦，使之在大腦中成像。

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，美國科學家于2008年6月30日成功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（如圖2）將可協(xié)助脊椎神經(jīng)受到重創(chuàng)的嚴重殘障人重新過上豐富、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器（如圖3），它能夠測出舌頭的磁跡（感測技術應用），并將無線電訊號傳送到輪椅上的手提電腦中（通信技術應用），然后通過自動控制進行操作（控制技術應用）。此外，電腦系統(tǒng)還能確認每位使用者獨特的舌頭動作，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(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的神經(jīng)信號，從而創(chuàng)造出無聲說話的奇跡。

[案例分析]：使用這套名為“Audeo”的系統(tǒng)，任何人經(jīng)過一定時間的訓練，都可以在不必發(fā)出任何聲音的情況下發(fā)送出與大腦中具體詞匯有關的神經(jīng)信號。

這些信號被放置在頸部聲帶周圍的項圈接收到（感測技術應用）之后，會被重新編碼（計算機技術應用），并通過無線設備（通信技術應用）傳遞給附近的電腦，最終電腦對信號進行解碼，再合成聲音和語言（計算機與智能技術應用）。

信息技術在當今社會中的應用無處不在?；艚鸬妮喴窝b置、蓋茨的家、電子骨骼服裝、GPS、眼睛打字、電子耳、公交卡收費系統(tǒng)、高速公路電子不停車收費系統(tǒng)、亞軌道太空飛機“山貓”號、形形色色的“記憶”商品等都有信息技術的身影。我們的信息科學家正與生物學家、物理學家、人類學家等一起為了人類更美好的明天創(chuàng)造著一個又一個信息技術應用的奇跡。

讓我們與學生一起展開想象的翅膀去暢想信息技術的未來吧！

參考文獻

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[7] http://news.xinhuanet.com/newscenter/2008-07/01/content_8470113.htm

[8]《參考消息》2008年3月17日第7版

(作者單位：北京大學附屬中學)