信息技术与未来教育

信息技术与未来教育（精选8篇）

1.信息技术与未来教育 篇一

技术成就梦想 创新引领未来——NOC信息化教育实验学校巡礼

（八）校长：孙 唯

校长：薛 清

校长：薛建芳

校长：李本禄

校长：彭悦峰

校长：毕元敏

校长：王玉玺

校长：方佩凤

NOC信息化教育实验学校是全国中小学信息技术创新与实践活动（简称NOC活动）组委会遴选出的信息化教育标杆学校。这些学校在管理创新、教学创新等方面以信息化为特色，深入应用现代信息技术取得了良好实效，并在区域发展中起到了示范和辐射作用。

为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中提出的“共享共建优质数字教育资源；建成一批国家级别、省部级教育信息化技术创新推广基地”的精神，NOC活动全国组委会将为NOC信息化教育实验学校，提供包含教学设计、教学诊断、教学评价、教学补救四项内容的“未来课堂”高效教学解决方案。其中的达标学校还将由NOC活动全国组委会推荐成为“联合国教科文组织教育资源推广示范基地”，以共享全球优质教育资源、提升学校未来教育信息化水平、培养与国际接轨的未来人才。

以教育信息化带动教育现代化，努力实现基础教育跨越式发展。我们将带您走进NOC信息化教育实验学校，共同探讨全国中小学信息化教育之路。本报将持续关注各地实验学校的进展情况，进行系列深入宣传。

北京市大兴区旧宫实验小学 校长：孙唯

北京市大兴区旧宫实验小学成立于2014年6月，位于大兴区旧宫镇，是大兴区教育部门和旧宫镇教育部门倾力打造的一所现代化高端小学。学校占地面积21056平方米，总建筑面积17176平方米，办学规模为36个教学班，其设施、规模在大兴区乃至全市处于领先地位。

学校秉承“开启智慧教育、奠基幸福人生”的办学理念，本着办一所“优质、特色的现代化品牌学校”的办学目标，在课程建设、信息化教育等方面进行大胆创新和实践，突出信息化特色，在特色引领下全面协调发展，提升了学校教育教学的整体水平。

青岛南京路小学 校长：薛清

青岛南京路小学于1984年建成并投入使用，曾先后获得山东省规范化学校、山东省红旗大队、青岛市花园式学校等多项荣誉。

学校着眼于学生在未来社会的责任担当，升华学校优秀传统，围绕“教育与情趣同在，成长与快乐同行”的办学理念，以文化素养、行为习惯、公德素养、国家公民意识四方面的公民基本素养为教育内容，以“探究—实践—体验”为基本实施路径，逐步探索和形成“公民教育”的新型办学模式及文化特色。

“责任、合作、自律、欣赏”成为“南小”师生共同追求的学校精神，让“南小”成为社会广泛认可的“一流学校”，是师生的共同心愿和执着追求。

河北临城中学 校长：薛建芳

河北临城中学始建于1952年。现有教职工460人，在校生5600人。学校是首批河北省示范性高中、国家重点课题实验学校、国防生生源基地和全国青少年艺术人才基地。学校以“走内涵发展道路、建优质精品学校”为办学指导思想，坚持实施“目标管理，量化考核”、“综合治理，习惯养成”、“高效教学，多元育人”和“科技创新，特色发展”四大工程。学校自上世纪80年代以来，共获得了280多项荣誉称号，其中包括全国创新名校、全国科技教育创新优秀学校、全国教育科研先进单位、全国创造教育先进集体、全国群众体育先进单位、全国校园安全教育先进单位、全国安全教育重点科研先进单位、中华百佳素质教育先进集体、河北省文明单位等。

山东省德州市第二中学 校长：李本禄

山东省德州市第二中学是一所文化积淀深厚的历史名校，其前身博文中学创建于1916年。从博文中学到德州市第二中学，学校为国家培养输送了数以万计的优秀毕业生，是全市仅有的一所拥有两名院士校友的高中学校。

学校以“塑造博雅灵动之生命个体”为育人目标，已形成较为成熟的“德育工作四条线”、“长卷导学”、“音体美选项模块教学”等基于学生个性发展、素养提升的育人模式。

深圳市罗芳小学 校长：彭悦峰

深圳市罗芳小学创办于1994年9月，学校占地面积10416平方米，学校教学设施设备配备达标、功能室齐全。

学校以“尚文养正”为办学理念，以“德养浩然 心润和乐”为校训，形成“乐学启智 明礼扬正”的校风；“博学修涵养 乐教启智慧”的教风；“书香蕴雅趣 美善成良习”的学风。

学校先后获得的荣誉称号和奖项有：广东省“四五”普法先进集体、广东省巾帼文明岗、深圳市教育先进单位、深圳市书香校园、深圳市依法治校示范校、深圳市德育示范学校、深圳市阳光体育先进学校、深圳市少先队红旗大队、深圳市五星级网站、罗湖区教育教学管理先进单位、教育信息化应用推广先进单位、教育教学综合质量奖等。

青岛李沧路小学 校长：毕元敏

青岛李沧路小学始建于1907年，现占地面积16337平方米，建筑面积约8500平方米。在百年的办学历程中，学校以教学质量高、办学效益好而闻名，培养和造就了一批师德高尚、业务精良的教师，培养了一批批优秀的小学毕业生。

李沧路小学继承百年老校的文化底蕴，确立了以“自主发展”为基本理念，明确了“德馨、学优、体健、趣雅”的育人目标。

学校重视对教师的信息化和创新实践素质的培养，并多次取得优异成绩：学校多次获得全国头脑奥林匹克竞赛一等奖、北京2014·DI创新思维大赛达芬奇奖，毕元敏校长荣获全国创新名校长称号，学校的信息化建设日臻完善，为师生的幸福成长创造了条件。

深圳市福田外国语高级中学 校长：王玉玺

深圳市福田外国语高级中学是一所创办于1998年的公办普通高中。位于深圳市中心区——福田区南端，素有“花园式学校”的美称,为国家级别绿色学校、国际生态学校。学校拥有一支师德高尚、结构合理、业务精湛、富于探索精神和创新意识的师资队伍，其中特级教师8人、全国优秀（模范）教师5人、国家骨干教师9人、省级优秀（骨干）教师20人。学校以培养有国际视野、有灵魂的个性人才为己任，坚持“文理兼顾、以文见长、外语特色”的办学目标，先后被评为广东省一级学校、广东省普通高中教学水平优秀学校、广东省国家示范性普通高中，成为一所声名远播的现代化、国际化、多元化高品位优质精品学校。

安徽省芜湖县南湖初级中学 校长：方佩凤

芜湖县南湖初级中学于2012年9月正式建成招生。学校现有教学班级20个，学生870人，专任教师67人。

学校以人为本，打造现代化校园，秉承“坚守、合作、立信、励志”的校训，着力营造“崇德、进取、务实、求真”的校风，“以德为范、以慧从教、以爱育人”的教风，“勤学、善学、乐学”的学风，学校荣获了芜湖市区域性网络电子备课实验学校管理工作考核评选二等奖、市中小学阳光体育大课间（录像）评比中学组之冠、芜湖县中小学教育信息化及教育装备工作评估检查一等奖、县校园文化建设项目学校评估验收工作一等奖、县“经典伴我行 放飞中国梦”经典诵读节目光盘评选一等奖。

2.信息技术与未来教育 篇二

一旦一个星球上诞生了生命, 这颗星球上便必然会诞生技术。因为通过技术来扩大生命体的生理能力, 对其生存而言是非常奏效的。技术使得生命体逐渐具备自身适应并支配所处生态环境的能力, 技术也使人类从蒙昧走向文明。人类几千年的文明史、尤其是近代数次工业革命对人类社会进步所产生的巨大推动作用充分说明, 技术进步是人类社会进步的火车头。

沿着技术进步和人类社会发展的轨迹, 科学家、人类学家、历史学家、社会学家、哲学家以及不同的学者和流派之间会因之得出许多发人深思的结论, 并配以大量的佐证。对于未来技术, 未来学家们也已经和正在做出一系列案例丰富、逻辑严谨合理的展望和预判, 有些令人兴奋、有些令人惊叹、有些令人困惑, 还有一些则令人毛骨悚然甚至绝望。

笔者不敢忝列其中, 只是出于对未来的好奇, 希望通过对未来技术的了解和发展脉络的掌握, 探知可以预知的未来社会的大致轮廓, 以及笔者所处行业——气象部门——未来的大致情形。

