1、2008-09 高一第2课,第2课 信息技术及其应用,北大附中 李冬梅,2008-09 高一第2课,一、什么是技术,为了明确信息技术的概念，需要了解什么是信息，什么是技术。上节课我们已经对信息进行了研究。技术总是与科学连在一起的，为了更好的理解信息技术，我们先来研究一下科学技术。,2008-09 高一第2课,科学技术是不是自古就有的，是不是客观存在的？,2008-09 高一第2课,科学技术并不是自古就有的，也不是永恒不变的。在人类发展的初始阶段，既没有科学也没有技术，人们完全是以赤手空拳来争取自己的生存和发展。,2008-09 高一第2课,科学技术是从什么时候开始的？是如何产生的？,2008-
2、09 高一第2课,科学和技术都是在人类进化的过程到达一定的阶段后，由于人类进一步扩展自身能力的“需要”和自然规律的“许可”才逐渐 萌发出来的。,人类进化分为两个基本阶段：生物进化阶段（也称初级进化阶段）和文明进化阶段（也称高级 进化阶段）。,2008-09 高一第2课,1、科学技术的产生,2008-09 高一第2课,在生物进化阶段，人们主要通过自身器官功能的分化和强化来增强自身的能力。直立行走，手脚分工，是人类生物进化阶段的主要成果。由四脚行走进化到直立行走，人类的视野开阔了，认识环境认识世界的能力也提高了，也使人类身体的灵活性和灵巧性大大增强。通过手脚分工，人类双手从行走功能中获得解放，手的
3、功能扩展，,2008-09 高一第2课,使人类适应环境、改造环境的能力增强了。这是一个漫长的进化阶段，这个阶段仍然没有科学也没有技术。,由于人类生理器官功能分化和强化的有限性，人类生物学意义上的进化过程不可能无限地展开，当人类自身的进化达到饱和状态时，人类争取更好的生存和发展的需求并没有停止，这样，就会出现矛盾，必然会激发新的进化机制，人类的文明进化机制 就自然出现了。,2008-09 高一第2课,在人类的文明进化机制阶段，人们的的注意力开始从自身器官转向外部世界，人们试图利用外部世界的力量来增强自身的能力。,2008-09 高一第2课,“借助身外之物”扩展自身能力的方法和手段就是科学技术的生
4、长点。,搬移重物的经验正是近代力学“杠杆原理”的原始萌芽。杠杆成为有力的工具，扩展了人们的体力。设计和使用杠杆的具体手艺就成为一种有效的技术；在这种具体应用的反复刺激下，久而久之，人们脑海里就会涌动着“杠杆原理”的抽象理论，这就是最早的原始形态的科学。,杠杆原理与杠杆技术,结论1,人类由生物进化向文明进化的转化，由“内部器官的分化和强化”机制到“利用身外之物强化自身功能”机制是科学技术产生的前提条件。其中，身外之物就是科学技术所创造的各种工具。,2008-09 高一第2课,科学、技术、工具,科学：揭示事物运动变化规律的理论和方法。它可以提高人们认识世界和改造世界的水平。技术：依据一定的科学理论
5、，制造和制作工具的工艺和手段。制作不同的工具有不同的技术。可以依据的科学原理是可以一样的。工具：技术的成果。工具的使用推动的社会生产力，也推动的社会的进步,2008-09 高一第2课,科学技术的发展,追求“更高的生存发展目标”是人类社会进步的永恒动力。为此，人类必然会不断地对自身提出“更高的能力要求”，这个要求与人类所具有的“实际能力水平”是有差距的，这种差距又是巨大的导向力，支配人类在实践摸索过程中自觉或不自觉地朝着缩小这个差距的方向努力，这种努力的理论成果就沉淀为“科学发展”，这种努力的工具成果则成为“技术进步”。,2008-09 高一第2课,2008-09 高一第2课,科学技术与人类需求
