信息技术与教育技术上辅导1引论110页.doc

信息技术与教育技术（1）辅导第一章 引论一、学习范围1. 我国在中小学普及信息技术教育的主要目标2. 教师素质提高的3个方面和9条标准3. 教育技术与信息技术的关系二、内容要点1. 信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势在过去的十年中，适应科学技术高速发展及经济全球化，把注意力放在培养一系列新能力上：要求具备筛选和获取信息、鉴别信息的真伪、创造性加工和处理信息的能力，并把掌握和运用信息技术的能力作为基础能力。展望未来，信息技术是实践最活跃、发展最迅速、影响最广泛的科学技术领域之一。信息技术的实际应用不仅改变人们的工作和生活方式，也将改变教育和学习方式，使教育资源共享成为可能。例如，全球互联网用户人数已达3亿，比1994年的300万人整整扩大了100倍，网页达30亿页，每天还在以300万页的速度增加。信息技术创造性地拓展了教育时空的范围，空前地丰富了学习的机会和教育的途径，相当程度地加大了学习选择的自由度和能动性，强有力地提高了人们的学习兴趣和学习效率。信息技术为因需学习、因材施教成为可能、繁荣学术交流，合作研究全球化提供了物质基础。教育科学、人脑科学和信息科学技术的综合和相互渗透，成为发展和改革的动力；教和学的模式正在酝酿职责的变换和重新的组合，教育面临着最为深刻的转换和进化过程，一个辉煌的学习化社会的格局和前景正在形成。面对急剧变化的发展环境，必须加快实现教育信息化。2. 教育信息化的内容涉及以下四个方面：（1）加强学校和外部世界的联系，拓展和丰富学习环境。 （2）鼓励创造性思维、终生学习和社会责任感。 （3）改革教育过程。 （4）发挥信息技术在教育系统行政管理方面的优势。 3. 我国在中小学普及信息技术教育的主要目标实现教育信息化是在新的历史条件下社会经济发展对教育提出的必然要求，也是推进教育现代化的基础和条件。教育部决定，从2001年起用5至10年左右时间在全国中小学基本普及信息技术教育，全面实施“校校通”工程，以信息化带动教育的现代化，努力实现基础教育跨越式的发展。4. 教师的信息素质（1）五种能力支配资源的能力使用信息的能力掌握新技术的能力系统思维的能力与人合作的能力（2）九条标准九条标准可归纳为三个方面：那就是信息处理、独立学习和社会责任。1.信息加工处理方面标准1高效、快捷的获取与存储信息。标准2审慎、恰当地评估信息 。标准3准确而有创造性地使用信息。2.独立学习方面标准4对自己感兴趣的信息能够持续地跟踪追寻。标准5对于信息文化及其创造性的信息表达方式能够理解和重视。标准6在信息获取与知识形成方面追求卓越。3.社会责任方面标准7主动为学习社区作贡献，承认信息对于民主化社会的重要性。标准8在处理信息与信息技术问题时能采取合乎道德规范的行为。标准9有效地参与信息开发的团队活动。5.教育技术与信息技术从历史看，教育技术与新科技对于教育的影响和运用密切相关。例如，始于20世纪30年的视听教育技术就是围绕着当时新兴的电影、幻灯等技术的教育运用发展起来的。后来20世纪中叶兴起的计算机辅助教学则是与个人计算机的普及与技术完善紧密联系的。今天，教育技术与信息技术的发展密切相关。例如，计算机技术、卫星通信技术、音视频技术、网络技术等多种科学技术的新近发展在教育上的应用。未来，能够用于促进和支持人类学习的新科技，都将是教育技术研究与关注的重要对象之一。信息技术的发展极大的丰富和深化了教育技术的研究和实践内容。同时，信息技术本身不能提高教育效果，开展信息技术教育和实现教育信息化需要教育技术才能实现。第二章 信息、信息科学和信息技术第一节 信息一、信息无处不在，俯拾即是，似乎还没有一件事物能够像它那样迅速而深入的传播，像它那样具有神奇的作用，像它那样五彩缤纷、使人眼花缭乱，它正在成为社会发展的主旋律。对人本身来说，信息与生俱来。以宇宙而言，信息十分广泛。世间万物的运动，人间万象的更迭，都离不开信息的作用。从人类社会的存在来看，信息十分普遍。信息关系着社会存在和运转的所有问题，缺乏信息的社会就会陷入盲目和无组织状态。信息与物质、能源是人类可以利用的三项资源。物质相对直观，信息相对抽象，能源介于两者之间。这三者显示出的阶段性的历史进步，标志着人类认识利用自然的斗争在经历了数万年的游牧、几千年的农耕、几百年的工商后，人类社会迈进了辉煌的信息时代。信息作为一种富有生命力的资源，将如同阳光、空气和水一样，成为生活必不可少的要素。二、1.消息是信息的外壳，信息则是消息的内核。比如，同是一分钟的消息，有的包含信息量很大；有的则可能很小。2.信号只是信息的载体，信息则是信号所载荷的内容。同一个信息即可以用这种信号载荷，也可以用那种信号载荷。比如，用0，1或用正、负来载荷。3.数据只是记录信息的一种形式，而且不是唯一的形式。4.情报在汉语中只是一类专门的信息（情报在日语中就是信息）。信息的定义：信息是事物运动的状态与（状态改变的）方式。信息是事物运动的状态与方式，具体地讲，是事物内部结构和外部联系运动的状态与方式。