可称之为未来技术者浩如烟海, 属于未来信息技术者亦无法尽述。职业所限, 笔者只能根据自己的视野以及对气象部门工作特点的理解, 在众多未来信息技术中选择极其有限的几项, 这些技术大部与气象部门现行工作直接有关联, 且或最为人们所关注、或已呼之欲出、或虽几经沉浮却被寄托着太多期望, 或虽已大致成熟但却尚未引起足够关注;并试图通过对这些技术的应用分析, 勾勒出笔者心目中气象部门未来工作的大致轮廓。

为简略计, 下文中仍称这些未来信息技术为“未来技术”。

二、人工智能和认知计算

(一) 人工智能

1. 概述

人工智能 (Artificial Intelligence, 英文缩写AI) , 是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支, 它企图研究人类智能活动的规律, 了解智能的实质, 并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器, 去完成以往需要人的智力才能胜任的工作;亦即:人工智能是一门研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术的学科。该领域研究的主要内容包括:知识表示、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计等方面;研究方法主要有:大脑模拟、符号处理、子符号法、统计学法、集成方法等;涉及到的学科除计算机科学外, 还包括信息论、控制论、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学等多门学科, 几乎囊括了自然科学和社会科学的各个领域。人工智能与思维科学的关系是实践和理论的关系, 它处于思维科学的技术应用层次, 是思维科学的一个应用分支。

人的思维活动有简单和复杂之分, 如:算术计算、学习、思考、规划, 乃至顿悟和创造等。2 0世纪40年代以前, 繁重的科学和工程计算原本是需要由人脑来承担的, 那时研究由机器来完成这些复杂繁重科学计算的工作无疑属于人工智能的范畴;如今电子计算机不但能够完成这些计算, 而且比人脑做得更快且更加准确, 因此当代人已不再把这种计算看作是“需要人类智能才能完成的复杂任务”, 亦即人工智能的范畴了。由此可见, 随着时代的变化, 人工智能这门科学的具体目标是在不断发展着的, 而且不断转向更有意义、更加困难的目标。

就其本质而言, 人工智能是对人的思维的信息过程的模拟。而对于人的思维模拟可以有两条道路分别进行, 一是结构模拟, 仿照人脑的结构机制, 制造出“类人脑”的机器;二是功能模拟, 暂时撇开人脑的内部结构, 而对其功能过程进行模拟。现代电子计算机的产生便是对人脑思维功能的模拟, 是对人脑思维的信息获取、存储、处理和表达等全过程的模拟。

2. 分类

总体来讲, 对人工智能的定义大致可划分为四种, 即机器“像人一样思考”、“像人一样行动”、“理性地思考”和“理性地行动” (这里的“行动”应广义地理解为采取行动, 或制定行动的决策, 而不只限于肢体动作) 。就类别而言, 人工智能可分为“强”、“弱”两大类:

强人工智能 (BOTTOM-UPAI) :强人工智能观点认为有可能制造出真正能够推理 (REASONING) 和解决问题 (PROBLEM_SOLVING) 的智能机器, 并且, 这样的机器能够被认为是有知觉、有自我意识的。强人工智能可再细分为两类: (1) 类人的人工智能, 即机器的思考和推理就像人的思维一样。 (2) 非类人的人工智能, 即机器能够产生与人完全不一样的知觉和意识, 使用和人类思考完全不一样的推理方式。

弱人工智能 (TOP-DOWNAI) :弱人工智能观点认为不可能制造出能够真正地推理 (REASONING) 和解决问题 (PROBLEM_SOLVING) 的智能机器, 这些机器只不过看起来像是智能的, 但是并不真正拥有智能, 也不会有自主意识。

目前主流科研力量大部集中在弱人工智能上, 并且一般认为这一研究领域已经取得可观的成就。尤其是2008年经济危机后, 美日欧希望借机器人等实现再工业化, 工业机器人以比以往任何时候更快的速度发展, 更加带动了弱人工智能和相关领域产业的不断突破, 很多原先必须由人来完成的工作如今已经能够由机器人替代完成。而强人工智能的研究则处于停滞不前的状态下, 还需要科学家们和工程师们的努力。

3. 关于强人工智能的争论

强人工智能的倡导者和拥趸者们认为:“计算机不仅是用来研究人的思维的一种工具;相反, 只要运行适当的程序, 计算机本身就是有思维的。”既然有自我思维, 就会因逐渐进化而产生自我意识。科学家们已经证明, 技术的进化速度远高于人类做为有机体生物自身的进化速度 (包括思维能力) 。依此推论, 如果一切顺利的话, 强人工智能的发展终将面临一个问题:是否最终会有一天, 计算机的智力、思维和智慧将全面超过人类, 从而发生机器人领导、支配和统治地球, 而作为自然界生物的人类将居于被支配地位, 即所谓“无机人最终替代有机人”的结局。对此, 强人工智能的拥趸者深信不疑、欣然接受并热情期待着, 因为他们确信那时做为自然界生物的“人”可以通过对自己大脑的全景模拟, 而将自己的思维和意识完全转移到一台电脑上, 从而完成自己从“有机人”到“无机人”的转换;而一旦完成了这种转换, “你”便可以“永生”了——只要你经常备份这台电脑上的软件和数据即可。在他们看来, 死亡仅仅是因为做为有机生物的人的肉体在生理上的衰竭和溃败。“你”之所以为“你”, 除了肉体这副“皮囊”外, 还有更重要的“思维”和“意识” (即所谓除了“硬件”之外, 还有“软件”) ;正如换了一口假牙的“你”仍然是“你”, 植了人造耳蜗、安装了假肢、甚至移植了肾脏的“你”仍然是“你”一样, 作为人工智能科学家的他们认为, 做为“皮囊”的肉体并不真正重要, 相比较而言, 思维和意识 (亦即所谓“软件”) 更能代表“你”之所以为“你”。因此只要软件和数据仍在, “你”便永生。当然, 当一个肉体的“你”与一个电子仪器的“你”相遇时, 如何平复彼此心灵上的冲击、协调彼此情感上的纠葛, 当电子仪器的“你”因体格强壮以及进化神速而在与肉体的“你”相处时逐渐占据上风并最终开始支配肉体的“你”, 以及当电子仪器的“你”眼看着肉体的“你”因生理原因而逐渐衰老乃至死去时应该是欣喜还是哀伤等这类社会学方面的问题, 目前并不在这些拥趸者的研究视野中。

对人脑思维意识活动的全景模拟是否可行以及何时能够基本实现, 目前尚无定论。强人工智能派学者可以开列出一长串最新的科研成果, 证明这一工作正在稳步前进;并乐观地预期最迟在21世纪末, 这一目标便可实现。当然, 对此也有坚定的反对和批判者, 同样也可以对那些科研成果的实质逐一进行缜密的剖析, 从而证明那些结论是不可能的。限于篇幅, 不再叙述, 亦不予评论。

需要指出的是, 弱人工智能并非与强人工智能完全对立;亦即:即便强人工智能是可能的, 弱人工智能仍然有意义——至少, 今日的计算机能做的事, 像算术运算等, 在百多年前是被认为很需要智能的。

在2016年3月Alpha Go与李世石的人机大战中, Alpha Go在全世界的瞩目下以4:1的悬殊比分大胜李世石, 使得长期被争论和质疑所包围的强人工智能派科学家们额手相庆, 张开双臂仰天欢呼人工智能时代的到来、机器人革命的爆发, 一些性急的科学家们甚至热情地断言:“十三年后, 你可以选择永生”。而“人工智能”也正在逐渐取代云计算、大数据、移动互联等, 成为今年业界的“热词”。

(二) 认知计算

1. 定义和缘起

认知计算是指模仿人类大脑的计算系统, 它可以使计算机系统像人的大脑一样学习、思考, 并做出正确的决策, 配合人类进行工作, 解决一些人脑所不擅长解决的问题, 而不仅仅是作为一个辅助的计算工具。它包含信息分析, 自然语言处理和机器学习等领域内大量技术创新。