6、的关系,科学技术是为了满足人类自身能力发展的实际需求而产生，那么它的发展也要符合人类自身能力的发展规律。,2008-09 高一第2课,科学技术是“辅助人类扩展能力”的，那么，人的能力有哪些？,2008-09 高一第2课,人的三大能力,从宏观上看，人的能力有三种：体质能力体质能力反映人的体质结构的合理性和强健性。体力能力体力能力反映人的力量的充沛性和持久性。智力能力智力能力反映人的思维和智慧的理智性和敏捷性。它们是一个有机的统一体。,2008-09 高一第2课,科学技术的产生是通过制造工具来扩展人的能力的。而工具的制造一方面需要“资源”，另一方面需要科学技术知识。通过科学技术知识的运用，把“资源
7、”转变为“工具”，通过“工具”的作用，实现人的“能力扩展”。,2008-09 高一第2课,科学技术是如何扩展人的这些能力的？,扩展人类能力的三种工具,2008-09 高一第2课,（1）扩展体质能力的质料工具,质料工具主要是扩展人的体质能力，把质料工具与人的体质能力结合起来，就可以具有更强的硬度、更好弹性、更注意的应力特性、更高的熔点、更低的凝聚点、更强的耐压能力和更强的抗腐蚀和抗辐射的能力，等等。 质料工具的制造，一方面依赖于物质资源，另一方面依赖于物质结构和材料力学理论。 制造质料工具的关键，在于利用材料科学技术的知识和技能把各种物质资源转化为具有各种优良性质的材料，并根据力学原理把材料加工
8、成为相应的工具。比如，农业社会的锄头和镰刀。这一阶段，人类主要开发的是物质资源。,2008-09 高一第2课,（2）扩展体力能力的动力工具,动力工具的作用主要是扩展人的体力能力。动力工具与人的体力能力相结合，就可以具有更强的推动力、牵引力、负荷力、冲击力、爆破力、摧毁力等。动力工具的制造，一方面依赖于能量资源，另一方面依赖于能量守恒与转换理论。制造动力工具的关键是，利用能量科学技术的知识和技能，将能量资源转换成动力。当然，任何一种动力工具的制造都离不开物质资源，所以，更准确的说，动力工具的制造需要能量和物质两方面的资源，需要能量学科技术和材料科学技术两方面的知识和技能。这一阶段，人类主要开发的
9、是能量资源。,2008-09 高一第2课,（3）扩展智力能力的智能工具,智能工具的作用主要是扩展人的智力能力。智能工具与人的智力能力相结合，就可以具有更敏锐的观察能力、更广阔的感知能力、更精细的分辨能力、更高效和更可靠的信息共享能力、更强大的记忆能力、更快捷的计算能力、更好的学习与认知能力、更明智的决策能力与更强大的控制能力等。智能工具的制造，一方面依赖于信息资源，另一方面依赖于信息加工与转换的理论和技术。制造智能工具的关键是，利用信息科学技术的知识与技能，把信息资源提炼成知识，并进一步把知识激活成为智能。当然，任何智能工具的制造都离不开材料和动力。所以，更确切地说，智能工具的开发与制造需要信
10、息、能量、物质三方面的资源，需要信息科学技术、能量科学技术、材料科学技术。 这一阶段，人类主要开发的是信息资源。,2008-09 高一第2课,结论2：资源科学技术工具能力的关系,2008-09 高一第2课,结论3：时代资源科学技术工具能力的关系,2008-09 高一第2课,结论4,从技术的本质意义上，信息技术就是能够扩展人的智力能力，也就是扩展人的信息器官功能的一类技术。,2008-09 高一第2课,人类具有哪些信息器官？,2008-09 高一第2课,人类的信息器官及功能,2008-09 高一第2课,（1）感觉器官,包括视觉器官、听觉器官、嗅觉器官、味觉器官、触觉器官和平衡感觉器官等。 主要功