在此，事物泛指一切可能的研究对象，包括外部世界的物质客体，也包括主观世界的精神现象：运动泛指一切意义上的变化，包括机械运动、物理运动、化学运动、生物运动；思维运动和社会运动等；运动方式是指事物运动在时间上所呈现的过程和规律：运动状态则是事物运动在空间上所展示的形状与态势。人类所拥有的一切知识，都是以信息为原材料通过科学加工而形成的。事实上，正像信息定义为事物运动的状态以及状态变化的方式，同样也可以把知识定义为事物运动的状态以及状态变化的规律。由变化方式上升为变化规律的过程，就是信息被科学地加工成知识的过程。没有信息，便不可能有知识。三、信息一般划分为本体论信息和认识论信息两种最基本的类型。前者从纯客观的立场来定义信息，后者从认识主体的立场来定义信息。一个事物的本体论信息，就是这个事物的运动状态及其变化方式。认识主体关于某个事物的认识论信息，就是认识主体对事物运动的状态及其变化方式所能感受到的内容，包括这种状态和方式的形式、内容和效用。一方面，从本体论意义上讲，信息是事物运动的状态和方式，它与物质紧相联系又互有区别。物质是信息的载体，物质的运动是信息的源泉，而信息是事物运动的状态和方式，它并不就是事物本身。信息与能量也是既相联系又有区别的两类范畴。传递信息需要能量，驾驭或控制能量则需要信息。毕竟，信息只是事物运动的状态和方式，而能量只是物体做功的本领。因此，即不能把信息与能量等同起来，也不能相互割裂。在研究信息时，应当把信息与物质、能量联系起来，从它们交互作用的动态发展过程中来研究信息的本质。另一方面，从认识论意义来理解，信息是认识主体所感受或所表述的事物运动的状态和方式。人们要认识事物(这里所说的事物，不仅包括外部世界的实在客体，也包括主观世界的精神现象)，必须从客体获取信息，即将本体论意义上的信息转变为认识论意义上的第一类信息，随着实践和认识矛盾运动的发展，这类信息经过高度复杂优化的信息处理、控制中心-大脑系统的处理、加工，形成为认识论意义上的第二类信息，即形成判断，做出决策，然后通过效应器官作用于外部世界。这样看来，认识论意义上的信息过程，既包括客观-主观化的过程，又包括主观-客观化的过程；即从本体论意义上的信息转化为认识论意义上的第一类信息，再由认识论意义上的第二类信息作用于客观外界。无论是认识世界还是改造世界，都贯穿着信息运动的过程，都体现为认识信息和利用信息的过程。本体论信息是第一位的，认识论信息是第二位的。认识主体所感知的事物运动状态与方式，是外部世界向主体输入的信息，也称之为感知信息；认识主体所表述的事物运动状态与方式，是主体向外部世界(包括向其它主体)输出的信息，又称之为再生信息。一般而言，在人类所及的有限时空中，本体论信息与认识论信息之间存在着交互作用和互相转化的关系，其过程与人类认识和改造世界的过程是一致的。语法信息，即主体所感知或表述的事物运动状态和方式的形式化关系，这是最低层次的认识论信息；语义信息，即主体所感知或表述的事物运动状态和方式的逻辑含义，这是较高层次的认识论信息；语用信息，即主体所感知或表述的事物运动状态与方式相对于某种目的的效用，这是最高层次的认识论信息。一般说来，语法信息、语义信息和语用信息是密切相关的，不可能撇开其中的一个方面而孤立地研究其它方面；当认识和研究一个事物时，人们多是遵循从语法、语义到语用的认识顺序。先验信息，是认识主体在观察之前通过某种途径所感知的事物运动状态和方式(认识主体具有记忆能力)；实得信息，是认识主体在观察过程中实际得到的关于事物运动的状态与方式(认识主体具有学习能力)；实在信息，是认识主体在理想观察条件下所获得的关于事物的全部信息，即事物实际的运动状态与方式。主体的认识能力是一个重要的约束条件，它的引入对于用户和信息工作者都具有重要意义：一方面，信息用户若想获得信息必须具备一定的认识能力(包括信息技能)；另一方面，信息工作者若想提高工作效率与质量，就必须了解用户拥有哪些先验信息，以便在信息服务过程中尽量增加用户的实得信息。再生信息是人们对感知信息进行思维加工并向外输出的结果，是信息资源的主体，因而通常也是信息研究的重点。四、信息来源于物质，又不是物质本身；信息也来源于精神世界，但又不限于精神的领域；信息的这种特殊地位决定了它的一般属性，主要包括：普遍性、客观性、无限性、相对性、抽象性、依附性、动态性、异步性、共享性、可传递性、可变换性、可转化性、可伪性等。信息的功能五个方面：首先，信息是宇宙万物有序运行的内在依据。其次，信息是人类认识世界和改造世界的中介。第三，信息是维系社会生存与发展的动因。第四，信息是智慧的源泉，是人类的精神食粮。第五，信息是管理的灵魂。信息还是一种重要的社会资源。信息是普遍存在的，但信息并非全都是资源，只有满足一定条件的信息才能称之为信息资源。换言之，只有经过人类开发与组织的信息才是信息资源。五、信息资源是信息与资源两个概念整合衍生出的新概念。信息资源是一种信息，或者说是信息的一个子集。信息资源主要包括再生信息和一部分感知信息，那些虽被人们所感知但却稍纵即逝的感知信息不属于信息资源的范畴，因为它们无法为人类所利用。信息资源也是一种资源。