认知科学源于20世纪50年代, 兴起并蓬勃发展于60年代至90年代。如今世界上已有60多所大学拥有认知科学的相关课程。总体上, 认知科学是一门以现代科学的观点, 用科学的方法研究人的精神世界的学科;同时认知科学也是一门包含了心理学、语言学、神经科学和脑科学、计算机科学, 以及哲学、教育学、人类学等许多不同领域学科的、涉猎广泛的综合性学科。进入20世纪90年代后, 研究人员开始使用“认知计算”一词, 表明该学科开始进入实际验证和应用, 同时表明该学科的实际工作是研究如何教会计算机像人脑一样思考, 而不仅仅是开发一种人工系统。传统的计算技术是定量的, 并着重于精度和序列等级, 而认知计算则试图解决生物系统中的不精确、不确定和部分真实的问题, 以实现不同程度的感知、记忆、学习、语言、思维和问题解决等过程。

2. 意义和作用

认知计算对于未来人工智能、信息技术、认知科学等领域均有着十分重要的影响。

据IB M的资料显示, 就计算而言, 人类已经历了两个时代, 而所谓认知计算是第三个计算时代, 即:

第一个时代:制表时代 (Tabulating Computing) , 始于19世纪, 代表性工具是机械式计算器;进步标志是能够执行详细的人口普查和支持美国社会保障体系。

第二个时代:可编程计算时代 (Programming Computing) , 兴起于20世纪40年代并延续到现在, 代表性工具是包括电子管、晶体管、集成电路、大规模及超大规模集成电路等在内的各代电子计算机;其支持的内容包罗万象, 涉及到人类生活和工作的所有层面以及各个角落。

第三个时代:认知计算时代 (Cognitive Computing) , 发端于现在。

IBM认为, 认知计算时代与前两个时代有着根本性的差异, 因为认知系统自身会从与数据、与人的交互中进行学习, 所以能够不断地自我提高。因此认知系统永远不会过时。它们只会随着时间推移变得更加智能、更加出色、也更加宝贵。IBM认为, 认知计算是计算史上最重大的理念革命。随着时间推移, 认知技术可能会融入许多IT解决方案和人类设计的系统之中, 赋予它们一种思考能力。这些新功能将支持个人和组织完成以前无法完成的事情, 比如更深入地理解世界的运转方式、预测行为的后果并制定更好的决策, 等等。

IBM认为, 虽然认知计算包括部分人工智能领域的诸多元素, 但它涉及的范围更广。认知计算不是要生产出代替人类进行思考的机器, 而是要放大人类智能, 帮助人类更好地思考。IBM还认为, 认知计算与人工智能相比较, 后者偏向于技术体系, 而前者更偏向于最终的应用形态。由于认知计算的渗透, 使得更多的产品与服务具备了智能, 而认知计算本身也是在向人脑致敬, 所以双方不仅不矛盾, 反而是相辅相成的。

3. 能力和前景

据IBM的专家介绍, 认知计算的能力主要体现在四个层次:

第一个层次是辅助能力。认知计算系统可以提供百科全书式的信息辅助和支撑, 可以让人类有效利用广泛而专业的信息, 成为各个领域的“资深专家”。如在医疗领域, 医生诊断一个疑难病症往往需要花费很长时间, 而如果借助认知计算系统的帮助, 时间将会大幅缩短。这在一些发展中国家中显得尤为珍贵, 因为这些国家医疗资源相对匮乏, 每位医生需要服务的患者与发达国家相比至少高出十倍。由于认知计算系统强大的辅助能力, 使得人类的工作在其帮助下可以更加高效。

第二个层次是理解能力。认知计算系统能够具有非凡的观察和理解能力, 可以帮助人类在纷繁信息中发现其内在的关联和涌现的趋势;面对海量的数据, 虽然我们有搜索引擎及分析工具等相关技术, 但目前很多时候并不能在有限时间内如愿找到自己所需要的信息。而认知计算系统可以更好地理解我们的需求, 并为我们提供相应的服务。

第三个层次是决策能力。认知计算系统可以具备决策辅助能力。企业制定发展战略, 政府部门出台政策措施, 都需要汇集和分析大量的信息, 然后进行决策。认知计算系统可以根据既定规则, 对所有信息进行全面的综合分析, 并依据政府的相关政策规定, 形成数种解决方案, 并依据其优缺点顺序向决策者推荐, 供决策者选择。

第四个层次是发现和洞察的能力, 认知计算系统可以通过分析处理大量数据和信息, 帮助人们发现当前尚未或无法发现的新迹象、新机遇及新价值。如新药品的发现等。

IBM于2012年年底发布的公司年度预测报告里, 异于以往地提出了关于“哪些创新会让计算机能拥有视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉五大感官知觉”的预测 (而往年的年度预测报告主题都是“预测5年之内科技行业的5个值得瞩目的新科技”) 。这个年度预测拉开了IBM通往认知计算的序幕。2016年8月, IBM正式宣布, Watson Health (沃森健康) 开始进入中国, 将在中国推行“认知医疗”, 用认知计算技术助力中国医疗事业发展。从而开启了“认知计算”植根中国的艰难跋涉。

认知计算无法回避人工智能, 自然也就无法回避其对人工智能“强”“弱”两派的选择。从IBM将认知计算定义为人类功能强大而又无限忠诚的辅助工具这一点来看, 似乎是将认知计算中的人工智能界定在最强版的弱人工智能以及最弱版的强人工智能之间, 即:该人工智能设备具有一定的、受到严格控制并且永远不会出现意外的思维和意识。

尽管可能会引起有关方面的不快, 但笔者仍宁愿将认知计算纳入广义的人工智能范畴。

(三) 人工智能在气象部门的前世今生以及未来

早在20世纪80年代, 中国气象局便着手开展了人工智能的应用研究。1983年~1987年, 90%左右的省级气象台和50%左右的地市级气象台都先后进行了气象专家系统的开发和应用, 内容涉及暴雨、大风、冰雹、霜冻等多种自然灾害的判识和预报。王耀生等于1984年设计完成的“长江中下游地区暴雨预报专家系统”, 以其实用性、灵活性和多功能的特点受到欢迎, 并推广应用到中央气象台及l7个省、市、自治区气象台 (研究所) , 取得了一定效果。该系统的特点之一是以和谐性和完备性作为机器学习的两个基本原则, 在资深气象专家指导下, 通过知识变换、运用归纳、类比算法, 自动生成推理原则, 使系统具备了一定的自学习功能。此外, 北京市、陕西、湖北等省级气象局以及中科院大气物理研究所等单位在此前后也分别独立开发了各自的气象预报专家系统。

与此同时, 气象部门还就专家神经网络系统 (EANN) 在预报业务中的实际应用进行了一定的试验, 专家们运用人工神经网络 (ANN) 的自适应性及容错等功能和特性, 弥补了专家系统 (ES) 在这方面的不足, 彼此取长补短, 较为有效地提高了灾害性预报的成功率。

进入上世纪九十年代, 气象部门的有关专家将研究领域逐渐聚焦在具体气象灾害类别的机器学习以及计算机仿真方面, 并开始关注一些重要的基础性工作, 如:槽、脊、锋面、高低压中心、台风云系等基本气象形态的机器自动识别等。也正是由于这些基础性工作在此后较长时间内进展的迟缓, 使得进入二十一世纪后的头十年, 人工智能在气象部门的实际应用虽有所成就, 但总体上乏善可陈。

随着互联网时代的到来, 一些互联网公司开始尝试运用人工智能技术提供短时精准的气象服务, 较为出色的有“墨迹天气”和“彩云天气”等;其中, 2014年由北京彩彻区明科技有限公司推出的APP“彩云天气”, 通过对天气雷达实时回波图、地面天气观测实况、卫星遥感云图以及数值天气预报产品等数据资料的图像识别、系统外推以及机器学习等, 并结合相关地理信息 (如高德地图等) , 使得该公司的1小时内降水预报的准确率达到90%甚至更高, 落区则精确到每一条街道, 有效弥补了目前短时临近天气预报在分钟级预报方面的空缺。“墨迹天气”也有类似的上佳表现。令人称奇的是, 如同Deep Mind开发团队中没有几个懂围棋, 而他们开发的Alpha Go却战胜了世界顶级围棋棋手一样, “彩云天气”的开发者中, 真正气象专业出身者也寥寥无几, 而且该公司预报所用数据皆为气象业务部门日常所用数据, 预报处理所用计算资源也十分有限, 目前的系统也并未将天气动力学等经典理论和算法纳入其中, 而是将该系统视为一个“黑盒子”, 不断地通过输入数据资料对其进行训练, 以逐步提高其短时降水预报的准确性, 如此而已。人工智能的效力以及它在气象领域应用空间之广阔, 由此可见一斑。