11、能是：获取信息通过视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉来感知(即获取)外部世界各种事物运动的状态和方式；平衡感觉器官则可以根据运动主体与客体之间的关系来获取平衡信息。,2008-09 高一第2课,（2）传导神经网络,它又可以分为导入神经网络和导出神经网络等。 主要功能是：传递信息通过导入神经网络把感觉器官获得的信息传送给思维器官；通过导出神经网络把思维器官加工出来的信息传送给各种效应器官或内部某些器官。,2008-09 高一第2课,（3）思维器官,包括记忆系统、联想系统、分析推理和决策系统等。 主要功能是：加工和再生信息实际上它担负着存储信息、检索信息、加工信息和再生信息的复杂任务。通过存储、检索、加
12、工信息得到对于外部事物运动规律的认识；通过再生信息(即第二类认识论意义的信息)来表示主体对于外部事物进行改造的策略和意图。,2008-09 高一第2课,（4）效应器官,包括操作器官(手)、行走器官(脚)和语言器官(口)等。 主要功能是：施用信息通过操作器官和行走器官来执行大脑发出的第二类认识论意义的信息，或者通过语言器官来表达第二类认识论意义的信息，使这些信息产生实际的效果。,2008-09 高一第2课,信息技术的四项基本内容（4C）,2008-09 高一第2课,（1）感测技术,感觉器官功能的延长。感测技术包括传感技术和测量技术，也包括遥感、遥测技术等。它使人们能更好地从外部世界获得各种有用的
13、信息。,2008-09 高一第2课,举例说明,2008-09 高一第2课,（2）通信技术,传导神经网络功能的延长。它的作用是传递、交换和分配信息，消除或克服空间上的限制，使人们能更有效地利用信息资源。,2008-09 高一第2课,举例说明,2008-09 高一第2课,（3）计算机和智能技术,思维器官功能的延长。计算机技术(包括硬件和软件技术)和人工智能技术，使人们能更好地加工和再生信息。,2008-09 高一第2课,举例说明,2008-09 高一第2课,（4）控制技术,效应器官功能的延长。控制技术的作用是根据输入的指令(决策信息)对外部事物的运动状态实施干预，即信息施效。,2008-09 高一
14、第2课,举例说明,2008-09 高一第2课,结论5,由上面给出的信息技术的基本定义还可以引出两个比较具体的定义，即： (1)信息技术是指能够完成信息的获取、传递、加工、再生和施用等功能的一类技术。 (2)信息技术是指感测、通信、计算机和智能以及控制等技术的整体。,2008-09 高一第2课,2008-09 高一第2课,语言文字印刷术电报电话、电视计算机与现代通信,2008-09 高一第2课,2008-09 高一第2课,“仿生眼”帮盲人复明,2008-09 高一第2课,“仿生眼”帮盲人复明,据英国媒体08年4月22日报道,英国伦敦穆尔菲尔德眼科医院日前施行了一项先锋性的“仿生眼”移植手术在两个
15、盲人患者的眼球表面分别植入安装有60个电 极的人造视网膜芯片，从而让两个失明患者恢复视力,并能辨认简单物体。这是英国首次施行“仿生眼”移植手术,在未来3年之内,“仿生眼”技术有望得到大范围推 广。,2008-09 高一第2课,“仿生眼”帮盲人复明,患者双目失明多年两个失明患者均50多岁，并都是因患有遗传性色素性视网膜炎而失明多年。在手术中，眼科 医生林登为两个患者植入了一种名为“阿格斯II型”的“仿生眼”。“阿格斯II型仿生眼”价格高达1.5万英镑，是由美国“第二视力”公司 生产、加州洛杉矶市多赫尼视力学会的科学家发明的。它由一个微型摄像机和一片植入患者眼球表面的人造视网膜组成。人造视网膜下植