(1)信息资源是信息的一部分，是信息世界中与人类需求相关的信息； (2)信息资源是可利用的信息，是在当前生产力水平和研究水平下人类所开发与组织的信息；(3)信息资源是通过人类的参与而获取的信息，人类的参与在信息资源形成过程中具有重要的作用。相对于其它非资源型信息，信息资源具有四个明显的特征：(1) 智能性。信息资源是人类所开发与组织的信息，是人类脑力劳动或者说认知过程的产物，人类的智能决定着特定时期或特定个人的信息资源的量与质，智能性也可以说是信息资源的丰度与凝聚度的集中体现。信息资源的智能性要求人类必须将自身素质的提高和智力开发放在第一位，必须确立教育和科研的优先地位；(2) 有限性。信息资源只是信息的极有限的一部分，比之人类的信息需求，它永远是有限的，从某种意义上说，信息资源的有限性是由人类智能的有限性决定的。有限性要求人类必须从全局出发合理布局和共同利用信息资源，最大限度地实现资源共事，从而促进人类与社会的发展；(3) 不均衡性。由于人们的认识能力、知识储备和信息环境等多方面的条件不尽相同，他们所掌握的信息资源也多寡不等；同时，由于社会发展程度不同，对信息资源的开发程度不同，地球上不同区域信息资源的分布也不均衡。不均衡性要求有关信息政策，法律和规划等必须考虑导向性、公平问题和有效利用问题等。(4) 整体性。信息资源作为整体可以是对一个国家、一个地区或一个组织的政治、经济、文化、技术等的全面反映，信息资源的每一要素只能反映某一方面的内容，如果割裂它们之间的联系则会破坏事物的整体性，好像盲人摸象。整体性要求对所有的信息资源和信息资源管理机构实行集中统一的管理，从而避免人为分割所造成的资源重复和浪费。信息资源是由信息内容、人、符号、载体四种最基本的要素构成的，其中，信息内容是信息资源的基本核心，人作为认识主体是信息资源的生产者和利用者，符号是人生产和利用信息资源的媒介和手段，载体则是储存和利用信息资源的物质工具。换言之，信息资源是人通过一系列的认知和创造过程之后以符号形式储存在一定载体(包括人的大脑)上可供利用的全部信息。以开发程度为依据，信息资源可划分为潜在的信息资源与现实的信息资源两大类型。潜在的信息资源是指个人在认知和创造过程中储存在大脑中的信息资源，它们虽能为个人所利用，但一方面易于随忘却过程而消失，另一方面又无法为他人直接利用，因此是一种有限再生的信息资源。现实的信息资源则是指潜在信息资源经个人表述之后能够为他人所利用的信息资源，它们最主要的特征是具有社会性，通过特定的符号表述和传递，可以在特定的社会条件下广泛地连续往复地为人类所利用，因此是一种无限再生的信息资源。现实信息资源以表述方式为依据可以划分为口语信息资源、体态语信息资源、文献信息资源和实物信息资源。口语信息资源是人类以口头语言所表述出来而未被记录下来的信息资源，它们在特定的场合被信宿直接消费并且能够辗转相传而为更多的人们所利用，如谈话、聊天、授课、讲演、讨论、唱歌等活动都是以口语信息资源的交流和利用为核心的。文献信息资源是以语言、文字、数据、图像、声频、视频等方式记录在特定载体上的信息资源，其最主要的特征是拥有不依附于人的物质载体，只要这些载体不损坏或消失，文献信息资源就可以跨越时空无限往复地为人类所利用。体态语信息资源是人类以手势、表情、姿态等方式表述出来的信息资源，它们通常依附于特定的文化背景，例如舞蹈就是一种典型的体态语信息资源。实物信息资源是人类通过创造性的劳动以实物形式表述出来的信息资源，这类信息资源中物质成分较多，有时难以区别于物质资源，而且它们的可传递性一般较差；常见的实物信息资源有产品样本、模型、碑刻、雕塑等。文献信息资源以记录方式和载体材料为依据，可划分为书写型、印刷型、缩微型、机读型和声像型五大类。书写型文献信息资源一般以纸张为载体，记录方式为人工抄写，包括手稿、信件、日记、原始档案等。印刷型文献信息资源也主要以纸张为载体，记录方式主要是印刷技术，包括油印、铅印、胶印、木刻印刷、复印、激光打印等。缩微型文献信息资源以感光材料为载体，记录方式主要是光学记录技术，主要类型有缩微胶卷、缩微平片、缩微卡片等。机读型文献信息资源以磁性材料为载体，记录方式为磁录技术，主要类型有磁带、软磁盘、光盘等。声像型文献信息资源以感光材料和磁性材料为载体，记录方式为光录技术和磁录技术，主要类型有唱片、录音录像带、电影胶卷、胶片、幻灯片等。印刷型文献信息资源还可以出版形式的不同划分为图书、期刊、会议资料、研究报告、专利说明书、政府出版物、学位论文、产品说明书、档案、标准、新闻报纸、统计报表、图谱等。第二节一、从信息论到信息科学经过了三个发展阶段：第一个阶段是狭义信息论。即申农创立的信息论。申农信息论以通信系统模型为对象，以概率论和数理统计为工具，主要研究通信过程中消息的信息量、信道容量和消息的编码等问题。它只是对信息的符号作定量的描述，而不考虑信息的意义和效用方面的问题，这是申农信息论的不足之处。第二个阶段是一般信息论。这种信息论虽然主要还是研究通信问题，但是新增加了噪声理论，信号的滤波、检测、调制解调，以及信息处理等问题。第三个阶段是广义信息论。它是随着现代科学技术纵横交错的发展而逐渐形成的。在纵向上，人们突破了申农信息论的局限性，由对语法信息的研究深入到语义信息和语用信息的探索问题。