人工智能究竟适用于气象行业的哪些具体领域, 目前众说纷纭、莫衷一是;而其最值得也是最为人们所期待的应用领域, 无疑当属天气预报和气候预测。

就天气预报而言, 兴于1970s年代、勃于1980s~1990s年代的, 以专家系统和神经网络系统为代表的人工智能的实际应用, 是基于经典天气学理论、从而有着深厚的理论基础的应用路径。而发轫于2010s年代、以“墨迹天气”、“彩云天气”为代表的人工智能应用, 则是基于大数据理论的、与经典气象学理论没有直接关联, 纯粹以机器学习为主业的实际应用。虽然后者秉承的是“不是随机样本, 而是全体数据”、“不是因果关系, 而是相关关系”等当前“大数据”的理念, 对其做出的预报结果难以提供基于理论体系的、逻辑严谨的系统性阐释, 但实际的预报效果却令人不得不点头称是。老一辈气象工作者曾归纳出天气预报员在做出预报之前必须回答的三个“发生什么”和“为什么”的传统, 即:过去曾经发生了什么?为什么?现在正在发生什么?为什么?将来将要发生什么?为什么?“墨迹天气”、“彩云天气”的出现和实际效果, 在某些人看来, 多少有些对这一传统的颠覆。

使人工智能机器具备较好地预报预测能力的有效方法, 是机器学习。而机器学习的前提是必须首先拥有完备的足以将机器的相关能力训练到一定水平的充足的数据。在这方面, 气候领域比天气领域逊色太多, 长时间序列、具有一定时空密度、可较真实反映总体和局地气候特征的数据资料凤毛麟角, 屈指可数。气候工作一直在十分有限的数据基础上艰难地开展, 乃至于研制气候数据集这一工作本身就是十分重要的气候业务和科研工作。就机器学习而言, 现有的气候代用资料, 因其对气候要素描述以及时空跨度的粗糙, 能否直接胜任对机器的有效训练, 是否需要进一步的加工处理, 需要认真分析检验。总之, 建立长时间序列、高时空密度的气候数据产品序列, 既是气候业务工作的基础, 更是几代气候工作者的夙愿;同时也是人工智能应用于气候预测业务的前提。在这方面, 我们还有很长的路要走。

除此以外, 一些专家认为:人工智能将在数据采集系统、天气预报自动预测系统和天气新闻自动撰写发布系统等将在气象领域得到更广泛的应用。从近年来发表的成果看, 这些成果大都已瓜熟蒂落、水到渠成 (虽然在前不久, 这些系统的一些贡献者尚未意识到本项工作与人工智能之间的内在关联) 。我们不必受限于专家们的视野, 事实上, 凡计算机能够触及到的领域, 人工智能便有可能在此落地生根;即便是需要机器学习的领域, 只要该领域相关的数据基本完备和相对充足, 便有可能是人工智能应用的理想场所。在这方面, 笔者实在不愿因自己局促狭小的视野而限制了读者辽阔的想像空间

——还是让大家自己去想像吧。

三、量子计算机

(一) 艰深的量子力学原理

有关量子力学的经典及科普专著汗牛充栋, 量子计算机的书籍也难以胜数, 但量子计算机的工作原理就如爱因斯坦的广义相对论以及斯蒂文·霍金的弦理论一般, 以经典的牛顿物理学 (尤其是经典计算机学科) 常识, 很难以有限的文字将量子计算机的工作原理清晰地概述出来, 并为大多数不谙此道的读者所理解和接受。因此, 笔者不打算就此徒耗笔墨和精力。总之, 一般地说:

1. 目前常规意义上的以半导体为核心器件的电子计算机, 是通过控制集成电路来记录和运算信息的, 而量子计算机则试图通过控制原子或小分子的状态, 来记录和运算信息的。

2. 量子计算最本质的特征为量子的叠加性和量子的相干性。不像半导体只能记录0与1, 量子可以同时表示多种状态 (即“叠加分量”) ;于是, 量子的一次运算即可对所有这些叠加分量实现变换 (即“运算”) , 而其中对每一个叠加分量的变换 (“运算”) 皆相当于一种经典计算, 所有这些经典计算在一次量子运算中同时完成, 并按一定的概率振幅叠加起来, 给出量子计算机的输出结果。

量子计算之所以高速, 利用的主要是量子系统可以同时处理无穷多量子态的原理, 而目前的电子计算机的运算速度是由时钟频率的高低决定的。所以, 量子计算是一种最彻底的并行计算, 它的并行计算发生在比特内部 (量子比特, qubit) ;而目前我们所使用的电子计算机, 其并行计算都只是发生在处理器之间。这是两者最本质的差异, 也是众多量子计算机专家所坚信的量子计算机将能够以指数等级的差异快于电子计算机的主要原因。

目前世界上还没有真正意义上的量子计算机, 原因是实现对微观量子态的操纵十分困难, 目前世界各地许多实验室陆续发布了相应的研究成果及相关技术, 如:原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。加拿大D-Wave公司一直致力于量子计算机的研究工作, 近年来推出的D-Wave1 X、D-Wave 2X, 以及最近宣布的将于明年 (2017年) 推出一款能够处理约2000个量子比特的新型量子芯片, 给近年来略显沉闷的量子计算机界刮进了一股春风。

(二) 量子计算机的发展状态

基于量子计算机具有巨大应用前景和市场潜力等方面的考量, 一些发达国家政府和公司于本世纪初先后制定了一系列针对量子计算的研发计划。

量子计算机首先受到美国军方的高度重视:美国的DARPA (高级研究计划局) 制定了一个名为“量子信息科学和技术发展规划”的研究计划, 并于2004年4月2日发表了2.0版。该计划详细介绍了美国发展量子计算的主要步骤和时间表, 其目标就是在2012年前开发出各种复杂的量子技术, 以满足各种算法的需求。通过这些研究, 美国争取在2007年研制成10个物理量子位的计算机, 在2012年研制成50个物理量子位的计算机。美国陆军则计划到2020年装备量子计算机。此外, 美国一些科学和国防机构也制定了详细的相关计划。如国家安全局的ARDA5 (Advanced Research and Development Activity) 计划、NSF的Quantum and Biologically Inspired Computing (QuBIC) 计划、美国宇航局JPL的Quantum Computing Technology Group计划和NIST Physics Laboratory, Quantum Information计划等。

欧洲也在积极研究开发量子计算及量子加密。在已经完成的第五个框架计划 (5th framework project) 中, 欧洲委员会耗资248万欧元完成了对不同量子系统 (如原子、离子和谐振) 的离散和纠缠的研究;耗资117万欧元完成了对量子算法及信息处理的研究。在第六个框架计划 (6th framework project) 中, 欧洲委员会对于量子算法和加密等技术着重进行研究, 其子计划——基于量子加密的安全通讯全局网络开发计划, 耗资1471万欧元, 预期到2008年研制成功高可靠、远距离量子数据加密技术。

日本早在2000年10月就开始了为期5年的量子计算与信息计划 (quantum computation and information project) , 重点研究量子计算和量子通讯的复杂性、设计新的量子算法、开发健壮的量子电路、找出量子自控的有用特性以及开发量子计算模拟器。

我国科学家也在积极开展这方面的研究工作, 《自然》杂志2004年发表了中国科技大学潘建伟教授等完成的重大研究成果:五粒子纠缠态以及终端开放的量子态隐性传输的试验获得成功, 在国际上首次取得五粒子纠缠态的制备与操纵, 在世界上率先实现了五个粒子的量子互动传输。

目前, 量子计算机的研发主要涉及量子编码、量子算法和量子硬件三项核心技术。限于篇幅, 不予叙述。

量子计算机之所以高速, 是因为充分利用了量子的叠加性和相干性等特性, 并以此实现量子比特级的并行转换 (运算) 。然而也正由于此, 量子计算并行效率的发挥并非在所有领域都可以轻松实现。事实上, 目前学界公认, 即便量子计算机目前能够量产并投入市场, 其神奇的高速运算特性也只是在个别领域才有可能较为便捷地予以使用和发挥, 原因在于量子算法实现的极端困难。目前只有少数几个算法能够较为充分地利用了量子计算机的量子特性, 从而达到比经典电子计算机处理更快的实际效果, 如大数质因子分解算法, 及其用于破译RSA公钥体系密码等应用。在一般的民用领域, 量子计算机的神奇高速特性目前则较难展现。此外, 量子硬件技术实现的困难也使得真正意义上的量子计算机迟迟无法问世, 以至于据说2012年诺贝尔物理得主, 专门从事量子信息研究的法国科学家Haroche在其诺贝尔获奖演讲辞中就此感慨道:量子计算机看起来是一个乌托邦。