16、入60个电极。微型摄像机 安装在失明患者戴的眼镜上方。,2008-09 高一第2课,“仿生眼”帮盲人复明,图像类似“印象画”“阿格斯II型仿生眼”的工作原理是：首先通过患者眼镜上的摄像机捕捉外部景象，然后图像经无线发射器传送到患者眼球表面的人造视网膜上,并转 换为电脉冲信号。接着，人造视网膜上的电极会刺激视网膜的视觉神经，继续将信号沿视神经传送到大脑。这些脉冲信号可以“欺骗”大脑，让大脑以为患者的眼睛 仍然在正常地工作。最终，患者可以和常人一样“看到”外部世界，并区分光明和黑暗，从而恢复视力。,2008-09 高一第2课,目前“仿生眼”提供的脉冲信号，并不能达到健康眼睛捕获的图像质量，只能让大
17、脑产生画质粗糙的黑白图像，这种图像有点类似“印象画”，缺乏鲜明的自然色彩。花数月学习“观看”21日，林登医生透露两个患者正处在康复阶段，目前他们已经能辨认简单物体，并可以独自四处走动。林登说：“穆尔菲尔德眼科医院是欧洲仅有的3 家获选参与仿生眼手术试验的医院，我们为此感到非常自豪。患者们都是依靠拐杖、导盲犬或者他人帮助才能认路。而他们的仿生眼植入手术都很成功。”专家预测，未来3年之内，“仿生眼”技术有望在英国大范围推广，令数百万盲人通过这种方法重见光明。,“仿生眼”帮盲人复明,2008-09 高一第2课,“舌头驾驶系统”助残障人活动,2008-09 高一第2课,北京时间7月1日消息，据英国每日
18、邮报报道，美国科学家6月30日表示，他们最近成功地研制出一种使用微小磁铁进行控制的小仪器，这种米粒大小的仪器可以植在人的舌头下，肢体残疾的人士只需要动一下舌头，就能够轻松地驾驭自己的轮椅甚至是操作电脑。这套装置将可协助脊椎神经受到重创的严重残疾人，重新过着以往丰富、活跃及独立的生活。,2008-09 高一第2课,“舌头驾驶系统”助残障人活动,负责此项研究的美国佐治亚理工学院的教授戈范卢说，他们研发了一种使用微小磁铁的仪器，能够让残障人士只需要动动舌尖，就能够轻而易举地驾驭自己的残疾轮 椅，甚至还能操作电脑，这使得他们不需要借助于他人之手进行活动。人们只要将这个只有米粒般大小的磁铁植入残障人士的
19、舌头下，使用者就能够自如地控制电脑 屏幕上的滑动鼠标，或者是在房间里驱动轮椅。,2008-09 高一第2课,“舌头驾驶系统”助残障人活动,在这套系统中，使用者头部将戴上一个磁场感应器，它能够测出舌头的磁迹，然后将无线电讯号传送到在使用者戴在身上或轮椅上的手提电脑中。此外，电脑系统 还能确认每名使用者的独特舌头动作，即舌头所触碰的每颗牙齿，都可代表不同的指令。戈范卢说：“我们选择舌头来操作这个系统，是因为舌头是经由一条头盖骨 神经直接与大脑相连，不像手脚是经由脊椎神经受大脑控制；另外，头盖骨神经一般能避免严重脊椎神经受伤或是神经肌病变所造成的损害。此外，舌头的动作快而 准，也不需要太多思考、集中
20、精神或使太多力。”,2008-09 高一第2课,“舌头驾驶系统”助残障人活动,无音通话系统,参考消息2008年3月17日报道美国安比恩特公司发明了一套无需发出声音就能够进行电话通话的系统。使用者利用一个放置在颈部周围的项圈，就可以收集到人脑中与特定词汇有关的神经信号，从而创造无声说话的奇迹。,2008-09 高一第2课,今年2月底，安比恩特公司首次推出了Audeo无音通话系统，可以识别和转换150个单词和短语的神经信号。公司计划在今年底推出没有词汇量限制的升级版，Audeo升级版不是识别整个单词或短语，而是识别构成完整单词的整个音素。,2008-09 高一第2课,无音通话系统,通过这套名为“A
21、udeo”的系统，任何人经过一定时间训练，就可以在不必发出任何声音的情况下发送出与大脑中具体词汇有关的神经信号。 这些信号被放置在颈部声带周围的项圈接收到以后进行编码，通过无线传递给附近的电脑，最终电脑对信号进行解码，再合成声音和语言。这个无线感应项圈重量很轻，可以接收来自大脑的神经信息，然后对这些信息进行数据处理。,2008-09 高一第2课,无音通话系统,对于那些担心Audeo会让人泄露内心秘密的人来说，发明者表示无需有这一顾虑，因为系统能够破解的神经信号需要一定的思想集中程度，也就是说用户必须特意去思考他要说的声音词汇。,2008-09 高一第2课,无音通话系统,农田里的信息技术,参考消