在横向上，人们又把有关信息的规律和理论研究成果与系统论、控制论相互整合，并广泛运用于物理学、地质学、地理学、生物学、生理学、心理学、社会学、经济学、历史学、管理学等等学科领域的研究中去，从而拓宽了信息论的研究方向，使得人类对信息现象的认识与揭示不断丰富和完善。形成一门研究信息的产生、获取、变换、传输、存储、处理、显示、识别和利用的广义信息论，即信息科学。信息科学是以信息为基本研究对象，以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容，以扩展人类的信息功能为中心研究目标的一门新兴的、横断的综合性学科群体。以信息为基本研究对象，是信息科学区别于一切传统科学的最基本的特征。信息科学可以定义为研究信息及其运动规律的科学，其更为精确的表述为：信息科学是以信息作为主要研究对象、以信息的运动规律作为主要研究内容、以信息科学方法论作为主要研究方法、以扩展人的信息功能（特别是其中的智力功能）作为重要研究目标的一门科学?它的形成和发展，是随着人类社会的信息实践活动不断深入，信息运用规模不断扩大，使得社会信息化进程日益加快，信息环境问题日益多样化和复杂化，人们需要探索信息运动的本质规律并掌握信息管理的科学理论和技术方法而提出的迫切要求。与此同时，现代科学技术的飞速发展为信息科学的成长提供了肥沃的土壤，社会信息实践和导向为信息科学的研究提供了必备的条件。总之，信息科学的产生是社会信息化大势所趋，是人类社会由农业时代、工业时代走向信息时代的必然产物。信息科学的研究范畴包括以下几个方面：（1）探讨信息的本质并创立信息的基本概念；（2）建立信息的数值度量方法，包括语法信息、语义信息和语用信息的度量方法；（3）研究信息运动的一般规律，包括信息的感知、识别、变换、传递、存储、检索、处理、再生、表示、检测、施效（信息施效可以理解为是指认识主体对客体的运动状态和运动方式所进行的控制和调整。这种作用称为施效）等过程的原理和方法；（4）揭示利用信息进行有效控制的手段和开发利用信息资源实现系统优化的方法；（5）寻求通过加工信息来生成智能和发展智能的动态机制与具体途径。二、信息方法，就是运用信息的观点，把系统的运动过程看作信息传递和信息转换的过程，通过对信息流程的分析和处理，获得对某一复杂系统运动过程的规律性认识的一种研究方法。信息方法的特点是用信息概念作为分析和处理问题的基础，它完全撇开研究对象的具体结构和运动形态，将系统、完整、具体的众多特殊情况，抽象为具有一般意义的信息变换过程，即信息的输入、存储、处理、输出、反馈过程(如图所示)。信息方法的作用三个方面：第一，信息方法揭示了机器、生命有机体和社会各类事物运动形态之间的信息联系。第二，信息方法揭示了事物运动的新的规律，对过去难以理解的现象做出了科学的说明。随着信息科学研究的进展及其在各个领域的推广，人们可以用信息的观点对某些现象做出科学的说明。第三，信息方法为实现科学技术、生产经营和其他一切社会活动管理的现代化提供了有力的手段。一般讲，凡是涉及到信息的产生、获取、检测、识别、变换、传递、处理、存储、显示、控制、利用和反馈等与信息活动有关的、以增强人类信息功能为目的的技术都可以叫做信息技术。信息技术中比较典型的代表，就是智能技术、感测技术、通信技术和控制技术，它们大体上相当于人的思维器官、感觉器官、神经系统和效应器官。未来最重要的技术趋势，就是要求以现代计算机技术为核心的智能技术与通信技术、感测技术和控制技术融合在一起，形成具有信息化、智能化和综合化特征的智能信息环境系统，以有效地扩展人类的信息功能。第三节一、信息技术的社会作用：1. 推动社会生产力的变革只有到了信息时代，扩展人类思维器官功能的智能技术(计算机和人工智能技术)进入了社会生产过程，通信技术和感测技术也达到了前所未有的水平，控制技术更是与高级动力工具有机地结合起来，这样，才形成了一体化、智能化、信息化的劳动工具体系，从而形成了信息时代的社会生产力模型。这一模型的特点是，生产力模型中的劳动工具体系恰好就是信息技术体系，其中控制技术包含动力工具，动力工具在控制技术的控制下对劳动对象产生作用。信息时代的劳动工具不仅极大地扩展了劳动者的体力，而且更为重要的是，它极大地扩展了劳动者的脑力。 2. 提高人类社会开发利用信息资源的能力人们的活动将会比以往任何时候都强调个性化、人性化，社会信息能力和知识创新能力将会受到普遍的重视，社会服务的质量将会得到全面的提高，人类社会的生活将会变得更加美好。二、信息技术发展的规律：1.辅人律-以满足人类需要为中心2. 共生律-以人类信息运动规律为依据人与信息技术的功能是互补的。在信息技术的发展过程中，必须根据人类信息运动的客观规律求得人与信息技术的和谐统一，实现人机共生。这就是信息技术共生律。3. 倍增律-以摩尔定律为标志三、1人工智能技术AI (artificial intelligence)的研究目的就是要使计算机逐步具有类似人脑的某些智能，即能理解外部环境，提出概念，建立方法，进行演绎、归纳、推理，做出科学的判断和决策，具备自学习、自适应功能等。可以说，AI技术代表着未来信息处理技术的发展方向。