也许由于研究成果及进展速度不如预期, 进入2010s年代后, 各国政府 (中国除外) 对于量子计算机的重视程度有所下降, 这主要体现在政府支持经费的额度以及项目安排的力度等方面。

D-Wave公司是目前少有的几个专门研制并实际推出量子计算机的公司, 据业内人士分析, 该公司所生产的量子计算机选择量子绝热演化算法做为其核心技术, 只有一般的量子隧道效应, 而缺少量子相干性和纠缠性这两个学术界定义的量子计算机所必须具备的基本特征, 因而在学术界颇被诟病, 一些学者甚至认为该公司目前推出的产品不能称其为量子计算机, 最多是一个有量子效应的计算机而已。然而无论如何, 这毕竟是目前唯一的采用量子理论 (至少部分采用) 而构成的、且可以被使用的计算机;只是其综合计算峰值是否真如谷歌所描述的那样令人瞠目结舌, 尚不明了。

(三) 前景:梦想还是乌托邦

对以数值模拟做为学科研究和业务工作最为重要的手段之一的现代气象学科而言, 高性能计算是其不可或缺的基础性资源, 也是始终困扰学科及业务发展的稀缺性资源。量子计算机如果能够正式面世并适用于以大规模紧耦合数值积分为基本特征的气象数值模式运算, 那将是气象学科的莫大幸事, 因为这将彻底解决气象数值预报发展进程中的高性能计算资源短缺问题, 使得气象数值模式的时空分辨率可按需自由调整, 各种极耗计算资源的算法可以不必再被参数化所替代, 各种具有行业、属地以及专业特征的专业化数值模式可以因之而发展, 不必受到计算资源短缺的限制, 从而使得数值预报更加精准、及时以及更具专业化和特色化, 进而推动气象服务在各行各业的泛在、深入、专业化、精细化和个性化, 促进气象学科的稳步发展。

然而就目前情况看, 要达到上述目标, 还有很长的路要走。

首先, 真正意义上的量子计算机何时面世, 尚不知晓。前文已述, D-Wave推出的量子计算机并不完全具备经典意义上量子计算机的基本特征, 其科学计算经典测试综合峰值尚不得知, 且业界对其颇有微词。事实上, 真正意义上的可用于普适计算的量子计算机目前并未问世, 其研制进度因各种技术原因而一再延宕, 一些悲观人士甚至预言, 它的问世可能需要数十年甚至近百年的时间。

其次, 适用于数值积分的量子算法何时形成以及其效率如何。以量子算法论, 量子计算机的神奇速度缘于量子比特的叠加、相干以及纠缠等特性。如何将数值积分的初值和边界值与量子比特的这些特性有机结合, 并与积分步长同步, 使得其并行运算 (转换) 的特性得以充分发挥, 这是一个令人望而却步的世界性难题。而如果算法问题不予彻底解决, 那么量子计算机的特性就无法在运算气象数值预报中充分发挥出来, 从而使得在这一领域量子计算机与普通的电子计算机并无本质差别。

除量子计算外, 目前尚在实验室里的新计算技术还有光子计算、分子计算、立体晶体计算以及纳米碳管计算等, 然而据专家评估, 这些技术较之量子计算而言, 其成熟度更低。

综上所述, 以笔者观察, 通过量子计算机为代表的新型计算资源的普及和应用, 彻底解决气象数值模式领域的高性能计算资源短缺问题, 这一愿望在十年内很难实现。因此未来很长一段时间, 气象部门数值模式的主要计算资源, 仍将是目前的电子计算机。

四、虚拟/增强现实 (VR/AR)

(一) 虚拟现实 (VR)

虚拟现实 (Virtual Reality, 英文缩写VR) 技术, 是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界, 提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟, 让使用者如同身历其境一般, 可以及时、无限制地观察三度空间内的事物。使用者进行位置移动时, 电脑可以立即进行复杂的运算, 将精确的3D世界影像回传给使用者, 使其产生逼真的临场感, 把人的意识代入到一个虚拟的世界。

虚拟现实是多种技术的综合, 包括实时三维计算机图形技术, 广角 (宽视野) 立体显示技术, 对观察者头、眼和手的跟踪技术, 以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。

虚拟现实技术在医学、军事航天、工业仿真、船舶制造、轨道交通设计、道路桥梁规划、生物力学、地理景象再现、水文地质模型模拟展现、文物古迹仿真展示、室内设计、应急推演、教育培训、核心设备或系统维修预演、房产开发、Web3D以及娱乐游戏等领域均有广泛深入的应用。

(二) 增强现实 (AR)

增强现实 (Augmented Reality, 英文缩写A R) , 是通过计算机系统提供的信息增加使用者对现实世界感知的技术。该技术将虚拟的信息应用到真实世界, 并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中, 将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成, 把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息 (视觉、声音、味道、触觉等) 通过电脑等科学技术模拟仿真后再精确叠加, 将虚拟的信息应用到真实世界中, 并被人类感官所感知, 以达到超越现实的感官体验, 从而实现对现实的增强。

增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。增强现实提供了在一般情况下, 不同于人类可以感知的信息。一个完整的AR系统应具有三个突出特点: (1) 真实世界和虚拟世界的信息集成; (2) 具有实时交互性; (3) 在三维尺度空间中增添定位虚拟物体。

增强现实技术可广泛应用到军事、医疗、市政建设规划、古迹复原和数字化文化遗产保护、工业维修、网络视频通讯、教育、工程、旅游、影视、娱乐等领域。

(三) 展开畅想的翅膀

身临其境地体验飓风、洪水、暴雨、大旱、沙暴和雾霾等天气和气候现象, 而自身又不会遇到任何真实危险、受到任何伤害, 这种方法对于提升公众对气候问题及气象灾害的重视程度, 远比阅读千篇一律的文字和冰冷枯燥的统计数据印象深、效果好。因此至少在目前, VR/AR技术对于气象产品的形象化展示和服务效果的最大化, 是极有帮助的。国外在这方面已有一定的尝试。

而对于数值模式产品的四维时空模拟, 使得气象要素随着时间的变化更加直观、形象和生动, 也使得分析工作更加准确、有效甚至有趣, 这一点就连最严谨的气象学者都颔首称是。事实上, 早在上世纪90年代, 美国NCAR等气象部门便着手利用VIS5D来模拟数值预报的输出结果, 令人印象深刻。与此基本同步, 我国气象部门的一些单位也开始了引进、应用类似VIS5D等模拟软件的工作。遗憾的是, 据笔者观察, 此类工作多属个人行为, 有组织、成规模、出成果、效果好的四维时空模拟工作尚未真正开展起来, 以至于至今即便在十分重要的公众媒体上的气象服务节目, 其产品的展示方式大都仍是二维图形图像配以少量的动画修饰, 累年不变。随着时代发展的日新月异, 这种方式是否始终为广大公众所喜闻乐见, 值得探讨。

事实上, 无论是地面和海洋观测、雷达探测和卫星遥感观测等气象实况, 无论是天气预报、气候预测、农业气象服务以及灾害性天气预报等, 与地理信息、相关社会信息等相融合的增强现实和虚拟现实的模拟和渲染, 对于社会公众而言, 其效果都远胜于文字和数据。要想使气象服务更加普及深入, 服务效果更加出色、精彩和有效, VR和AR的有效应用是无法回避的。

五、其它

(一) 区块链

区块链 (Blockchain) 是一种分布式账本技术, 它能够让网络上的任何人安全的进行交易结算, 并且低成本的实现资产的传输。该技术的核心是一个建立在共识模式之上的共享数据库群, 该数据库群的构成中没有不必要的中间环节, 因此效率很高。若要在该共享数据库群中添加新的数据库, 则必须获得一定数量的运行区块链软件的节点的认可, 也就是达成共识。一旦共识达成, 这个新的数据库就升级成为一个交易“区块”, 系统内其它计算机都可以看见它并使用它。这个新数据库通过密码与系统中原有的区块相“链接”, 因此该技术名曰“区块链”。