22、息2008年3月4日报道在德国，借助现代信息技术和传感器技术种植经济作物已在从实验室通往实际应用的道路上迈出了一大步。“为了更有效地指挥农户的田间管理，联邦德国已有 的农业企业使用现代信息技术和传感器技术”，联合项目“普雷阿格罗”负责人阿明维尔纳说。这个项目是在约年前由联邦研究部设立的，现在接近尾声。,2008-09 高一第2课,农田里的信息技术,农业经营者在耕种过程中利用传感器掌握土壤与植物的状况。借助电子仪器来确定肥料和除草剂的用量，使用卫星定位系统，用专门的软件管理和处理搜集的数据。这种所谓的地理信息系统还可以帮助农业经营者跟踪其前几年耕种的开支和收获。,2008-09 高一第2课,传感
23、技术打造高科技消防衣,2008-09 高一第2课,新华网北京11月15日专电在不知道失火的楼房里是否有人的情况下，消防队员只能闯进烟熏火燎的楼房，依靠自己的直觉进行搜查。现在，德国不来梅大学赫尔佐克负责的一个课题组正利用现有的传感技术研发高科技消防装备。新产品可利用传感技术，提高人的感觉器官的功能，以便让消防人员能够及早了解哪里有危险。,传感技术打造高科技消防衣,2008-09 高一第2课,例如，在手套里加一个温度传感器。传感器可以告诉门外的消防队员温度是否太高。如果温度太高，则意味着门后有熊熊大火。另外一种传感器可以检查是否存在 有毒物质，提醒消防队员防止中毒。赫尔佐克介绍说，有些传感器还可
24、以监测消防队员的体力参数，例如血压、血液中的含氧量和心跳频率等，并让指挥中心随时了 解和监控这些数据。,传感技术打造高科技消防衣,2008-09 高一第2课,传感器收集到的所有信息都汇集到消防队员随身携带的一台袖珍计算机里。这台计算机被安装在一只很小、却非常结实的铝合金盒子里，可以扣在消防队员的皮带扣上。它功能齐全、安装拆卸方便，可以运算，也可以发送和接收信息。,传感技术打造高科技消防衣,2008-09 高一第2课,课题组的研究人员还研发了消防部门专用定位导航系统。该系统的传感器可以安装在消防队员的消防靴里。传感器可以测出靴子的加速情况，还有一个指南针负责确 定消防队员正在行进的方向。消防队员
25、每走一步，传感器都会把数据传送过来，由系统进行运算和分析，指挥中心可以十分精确地确定消防队员在建筑物里的位置和 路线，误差仅有1%。,2008-09 高一第2课,上机实践内容要求,1、列举应用实例。 就信息技术的感测技术、通信技术、计算机与智能技术、控制技术分别列举三个或三个以上的生活等方面的应用实例，如电子体温计、血压计均为感测技术在生活中的应用。 说明：可以借助网络搜索信息。,2008-09 高一第2课,上机实践内容要求,2. 案例分析。 首先列举一个（或一个以上）信息技术前沿技术的综合应用实例（如霍金的交流设备）， 并就案例中各部分所使用的信息技术归类进行说明（如，其中.地方用到的是感测技术.，其中.地方用到的是通信技术.，其中.地方用到的是计算机与智能技术.，其中.用到的是控制技术.，等等）。 说明：具体案例可上网查找，如可以在“百度”中输入“高科技前沿信息科学”即可查到相关内容的网址；,2008-09 高一第2课,上机实践内容要求,3. 描述自己的想像。 信息技术是当今热门研究领域，它在我们的日常生活中发挥着举足轻重的作用，请根据你对信息技术的了解，大胆地展望一下信息技术的未来。说明：是说你自己的想像，不需要上网搜索。,2008-09 高一第2课,