实现人工智能有两种途径：一是以传统计算机硬件技术为基础，在一些知识比较完备且可形式化表达的领域里，通过软件在一定程度上实现类似人脑智能活动的效果，即面向功能模拟的专家系统。这是比较现实的方法；二是采用全新的硬件技术和软件方法研制具有类似于人脑结构、能像人脑一样思维的计算机，即面向结构模拟的神经计算机。 专家系统(expert system)，是一个能在特定领域内以人类专家水平去解决困难问题的计算机程序。人类专家之所以成为专家，其主要原因在于他们拥有大量的专门知识，特别是那些从实践中长期摸索出来的、鲜为人知的经验性知识。这就是说，要想使计算机工作得像人类那样好，首先必须为它提供人类专家所具有的那些专门知识。神经计算机，人类的思维可以概括为逻辑思维和形象思维两大类。基于冯诺依曼计算机的传统AI系统适合模拟人左脑的逻辑思维功能，而神经计算机适合模拟人右脑的形象思维功能。2多媒体技术就是将文字、声音、图形、静态图像、动态图像等信息媒体与计算集成在一起，使计算机应用由单纯的文字处理进入文、图、声、影集成处理的技术，其核心特性是信息媒体的多样性、集成性和交互性。虚拟现实是采用多媒体计算机技术来生成一个逼真的三维空间甚至四维时空感觉环境，并使人类可用自然的视觉、昕觉、嗅觉、触觉等感官机能和效应器官进行实时参与和实时交互。由于这种信息交流方式与真实情境十分接近，很容易产生学习的迁移，人们接受信息的时间将大大缩短。虚拟现实实际上也是一种高级用户界面工具，它使用户不仅可以进行信息交互，而且可以从外到内或从内到外地观察信息空间的属性和特征。目前的虚拟现实技术需要在多媒体计算机的基础上，再利用一些经过特别设计的外部配件和技术，如数字头盔(headmount display)、数据手套(data glove)、座舱、全方位监视器或计算机辅助虚拟现实环境(CAVE)等，为使用者构建一个感觉上真实、但实际上并不存在的一种情境。3光纤通信具有频率高、损耗低、频带宽、容量大的特点。一根细细的光纤理论上可通上亿路电话或10万路电视，相当于1千万对架空明线或2万根直径6.5厘米的中同轴电缆。实际上，由于器件和光纤的传输特性等问题，目前还达不到理论的通信容量。光缆结构紧、体积小、重量轻、寿命长，性能比电缆要好得多；用光缆取代电缆，不仅能节省大量的金属资源，而且光缆的线路损耗低、传送距离远、速度快、耐腐蚀；因此，光缆是数字通信理想的传输介质。4同步通信卫星一般在地球赤道上空35800千米的轨道上从西向东移动，方向和速度恰与地球自转同步，圆形轨道平面与赤道平面重合，这时的卫星从地面上看来是相对静止不动的，所以又称同步静止卫星。由于每一颗通信卫星可俯视地球三分之一的面积，所以利用在同步静止轨道上等距离分布的三颗卫星，就能组成全球通信网。5信息技术使学习产生的变革：阅读方式的变革、写作方式的变革、计算方式的变革、教育时间的变革、参加制定学习计划与自主学习和教师变为学生顾问。信息技术与教育技术（上）辅导3计算机及其应用教育 第三章 计算机及其教育应用网上辅导3.1 计算机概述3.1.1计算机的诞生和计算机文化一、计算机的诞生1945年底，世界上第一台使用电子管制造的电子数字计算机在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院研制成功，并在1946年2月15日举行了计算机的正式揭幕典礼。这台电子计算机总共用了18800个电子管，耗电140千瓦，占地150平方米，重达30吨，每秒钟可进行5000次加法运算。电子计算机的诞生是人类最伟大的发明之一。二、计算机的发展按照组成计算机的元器件的技术发展水平作为分类的依据，计算机技术的发展已经走过了4代。1. 第一代计算机第一代计算机是电子管计算机（19451954年）。主要特点是：基本逻辑部件采用电子管；主存储器采用汞延迟线或磁鼓；外存储器采用磁鼓和磁带；计算机总体结构以运算器为中心；软件采用机器语言。1946年，冯诺依曼和戈德斯坦发明了所谓的流程图，成为最早的程序语言。在第一代计算机时期，计算机操作者除要懂得基本的流程图外，还要熟练而无差错地掌握机器语言。2. 第二代计算机第二代计算机是晶体管计算机（19551964年）。主要特点是：基本逻辑元件采用晶体管分立元件，运算速度有了很大提高，每秒可达数百万次；软件有了很大发展，发明了多种计算机高级语言和编译程序；应用以数据处理为主。 1956年克雷（S. Cray）研制成功第一台晶体管计算机-1605计算机，标志着电子计算机的发展正式进入了第二代。1957年，IBM创造了公式语言FORTRAN；1959年，美国数据系统语言委员会发明了商用语言COBOL；1960年，美国计算机学会和德国应用数学协会又共同研制了算法语言ALGOL；1964年，达特茅斯(Dartmouth)大学的凯梅尼(J. Kemeny)和克兹(T. Kurtz)提出BASIC语言，等等。随着计算机高级语言的推广，计算机的应用范围扩大到工业、商业、交通、通讯、政府和医疗等多个领域，从单纯的科学数值计算扩展为商业数据处理的应用。3. 第三代计算机第三代计算机是集成电路计算机（19651974年）。