信息技术应用与科学教育创新的研究.doc

信息技术应用与科学教育创新人才数量的模糊性关系预测研究田茂正（贵州省印江县新业乡九年制学校初中部，贵州 印江 555205）摘 要：对未来科学教育素质动向的预测研究已成为现代科学教育活动迫切而重要的研究内容。本文在全民信息技术教育理论的基础上，从人群的素质角度，探讨了全民信息技术教育的时间分布特征，建立了一种切实可行的现代科学教育活动模型，以便为制定一系列的有效的科学教育政策打下基础，培养出大批的科学教育创新人才。为了便于应用研究，作者对文献1中的传染病模型作了巧妙的“集体移植手术”，2得出在某些模糊性因子的影响下，高素质人群的出现存在高峰期，即科学教育创新人才的出现在时间分布上具有集中性。关键词：预测，全民信息技术教育，时间分布特征，集体移植，模糊性因子，高峰期An investigation of fuzzy relation on the application of information technology and the novative talents of Science educationTian maozheng(The junior middle school of xinye ; yinjiang , Guizhou 555205, China)Abstract : It s pressing and important research substance that forecast for and research of future trend of science education quality in modern education activities . The essay build up basis on iformation technology education theory of the whole people , To take quality of crowd as angle ,To probe to take over the trait of the time dispersetion in iformation technology education of the whole people , To found a feasible model of modern science education activities, To build up base to formulate a effective policy for science education , To foster a large number the novative talents of Science education. In order to make things convenient for application and research , Author make a clever “the collective transplant operation ”2for infectious disease model of document1 . Draw a conclusion : When some fuzzy factors effect studying problem ,It exist a peak term that emergence of high quality crowd . Thus the novative talents of Science education have a focus nature on the distribution of time .Key words : forecast ，Information technology education of the whole people, the trait be dispersed time , collective transplant, fuzzy factors , a peak term .前言一、基本概念的定义和问题提出信息技术是关于信息的产生、发送、传输、接收、变换、识别和控制等应用技术的总称，是在信息科学的基本原理和方法的指导下扩展人类信息处理功能的技术。具体包括信息基础技术、信息系统技术、信息应用技术和信息安全技术等。科学教育，是一种以传授基本科学知识为手段，体验科学思维方法和科学探究方法，培养科学精神与科学态度，建立完整的科学知识观与价值观，进行科研基础能力训练和科学技术应用的教育。在这里，信息技术应用就是关于信息技术知识的应用，而科学教育创新就是关于科学教育方法的创新。很明显，信息技术应用的范围越广，科学教育创新的方法越多，进而科学教育创新人才数量也跟着增多。但是，信息技术应用与科学教育创新人才数量有何关系呢？二、困难分析和理论基础另外，人们在研究科学教育活动的过程时，会到不少困难。这些困难主要有：第一，对科学教育活动的集体前景不能作较为充分的预测，而使科学教育活动往往不具备前瞻性，并且从社会经济角度来看，不允许科学教育活动有大幅度的变革；第二、对科学教育素质的提高数据只能取自科学教育活动后的有关报告，而报告中数据往往不全面，要准确估计有关参数是很困难的，通常人们仅能获得近期活动后的一些参数，而不能预测整个班级、学校、地区和国家乃至世界未来教育素质的动向。因此，运用数学模型成为本文研究教育素质发展的重要手段（并不是探讨教育教学上的实际理论）。这个问题由于不是确定规律，因此不可能立即对它做出恰当的假设，建立完善的模型，只能先做出理想的假设，建立模型，得出结果，分析是否符合实际，然后针对其不合理或不完善处，进行修改或补充假设，逐步得到较为合理的模型。