区块链源于比特币交易的技术实现, 其概念由日本学者中本聪 (Satoshi Nakamoto) 于2008年末在比特币论坛中的论文《Bitcoin:A Peer-toPeer Electronic Cash System》中首次提出。中本聪认为:第一, 借助第三方机构来处理信息的模式存在点与点之间缺乏信任的内生弱点, 商家为了提防自己的客户, 会向客户索取完全不必要的信息, 但仍然不能完全避免一定的欺诈行为;第二, 中介机构的存在, 增加了交易成本, 限制了实际可行的最小交易规模;第三, 数字签名本身能够解决电子货币身份问题, 如果还需要第三方支持才能防止双重消费, 则交易系统将失去价值。基于以上三点现存的问题, 中本聪提出了上述区块链技术, 并建议在其基础上创建比特币及交易系统。

2015年起, 全球多家顶级商业银行投行等纷纷表示布局区块链, 区块链技术被推到了风口浪尖, 各大布局新科技的企业也纷纷宣布了基于区块链的研究。区块链技术能够建立自动执行的智能合约的能力已经被证实有助于证券交易和房屋交易。欧盟最高证券监督机构——欧洲证券与市场管理局 (ESMA) 的执行理事维蕾娜·罗斯 (Verena Ross) 说:“经过调查研究, 我们发现这项 (区块链) 技术对以下四个领域最能产生巨大影响:清算结算、担保管理、所有权记录、证券服务。它通过为所有参与者提供一个独特的参考数据库、即时往来调节表、一成不变的共享记录和透明的实时数据来实现这一点。”

2016年1月19日, 英国政府办公室发布由政府首席科学顾问马克·沃尔波特 (Mark Walport) 牵头完成的报告——《分布式账本技术:超越区块链》, 强调分布式账本技术可以实现完全透明的信息更新与共享, 减少欺诈、腐败, 降低错误率和用纸成本, 提升效率, 并重新定义政府与公民在数据共享、透明性和信任方面的关系。

区块链技术应用的最核心的内容就是防伪记录的去中心化。如果一个多方参与的机构, 且彼此之间没有信任基础, 那么区块链技术是一个大家都可以充分信任的数据交易技术基础。然而, 如果交易过程的中心化不可撼动, 那么区块链的确没有实际应用的必要。

也许在未来气象数据参与全社会大数据交换及交易的各种活动中, 区块链能够发挥出应有的作用来。

(二) 移动互联

对大多数人而言, 移动互联早已耳熟能详, 其相关技术也大抵上如数家珍, 此处不再赘述。之所以将其忝列于此, 是因为在笔者看来, 该项技术的意义及其在气象部门的应用尚未真正受到有关部门 (包括职能部门) 的重视。不少应用的领域尚未真正展开, 应用效果也相对有限。

2000年之后, 尤其是2007年苹果公司陆续推出iPhone、iPad之后, 互联网已从桌面逐渐走向移动, 这是身处现代社会的所有人的亲身体验。这场始于消费层级的技术革命正在逐步向生产层级渗透, 这是移动互联网有别于桌面互联网的特点之一。据专家分析, 移动互联网在消费层级的兴起已经部分重构了社会, 而其在向生产层级的再平衡将彻底重构整个社会, 这主要体现在对个人生活方式、企业管理的影响, 以及推动整合经济和社会结构及组织形式的深刻变化等几个方面。限于篇幅, 不予展开叙述。总之, 依照马化腾的观点, “移动互联网才是真正的互联网”, 笔者颇以为然。

移动互联网在任何时间、任何地点的可连接, 及其与物联网的充分融合, 创造了新的生产条件, 并激发出无数新的生产模式, 正在解放着人们的脑力劳动和体力劳动。这可从可口可乐走访客户系统、中航信航旅纵横系统、滴滴打车系统、前一阶段因谷歌高调宣示而导致研家蜂起的自动驾车系统等无数身边信手拈来的案例中得到印证。大量繁琐的、耗费大量体能及在恶劣环境下作业的劳动正在被一一替代。此外, 由于移动互联网的有效运用, 许多岗位上的职工得以能够自由决定劳动的时间和地点, 移动办公、移动会议等工作形式使得许多劳动者随时随地处于可接入工作状态, 集中化的大生产模式正在被逐渐打破;弹性工作制使得劳动者获得了自由和尊重, 也不同程度地提高了工作效率和效能。

技术的变革必然导致管理的变革, 由于移动互联网的特性, 企业内部高层与底层之间的信息沟通渠道愈发畅通, 削减中间环节, 使组织结构更加简洁高效、反应灵敏的扁平化改造趋势将愈发强烈, 动因更加充足;华为技术有限公司总裁任正非的“让听得见炮火的人指挥炮火”的名言, 从一个侧面反映出移动互联网时代企业组织结构重建的总体趋势。

就气象部门而言, 据笔者观察, 移动互联网的这些作用和特性, 在气象部门工作中的几乎方面皆能找到相应的应用:地面加密观测的可移动化、预报预测业务的可移动化、人工影响天气指挥作业的可移动化、视频会商组织及信息接入的可移动化、气象灾害现场信息采集的可移动化、应急灾备物资调配指挥的可移动化、职能部门公文审批和流转的可移动化、服务对象信息采集的可移动化、数十万气象信息员工作管理和绩效考核的可移动化——甚至于职工业务培训课程的可移动化以及气象文化宣传方式的可移动化等, 移动互联网几乎可以渗透到气象业务、科研和管理的各个领域和角落。而以上这些移动化应用的实现 (哪怕只实现其中的一部分) , 将会给气象工作带来何等令人惊奇的变化, 是所有熟稔气象部门工作的人们可以想见得到的。

业界普遍认为, 企业移动信息化程度的高低, 在很大程度上反映了该企业IT部门的能力和水平, 气象部门也概莫能外——至少笔者这样认为。移动化应用应当成为气象信息化战略中的一个重要内容, 并纳入到气象IT部门的重要工作日程。

六、未来技术背景下的气象信息化

(一) 融入未来技术的气象业务

虽然我们并不清楚上述这些未来信息技术能够广泛应用于社会乃至气象部门的确切时间, 但有一点可以肯定, 即:较之目前而言, 由于气象信息化的持续推动, 那时的气象业务一定已经达到了这样一个水平:气象要素的实况感知更加敏锐全面、天气预报和气候预测更加精准、气象服务将更加广泛深入地渗透到各个领域, 等等。

那时的天气预报和气候预测业务以及相应的学科研究, 会因为人工智能的有效应用而大为改善, 由机器学习训练出来的预报系统将能够做出比现在更为精准的预报和预测, 并能够在适当的阶段归纳出一些新的尚未被发现的规律和特征, 供科学家及高级人工智能系统提炼总结并形成新的理论和方法, 从而指导预报预测业务和学科研究的进一步开展。

那时的基础性资源——尤其是高性能计算资源——将由于以量子计算机为代表的新型IT基础资源在气象数值预报领域内的应用, 而由稀缺变为基本满足甚至较为充裕。各种尺度、各种分辨率、各种主题和专业化的数值模式的研究和业务运行将不再因资源短缺和受到限制;数值模式的研制速度、预报质量和应用水平都将较之现在显著提高。

那时的预报和服务产品, 将由于有效采用了V R和A R技术而较之目前更加形象生动、更加逼真、更加使受众具有身临其境感并因而更加易于被大众和服务对象接受和了解, 也由于广泛提供了优质的个性化服务而更加贴近每一个服务对象的实际需求。

那时气象部门的各项业务、科研和管理工作, 将由于移动互联等信息技术的广泛有效应用而变得更加灵活、更加敏捷、更加柔性化, 效率和效能也更高。集中办公和会场会议将不再是唯一的工作模式, 人们将能够在任何场合利用碎片化的时间处理许多目前只能在办公室才能处理的业务和管理等工作, 遥远的距离和不规范的场合将不再是业务和科研交流的障碍, 工作效率将因之大幅提高;此外, 观测数据的采集在时空密度上将更加富于弹性, 气象事件现场实况信息将能够按需实时接入到任何会场的演示屏幕上, 以众筹方式构成的社会气象观测系统 (姑且这样称呼) 将人迹所致的任何地点的气象要素实况尽收眼底, 并纳入到气象服务的基础资源中, 等等。

总之, 一切都将比现在好很多。

(二) 硬、软基础资源的管理

通信带宽、高性能计算、海量存储等是气象业务及科研工作基础资源中的硬资源, 气象数据和气象算法则属于基础资源中的软资源。当硬资源因信息技术的高速进步而变得充裕后, 软资源的重要性势必越来越凸显出来。