主要特点是采用中、小规模集成电路，计算速度达数千万次，体积减小、可靠性提高、价格下降、应用领域扩大，大型和小型的计算机都到迅速发展；软件设计进一步成熟，有操作系统、编译系统等的软件。1964年，IBM公司研制成功360系列的混合固体逻辑集成电路计算机。这一成就标志着采用集成电路的第三代计算机的诞生。4. 第四代计算机第四代计算机是大规模集成电路计算机。主要特点是：采用大规模集成电路，内存储器普遍采用半导体存储器，并有虚拟存储的能力；硬件和软件技术趋于完善；运算速度每秒达到数百亿次以上；在技术上继续向巨型化和微型化两个方向发展。计算机应用的主流从初期的数值运算演变到信息处理上来，数值计算只占10%，过程控制占5%，而信息处理占80%。1971年英特尔公司(Intel)发明的微处理器4004和德克萨斯仪器公司(TI)生产的超级计算机“高级科学计算机”标志着计算机的发展进入了第四代，具有通用、灵活和个性化的特点，拓展了计算机应用领域和发展范围，并在全世界普及。5. 第五代计算机的展望第五代计算机属于正在发展和尚未完全定型的一代计算机。一些专业人士认为：它将采用生物技术、纳米技术和量子技术，是一种更为智能化的、多功能化的、具有能量、信息处理能力和使用特殊材料制成的先进计算机。 3.1.2计算机文化一、 计算机文化的概念广义上，计算机文化是对计算机在人类文化领域中反映出的种种现象的概括和计算机在科学技术、经济生产、社会文明、以及人类未来发展中的深刻影响和重要地位的表述。狭义上，它属于在计算机学科教育知识领域，指普及性的计算机知识和技能，具有全民素质教育的内容特征。计算机文化概念的初期形成是在1981年召开的第三次世界计算机教育会议上。计算机文化的教育是一种素质教育。计算机文化都将以作为一种文化的内涵而存在，作为对人们的素质要求，为所有的教师、每一位知识分子、乃至社会公民所必须具备的。 二、计算机文化的时代特征计算机技术是产生信息革命、信息社会的物质基础之一；同时，信息革命的兴起，信息社会的到来，也为信息技术提供了更为广阔的发展前景，充实了计算机文化的客观依据，带来了新的机遇，推动计算机文化事业蓬勃兴起。一般认为，人类在征服、改造和适应自然的漫长岁月中，经历了三个重要的发展阶段，或者说经历了三次发展的浪潮。第一阶段是工具使用阶段，以发展生产工具为主要代表，象石器、青铜器、铁器等不同物质材料工具的开发、应用。第二阶段是工业革命阶段，这一阶段从新动力机器、能源的发明和投入工业生产为起始，以分别代表这第一、二次科学技术革命的蒸汽机、电力以及原子能等新能源的发现和应用为主要特征，以开发能源和发展、使用动力机械替代人类的体力劳动为主要代表。第三发展阶段称为信息革命阶段。它以通信、感测、控制和信息处理技术的发明、应用为代表，像无线通信、同步卫星、微波探测技术、生物信息和电子计算机等的发明、应用，被称为第三次科技革命。 信息革命导致人类从工业社会向信息社会的过渡。在信息社会中，其特征为：（1）信息成为三大社会基本要素（能源、材料、信息）之一。（2）计算机技术、感测技术、通信技术和控制技术构成了信息社会的科学技术支柱。（3）信息社会中，人的信息传递将是全球化的。计算机和计算机文化与信息社会的密切关系，使得学习计算机与计算机网络知识，掌握它们的使用方法，做一个具有计算机文化素质的人，成为信息社会对其社会公民的基本要求。没有这样的素质，就会成为新的文盲，无法适应信息社会中的工作、学习、生活。三、计算机文化与现代人类文化计算机文化也是现代人类文化的一部分。人类文化的内涵是不断发展或逐渐演化、进步的。中国古代历史上，孔子推崇的“六艺”学习包括：“礼、乐、射、御、书、数”，是当时文化内容的内涵；实行科举制后，读四书五经，写八股文章，成为一种文化的内涵；中国在废除了科举、兴办学校，教育、文化的内涵更新为白话文、自然科学知识、人文科学知识和外语等。西方历史上，早期的希腊文化以哲学内容为主，往往一位哲学家同时还精通几何（或物理）、或是教学术的某些知识。在欧洲文艺复兴时期，人文社会科学、自然科学实验、数学工具等加入到文化的内涵中；信息社会、知识经济的今天，计算机开发、应用的深度和广度已成为衡量一个国家科学技术、经济发展、国民基本素质等综合实力水平的重要标志，在现代文明大厦中，无论是科学研究、复杂的工程计算、航天航空、军事科学等方面工作，或是发展多种教育、推行终生学习、终身教育的活动，还是进行商业贸易、推广交流生产的新方法新科技，以及在世界范围内实现人际间的交互活动等，计算机技术和应用作为文化的基础内容都是不可或缺的，起着无法替代的重要作用。因而计算机文化具有现代文化的特征。3.1.3计算机的分类、特点和应用一、 计算机的分类1. 按计算机处理的信息分类分为数字式电子计算机和模拟式电子计算机。数字式电子计算机通过由数字逻辑电路组成的算术逻辑运算部件对数字量进行算术逻辑运算。模拟式电子计算机通过由运算放大器构成的微分器、积分器，以及函数运算器等运算部件对模拟量进行运算处理。 2. 按用途分类分为通用计算机和专用计算机两大类。通用计算机是能解决多种类型问题，具有较强通用性的计算机。专用计算机是为解决某些特定问题而专门设计的计算机。3. 