为了预测整个国家（或地区）未来的科学教育素质情况，本文提出全民信息技术教育这个新的概念。所谓全民信息技术教育：就是在一个国家（或地区）范围内，由于每个人所掌握的知识和技能的差异，使得每个人都可能成为教育者和受教育者；教育和受教育的活动不只限定在学校范围内，而广泛融合在人们的社会生活中；每个民众都积极参与信息技术的应用，通过相互交流学习以提高国民整体素质，培养大批科技教育创新人才的广义的科学教育活动。数学模型的建立由于知识和技能要通过掌握者传递给没有掌握的人，因此在科学教育活动中，存在着素质不同的人。为了便于研究，可以把一个国家（或地区）的人群分为素质不同的几种类型。模型1 假设一个国家（或地区）的人群分为低素质人和高素质人两类，并且高素质人通过现代信息技术的应用以便传播知识和技能给低素质人，以使之提高为高素质人；单位时间内一个高素质人能传播的人数是模糊性教育影响常数K0；并设t时刻的高素质人数目i(t)是t 的连续可微函数，则由假设可知：设开始施行全民科学教育创新活动时有i0个高素质人，即i(t) |t=0=i0，则方程满足初始条件的解为：由此看来，高素质人数目随着时间的推移将无限增加，这与实际情况不符。因为在不考虑科学教育活动期间的出生、死亡和迁移时，一个国家（地区）的总人数大致是常数，而k0是变化的，在科学教育活动初期，k0较大，随着高素质人的增多，低素质人减少，被教育的机会也将减少，k0逐渐变小。所以对原假设必须进行修改。模型2 将人群分为两类，高素质人i（t）和低素质人s(t)。假设：10 该国家（或地区）总人数为 n，且i(t)+s(t)=n20单位时间内，一个高素质人影响的人数与当时低素质人数成正比，比例系数为k（称为模糊性因子），则或者 i(0)=i0用初等积分法易得方程的解为显然，i(t)单调增加，且当t时，i(t) n，即最终所有的人都要成为高素质人，这与实际情况不符。但是，在全民科学教育活动的前期，这个模型是可用的，并且可用它来预测高素质人数增加最快的时刻，记使u(t)=达到最大值的时刻t0即是全民科学教育活动高潮到来的时刻，由=0，求得其中，模数性因子k可由统计资料求出，或根据经验估计。模型3 将人群分为三类：高素质人i(t)，低素质人s(t)以及科学教育创新人才r(t)，假设10 设总人数为n，且i(t)+s(t)+r(t)=n。20 同模型II的假设2。30在单位时间内，高素质人中跃迁出的科学教育创新人才人数r(t)与当时高素质人数成正比，设比例系数为l，其中l为模糊性转化系数，即由假设2，这时模型为设初始条件为 （即r|t=0=0）方程组的解析解难以求得，仅在相平面上讨论解的性态。由方程组知其中，=称为模糊性特征指数，对于同一国家（或地区），同一水平的全民科学教育活动，也可能是常数，其初始条件为方程的解为在相同平面上过点（s0 , i0）的这条相轨线如图所示，因为i（t）0，故图中实线部分有意义。又因为0，故图中箭头方向表示t增加时s(t)和i（t）的变化趋势。OSS0Sx(so，io)i 由方程知，当s0=时，=0，i达到极大值，从图上可见，当s0时，i（t）；当s0时，i（t）。这说明，只要在全民科学教育活动开始时低素质人数超过的情况下，全民科学教育活动才能得以正常施行。是一个阈值（俗称门槛）。通常i0很小，可近似认为s0n，在总人数n不变的情况下，减小门槛的数值，对推动全民科学教育活动有利，这就要使模糊性转化系数l降低，模糊性教育影响常数k增大。由可知：要降低l，一方面可以降低科学教育创新人才人数r(t)对时间的变化率，另一方面可提高高素质人数i（t）的值：又由于i（t）可由低素质人数s(t)转化而来，因此要提高i(t),可以设法降低s(t)，这就迫使我们必须重视教育， 加强对低素质人员的改造；另外，要降低科学教育创新人才r(t)对时间的变化率，就应使科学教育创新人才的人数适当处于相对不变的状态，即说：对科学教育创新人才人数的提高不能采取过急的手段，防止拔苗助长的现象。对于模糊性教育影响因子k，它增大的内涵是：增加教育的门路，扩大教育的范围，以及加强信息的交流，使教育多元化，普及化和信息化。根据国家（或地区）每年高素质人数和科学教育创新人才人数的统计资料，可以确定模型3中的（其中t以年为单位），以预测国家（或地区）未来科学教育创新人才的出现情况。由方程它在初始条件S|r=0=s0下的解为又i(t)+s(t)+r(t)=n,故:当r/k , i0，它是全局扇形稳定的；20 当/（+）时，有两个平衡点A（/（+），0）和B（，），其中A是不稳定的平衡点，B是全局稳定的。讨论可知，在和不变的假设下，要使全民科学教育活动流行，应有，利用各种途径，降低自然淘汰因子是有效的；当平衡点B是焦点，高素质人群（或科学教育创新人才）的出现有第一高峰期，还可以有第二高峰期。结论通过上述定量的研究，发现科学的教育政策（或方法）应遵循如下几个规律：第一、要降低l，一方面可以降低科学教育创新人才人数r(t)对时间的变化率，另一方面可提高高素质人数i（t）的值，由于i（t）可由低素质人数s(t)转化而来，因此要提高i(t),可以设法降低s(t)，这就迫使我们必须重视教育， 加强对低素质人员的改造；另外，要降低科学教育创新人才r(t)对时间的变化率，就应使科学教育创新人才的人数适当处于相对不变的状态，即说：对科学教育创新人才人数的提高不能采取过急的手段，防止拔苗助长的现象。第二、对于模糊性教育影响因子k，它增大的内涵是：增加教育的门路，扩大教育的范围，以及加强信息的交流，使教育多元化，普及化和信息化。 第三、在和不变的假设下，要使全民科学教育活动流行，应有，利用各种途