气象数据是稀有的, 只有专业部门使用专业设备才能够采集到符合专业要求的气象观测数据, 并运用专业气象算法产生出气象产品数据。气象算法也是稀有的, 因为它是气象科学家理论的精华、气象业务人员经年工作的积累以及相关技术人员与气象业务深度结合的产物, 是气象专业理论和业务知识的外在载体, 它唯一产自于气象行业。唯其稀有, 所以珍贵;由于其珍贵, 所以必须善加利用, 以期发挥出最大效益。

常识和经典理论都告诉人们, 统一管理的资源, 其使用效率和安全性最高。因为统一管理的资源既便于统一调度, 也便于设计整体完备的安全防御体系。因此气象软资源的集约化管理, 既是充分发挥其内在价值和使用效率的前提, 也是确保软资源安全的有效途径。所以, 建立具有相当规模、可以容纳当前所有气象数据并具有良好扩充空间、在可预见未来的时间内确保气象数据的完整存储、管理和应用的气象数据中心, 是必然的趋势和选择。该中心将同时兼顾气象数据集约化管理、气象业务和科研应用、气象服务和气象数据的社会化应用等数种职责和任务。

随着云计算等基础资源运行模式的逐步落地以及市场发育的逐步成熟, 气象部门基础资源中的硬资源必将逐步趋于社会化运营, 通过市场机制得到物美价廉的具有专业水平的基础设施资源服务。

(三) 业务工作的大平台微应用模式

基于前人成果之上的发展, 是一种较为智慧有效的发展模式, 气象业务也是如此。在气象数据共享之外, 气象算法的共享以及气象业务功能的共享, 同样需要受到关注;从某种角度思考, 算法和业务功能共享的实际意义和价值丝毫不弱于数据共享——至少对于气象部门而言是如此。由于算法和业务功能的共享, 新系统的许多重复性的基础性功能可以因共享前人成果而免于重复研制开发, 从而可使研制者将精力集中在尚未存在的新功能的研发上, 研发效率将大幅提升, 从而使得新业务能力的形成更加便捷;气象部门的能力建设将因之而逐步进入快车道。

因此, 如何运用技术手段实现气象算法和业务功能的共享, 是气象信息化工作者目前就应开始需要思考并着手解决的战略性技术问题。在这里, 基于SOA技术架构的“大平台、微应用”模式值得参考和借鉴。由于笔者在此前已就此做过相应论述, 为篇幅计, 不再复述。

笔者衷心期望算法和业务功能的共享能够早日在气象部门尝试并逐步落地。

(四) 几个值得关注的领域

未来技术正在一步步走近我们, 终有一天, 气象部门将与之相遇, 拥抱、接纳并最终消融这些因目前相对陌生而使人有些不知所措的未来信息技术。由于这些技术的融入, 气象部门无论是业务形态、工作方式还是研究方法, 无论在规模、人员梯次还是技术结构等方面, 都将发生深刻变化。这些变化因势而成、不以人的意志而转移。因此尽早谋划布局, 以坦然的心情和相对充分的准备迎接巨变的到来, 是一种积极的态度。在这里, 有以下几个领域值得关注:

1. 高质量数据产品的研制

上文已述, 高质量的数据产品, 非但是气象部门业务科研工作的基础, 而且也是人工智能、认知计算特别是机器学习的根本和依据。没有高质量的气象数据产品, 机器学习无法完成, 人工智能在气象部门天气预报和气候预测领域的实际应用便无法真正实现, 而这些领域正是气象部门最核心的领域, 也是最需要借助新技术予以实质性突破的领域。

因此, 高质量的气象数据产品的持续不断的研制, 不仅是实际工作的需要, 也是引进人工智能和认知计算的前提——尤其是具有较好时空密度的高质量气候序列数据产品。

2. 人工智能在核心领域的应用尝试

气象部门的核心领域无疑是天气预报和气候预测, 预报和预测能力是气象部门的核心能力以及一切业务工作的基础, 人工智能在该领域的实际应用以及对预报预测能力的有效提升, 才是人工智能在气象部门成功应用的根本标志。因此不应满足并止步于数据采集系统、天气新闻自动撰写发布系统等外围领域的人工智能应用, 而应适时有序地开始人工智能在天气预报和气候预测领域内的应用尝试——至少应当开始考察该项工作, 实事求是地探明其实际应用前景以及应用条件的是否具备, 而不是消极观望和麻木地等待。

人工智能在预报预测领域的应用涉及到十分广泛的知识领域, 需要极强的专业知识和深厚的业务功底。对于此类人才相对匮乏的气象部门, 应尽早布局, 通过培养、引进人才以及局校合作、局院合作、局企合作等多种模式, 不求所有, 但求所用, 最大限度利用社会资源, 以实现自身核心能力有效提升的目标。

3. 气象数值模式的新算法实现

众核技术可以大幅提高高性能计算机的运算峰值, 然而以众核处理器为主构成的高性能计算机在气象数值模式领域的有效应用, 却是一个较为棘手的难题, 需要掌握众核运算技能、熟稔高性能计算机特性、充分了解气象数值模式和懂得气象学 (尤其是动力气象) 基本原理的跨行业高级人才, 对于每一个气象数值模式逐一进行针对众核技术特点的适应性改造, 方可实现。而这样的人才, 即便在堪称世界巨头的计算机龙头企业中, 也属凤毛麟角。

量子算法技术较之众核技术艰深百倍, 这是由量子理论及实现技术所决定的。与众核技术相似, 量子计算机能否有效应用于气象数值模式, 取决于量子算法能否有效适用于常规意义上的科学运算, 以及常规科学计算量子算法效率的高低。如果达不到量子计算机所理应达到的指数效应 (哪怕只是近似达到) , 则对于气象数值模式而言, 量子计算机与目前常规高性能计算机之间便没有本质差别, 其在气象数值模式上的应用就难称成功。

与人工智能在预报预测领域的应用相类似, 对以量子计算机为代表的未来高性能计算技术, 气象部门亦应适时探明其应用可行性;早作谋划、提前布局。当然, 量子算法是世界性难题, 决策者对此应了然于心。

4. VR/AR的有效应用

上文已述, VR/AR技术的应用, 虽无法提高预报预测的准确率, 但却能极其有效地改善用户对气象产品和气象服务的体验, 而用户的最佳体验往往是气象服务质量和效果的最终判据。目前采用VR/AR技术制作的产品仍需通过特殊的装置 (如:头戴式显示器、3D眼镜等) 方才可使受众感受到预期的效果, 气象产品和服务的VR/AR技术应用不宜单走高端精品路线, 而宜采取高、中、低三端兼顾, 尽可能扩大受众群体, 以技术手段最大限度地提高全体受众的服务体验。

总之, 是时候了, 我们可以开始尝试引入VR/AR技术, 以改善我们相应的工作了。

七、结语

现在, 我们可以肯定地说, 即便沿用现有的工作脉络而不做大的变动, 在未来信息技术的有效作用下, 气象部门未来的工作也应当是相当精彩的, 它的精彩体现在工作的质量、工作的效率和效益、工作的实际效果、工作的氛围以及工作中对人的尊重等各个方面。

未来充满了不确定性, 正如八十年代初的人们很难准确地想象三十多年后的今天一样。然而有限的未来还是可以预知的, 三十多年前的艾尔文·托夫勒 (Alvin Toffler) 和二十年前的凯文·凯利 (Kevin Kelly) 都对未来信息技术影响下的未来社会进行了惊人的预测, 这些预测在当时看来是如此的奇幻和令人向往, 也如此的不可思议、如此的令人疑惑甚至令人焦虑, 使每一个曾经读过《第三次浪潮》和《失控》的读者至今印象深刻。然而无论你怎样看待未来, 过去十余年因信息技术进步而导致人类社会发生翻天覆地变化的这一事实充分表明, 我们正在一步一步、而且步伐越来越快地走向未来世界。我们不必惶惑, 因为只要我们所处的这个星球上依然存在着生命体, 对环境尤其是气象活动的了解和掌握便是永恒的需要。