按处理能力、运算速度、存贮容量等指标分根据计算机的总体规模(计算机的字长、运算速度、存储量、功能、配套设备、软件系统)对计算机分类，可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五大类。二、计算机的特点 运算速度快、计算精度高、具有“记忆”功能，存储容量大、具有逻辑判断功能、具有自动执行的能力三、计算机的应用领域1.计算机的应用领域：科学计算和科学研究、信息处理、实时控制、计算机辅助系统、人工智能。2.信息处理是计算机应用的最重要方面。信息处理由数据处理发展而来，主要功能是对输入的资料进行记录、整理、计算和加工。与科学计算的不同之处是：信息处理的计算过程比较简单，但是资料量大；信息处理过程的“重心”不是数据运算，而是信息的检索、收集、分类、统计、综合和传递等。典型的计算机信息处理系统有：办公自动化系统、管理信息系统、决策支持系统，此外，民航订票系统、银行业务管理系统、商业销售系统等都是典型的信息处理系统。 3.实时控制也称过程控制，是指用计算机实时检测，按最佳值实时对控制对象进行自动控制或自动调节。由于电子计算机的高速计算能力和逻辑判断能力很强，所以常用于生产过程和卫星、导弹和火炮的发射过程的实时控制。被控对象可以是一台或一组机床，也可以是一个车间或整个工厂，例如现在多数工厂使用的CIMS (计算机集成制造系统)。利用计算机进行过程控制，能改善劳动条件，提高产品质量，降低成本，实现生产过程自动化。4.计算机辅助系统指利用计算机帮助人们完成各种任务的系统。它代表了计算机向人工智能化发展的一种重要趋势，包括计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助教育等。5.计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD)是设计人员利用计算机的图形处理能力等功能进行产品设计和工程技术设计。它可使设计过程自动化，缩短设计周期，节省人力和物力资源，提高产品和工程设计质量。6.计算机辅助制造(Computer Aided Manufacture，简称CAM)已应用到机械、电子、航空、 造船、建筑、服装等方面的设计工作中，并取得了很好的效果。特别在飞机、大规模集成电路、大型自动控制系统等的设计中，CAD占据着愈来愈重要的地位。 7.人工智能(Artificial Intelligence，简称AI)是用计算机模拟人类的感觉和思维规律(如学习过程、推理过程、判断能力、适应能力等)的科学，它也是计算机应用研究前沿的学科领域，涉及到计算机科学、控制论、信息论、仿生学、神经学、生理学等多门学科。人工智能研究和应用领域包括：模式识别、自然语言的理解和生成、联想与思维的机理、资料智能检索、专家系统、自动程序设计等。例如，机器人的大量出现是人工智能研究取得进展的一个标志，具有感测功能的计算机是人工智能的一项前沿技术课题，解决计算机机器人的视、听、触、嗅等感测功能和在复杂环境中进行决策的功能问题。 3.2计算机的硬件系统硬件(Hardware)系统指计算机的看得见、摸得着物质内容，是由专门的集成电路、线路板、电源、存储器等组成的，按一定结构系统组合的物质实体。3.2.1计算机硬件系统的组成1.计算机硬件系统基本结构模式由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。基本结构如图3.1所示。图3.1 冯诺曼的计算机基本结构 2.计算机的基本运行过程是：在控制器的统一调度下，输入设备先将有关指令和计算数据或资料送入存储器，并以不同的地址形式分别存于存储器内；控制器从存储器取出指令，并按照指令开始执行有关程序，执行完一条指令，再执行下一条指令；依据指令，控制器先读取计算数据由存储器到运算器，再控制运算器对计算数据进行运算，计算器进行运算并将计算结果送回存储器；最后，控制器依据指令要求，调度存储器中的计算结果从输出设备输出。3.计算机硬件系统的组成：图3.2 计算机硬件系统4.实际计算机硬件系统分两大部分：主机和外部设备。主机主要包括中央处理器、内存储器、系统总线等。外部设备主要包括输入设备、输出设备、外存储器等。个人使用的微型计算机系统的基本配置由主机、显示器、键盘、打印机等构成，如果需要，还可以连接其它设备。5. 中央处理器(CPU)控制器和运算器合称中央处理器，英文缩写为CPU。运算器在电子计算机中，执行算术和逻辑操作，它负责对数字信息进行加工，实现算术运算、逻辑运算及信息传送。控制器是全机的指挥中心，负责对控制信息进行分析，通过分析发出操作控制信号，控制并协调各部分工作。CPU是计算机的核心部件，由它完成运算处理功能，并实施对计算机其它各部件的控制，使计算机各部件协调统一工作。6. 内存储器一般，把在计算机主机中起记忆作用的部件叫内存储器，简称内存。内存储器是CPU可以直接访问的存储器，也称为半导体内存。内存根据其功能分为只读存储器ROM和随机内存RAM两种。ROM是制造商在芯片上固化好的基本输入/输出系统(ROMBIOS)，只能从其中读出数据而不能写入数据。RAM既能读出数据，又能写入数据，而计算机只有将操作系统、临时需要的应用软件程序和数据信息等装入内存才能运行。在每次启动计算机工作时，计算机要先将操作系统、临时需要的应用软件程序和数据等装入内存储器后才能运行。因此，RAM中的信息是开机后读入的，关机后，RAM中的信息会自动消失。7. 总线 (Bus)计算机硬件各组成部件之间采用总线相连，用作计算机各部件之间传送信息的公共信道，允许各部件共同使用它传送数据、指令、地址及控制信号等信息。微型计算机的总线安装在称为计算机主板的装置上，分为外部总线和内部总线。 外部总线是指CPU和其它部件之间的连接，有三种：地址总线、数据总线、控制总线。内部总线用于CPU内部各部件之间的连接。3.2.3 外部设备1.软盘和软盘驱动器软盘是一张圆形塑料薄膜，两面涂有磁性介质。常用软盘规格是3.5英寸软盘(简称3寸盘)，可容纳1.44MB信息量。软盘的两面都可以存储信息，分别称为0面和1面。每面划分为若干个同心圆称为磁道，磁道的编号从0开始，最外圈为0号。每个磁道又被划分成若干段，称为扇区，是存放信息的最小物理单位。每个扇区的长度为若干个字节，由系统决定，一般为512个字节。存储量面数每面磁道数每道扇区数每扇区字节数软盘驱动器(软驱) 由主驱动系统、磁头定位系统和读写磁头组成。微型机一般都配备有一个软磁盘驱动器，软盘只有插入软盘驱动器中才能被读取或写入内容。2.硬盘存储器硬盘存储器是多个盘片组成的同轴盘片组构成的，每一个盘片都是上下表面涂有金属氧化物磁性材料的金属圆盘，它使用两磁头写入、读出或消除盘片上的内容。两磁头总是同时沿径向运动进行搜索，因此所有盘片的同一磁道合称为一个柱面。硬盘及硬盘驱动器固定在硬盘存储器的密封机盒内。 3.光盘光盘主要分为只读型光盘和读写型光盘，只读型指光盘上的内容是固定的不能写入，修改，只能读取其中的内容。读写型则允许人们对光盘内容进行修改，可以抹去原来的内容，写入新的内容。用于微型计算机的光盘主要有两种：VCD和DVD。光盘驱动器简称光驱，是一种利用聚焦激光束在光盘上进行读取或写入高密度信息的设备。由于光盘具有纪录密度高、存储容量大、信息保持寿命高、环境要求低的特点，它常被用于存储各种程序、数据及音频、视频信息。 3. 显示器显示器是电脑系统中最基本的、必不可少的输出设备。按显示器的显示原理来分，有阴极射线管(CRT)显示器和液晶显示器(LCD)之分。CRT显示器的显示原理与电视机的显示原理基本相同，即显示器内的电子枪发射电子束，电子束打到显像管的荧光屏上并使其发光，从而达到显示的作用。LCD显示器采用液晶发光，无辐射、体积小且省电，属于环保型的设备，不足是价格偏高，目前清晰度也不如CRT显示器清晰度高。决定显示器性能的一个重要指标是显示器的分辨率。所谓分辨率指显示器所能表示的像素个数，像素越密，分辨率就越高。评价显示器的另一个重要指标是刷新频率。为了使人眼能够看到稳定的图像显示，必须使电子束不断地重复扫描整个屏幕，按人的视觉生理，刷新频率大于30次/s才不会感到闪烁，电脑中显示器的刷新频率至少应达到50Hz。4 打印机打印机是电脑系统中另一类基本的输出设备。按打印机的打印方式来分，常用打印机有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机三种类型。喷墨打印机是另一种低价位的打印机。其打印原理与针式打印机完全不同。喷墨打印机是过喷墨管将墨水喷射到打印纸上而实现字符或图形的输出，属于非击打式印机。喷墨打印机的优点是打印速度较快、噪音低、印字质量高，并可以很轻松地输出彩色文档。其缺点是墨水消耗比较大，使喷墨打印机的日常费用较高。 激光打印机是激光技术和电子照相技术相结合的产物，其基本原理与静电复印机类似，是目前最先进的打印机。激光打印机主要由图像发生器、扫描多面转镜、感光鼓、显像管、定影器及输纸系统等组成，其核心部分是激光器。打印时，在电脑控制下，首先根据所要输出的字符图形，使激光器的光束经光调制器产生折射，形成激光图像；然后通过扫描多面转镜反射到感光鼓上，形成相应字符和图像的静电潜像；在用色粉使潜像成为色粉图像；最后转印到纪录纸上，进入定影器加热纪录纸，使色粉熔化，从而使字符和图像印到纸面上。激光打印机的打印效果质量最好，打印速度快，是最好的打印机。但是价格高，比较适合办公室使用。 5. 键盘的操作与使用键盘是向计算机输入命令和资料的重要设备。在微型机中，它是必备的标准输入设备。键盘触键的排列有一定的规律，它与触键的用途有关。按用途其排列可以分成四个区域。打字机键区、功能键区、全屏幕操作键区、小键盘区(数字/全屏幕操作键区)。6. 鼠标鼠标是微型计算机的另一种重要输入设备。它的主要用途是进行光标定位或用来完成某种选择和确认。常用的鼠标有机械式和光电式两种。二者仅在控制光标移动的原理上有不同，使用方面基本上没有区别。3.3.1软件系统的组成计算机的软件(Software)系统指计算机中实现资料信息处理的程序以及开发、使用和维护程序所需的有关文档资料的集合。计算机的软件系统主要有两种类型：系统软件、应用软件。3.3.2系统软件系统软件分为计算机的操作系统和计算机的程序设计