3.信息技术与未来教育 篇三

一、思考当下中国教学模式，明确未来教室授课定位

人憧憬未来是因为现实无法满足其需要，也就是说，我们探讨未来教室的理由之一也是现实的教室形态存在不足，不能满足教师和学生的教与学需要，或者说不能满足相关当事者的利益诉求，希望通过未来教室的设想，来达到或者满足其需要，这会转化为促进教室形态进化的原动力。在这种不断的讨论与实践中，围绕着教室建设的生态系统，如技术、行业、产业等，就会或快或慢地发展与进步。工业革命和信息技术的发展，引起社会物质面貌的巨大变化，例如，建筑物的结构、外在形态和内部环境都随着技术的进步，发生着巨大的变化，也适应不同时代人的审美与心理需求。可是教室却坚守原有的形态，很少受到影响。现在写字楼或家居中的卫生间所呈现的环境和包含的新技术、新产品，都比中小学的教室要显得漂亮和富有技术元素。因此，探索未来教室的变化，探索教室的形态变化，探索教室育人效率和效果的提高，探索教室适应技术的进步和人对建筑空间审美的需求，正是未来教室获得关注的原因。

二、结合信息技术课程基础，推动未来教室建设发展

技术进步是未来教室发展与建设的推动力。我校信息的各个教室从幻灯投影技术，到视听技术，再到以计算机为核心的现代信息技术，教室的形态和所使用的设备不断发生变化，技术直接推动教室内教学环境与装备的更新换代。这些教育技术掌握在当地声光公司手中，声光公司的盈利的原动力促使公司不断地将新技术与新产品引入学校。尤其是近20年，教室内的装备快速发展变化，幻灯机、实物投影、投影机、电视（CRT，等离子电视、液晶电视）、短焦投影、电子白板、交互式触摸显示设备、基于各种技术的音效设备、平板电脑等蜂拥着挤入教室，且快速更替。这种更替在一定程度上促进了教室的发展，但缺乏必要性研究。尽管教室内的技术是进步了，但这种技术进步的产品是否就一定会比技术落后的产品更能提高教学效益呢？另外，基础教育阶段的中学、小学，各种专用教室层出不穷，但在以班级为主要教学单位，以分数为学校教育终极目标的体制下，再豪华的专用教室都只能成为学校点缀门面的装饰品。在现行教育经费投入体制之下，新产品成为教室建设的推动力，而产品属于企业，企业就成为教室发展的最直接推手。这是当前教室建设和教育经费投入方向的一个困境。教室的这种发展带有盲目性，且效益低下。

教育需求才是教室发展与建设的牵引力。在我国，教室一直未有太大的变化，这主要受教育体制与教育模式影响。讲授式课堂教学模式，学生被动学习，非小组和协作学习；重视考试分数，不重视课堂实验与动手，这种教学模式也就决定了教室的形态、环境和设备。近10年来，教室形态、环境和装备在发生变化，主要是因为2001年开始的全国性新课程改革，改革提出各种不同的教学模式和学习方式，如教师主导一学生主体的教学模式，研究性学习和合作学习等。正是这种理念在牵引着教室的发展，也在引领着新的技术走入课堂。2014年开始，新的中高考方案出台，必将引起教学模式与学习方式的变化。例如，英语的实际应用能力，“听说”提高了分值，那么课堂教学模式与教室内的环境与教学设备必将发生变化，教室内就必须有专门的训练环境和设备供学生练习使用。如果新的教育改革方案是落实课程标准，放开学校设置课程的自主权，尊重学生按兴趣选择课程，在课堂中不断融入信息技术课程理念，那么学校教室的结构和形态将会发生极大的变化。学校将会打破行政班级、固定教室的形态，学科专业教室建设将会成为学校教室的主题，专业教室的环境布置将会完全符合学科教学的特点，各种学科专用仪器设备、资源、新产品和技术将会配合信息技术教学整合到教室内，适应教师的教学模式。因此，只有在信息技术课程教育需要的指引下，合并新技术的推力，才能促进未来教室的快速发展。

三、强化师资信息水平应用，打造教室专业授课团队

随着云端教学平台的启用，东渡实验学校向老师开放大规模的在线课程、更多的网络课堂或基于网络的混合课堂。如何设计课程教学、如何建设课程资源、如何有效利用网络教学空间进行学习指导等等，这些都是教师非常关心的问题。在学校教师教育技术能力培训基础上，以现代教学理念为指导，结合未来教学环境的特点和优势，自2013年起，东渡实验学校面向全校教师启动教师信息技术与课堂教学创新应用培训班，并开设学校专业电教组，目前电教组专业人数为10人。今年9月，东渡实验学校请声光公司专业人员来校，举办了首届教师未来教室教学能力培训，从未来教室教学理念、前沿趋势、实践操作、注意要点等多方面为受训教师提供指导。未来三年，我校将对所有教师进行培训，以适应信息化环境的教学改革。

4.信息素养与信息技术教育 篇四

一、信息能力与信息素养

信息技术坚信息的获取、理解、分析、加工、处理、传递等有关技术的总称。简言之，信息能力是对各种信息技术的理解和活用能力，即对信息的获取、理解、分析、加工、处理、创造、传递的理解和活用能力。

信息能力是一种基本的信息素养，它是一种在技术层面、操作层面和能力层面上的素养，它是信息素养的重要内容。除信息能力外，信息素养还应包括在认识、态度层面上的内容，即对信息、信息社会、参与信息过程和信息社会的认识和态度层面上的内容，这也是每一个信息社会的成员╠╠我们称这为信息人所必须具备的素养。

培养学生的信息能力、提高学生的信息素养是信息技术教育的根本目标。信息技术教育是一种以培养学生信息能力，提高学生的信息素养为目标的学科教育。信息技术教育的教学目标应包括以下的三个方面：

1．对信息科学的理解

通过信息技术、信息科学的基本理论和方法的学习，学生应能深入地理解各种信息手段的我，深入理解各种信息技术的基本原理和具体方法，能对给定的信息进行适当的处理，并能对各种信息的活用进行评价和完善。

对信息科学的理解不是单纯理论上的，知识内容上的理解，应能通过信息科学的理解，指导信息活用时，合理地选择信息手段和信息处理的方法，并能对它们进行有效地评价，用以完善信息活用和信息处理的过程。以信息科学的理解是信息活用的基础和条件，没有对信息科学的基本理解，不可能实现有效的信息活用。对信息活用的评价和完善是指导信息科学基础学习的重要根据。

2．信息活用的实践能力

信息活用的实践能力是指对于给定的课题、目的、问题，能合理地使用一定的信息手段，对必要的信息，自主地或与人协同地进行收集、分析、处理和创造，并能根据受者的情况，发布信息、传递信息。信息活用的实践能力是以信息技术的方法解决问题的能力。

在信息活用的实践过程中，一定会涉及各种信息机器、信息设备，例如，计算机、因特网的操作，对这些机器、设备的操作能力及其培养，应纳入到信息的收集、处理的高度来认识，来理解，不能将信息技术教育变成具体信息机器及其相应软件操作方法的培训，否则会背离信息技术教育的根本目的和教育目标的要求。

我们曾经碰到过这样的问题。为了求解某一问题，进行某种决策，需要大量地收集信息、理解信息、分析信息，并将有关的信息送入计算机，以一定的处理软件对信息进行处理，最后，根据处理的结果，作出相应的决策。这是一种以信息技术求解问题的过程。在根据处理的结果决策问题时，发现这种决策与逻辑的分析，与以其它方法进行决策的结果相矛盾。经过反复评价、研讨，发现基于计算机处理的决策是错误的。显然，计算机的操作、软件的使用方法是完全正确的，产生错误的原因在信息的收集、信息的理解和信息的分析。

通过这个实例，不难看出，在求解问题的过程中，与机器的操作，软件的使用相比较，对信息的评价，并以这完善的信息的活用过程更为重要。

3．对信息、信息社会的认识，态度与参与

对信息、信息社会的认识和态度包括对信息社会的认识；对信息在信息社会

中的作用、对人们生活的影响的认识；对信息的情感、对信息的道德与伦理、对信息的责任与态度以及信息安全与信息犯罪的认识与态度。

信息技术教育中，应重视培养学生主体的、积极地参与信息社会的态度。对于信息，不仅是受者，更要培养学生积极地进行创造，主动地、自主地解决问题的能力。为了培养学生积极地参与信息社会及其发展的态度和能力，应特别重视信息科学基础知识和基本理论的理解。

二、信息技术教育

信息技术教育是以培养学生的信息能力，提高学生的信息素养为目标的教育。学生的信息能力、信息素养应由上述的三个方面所表示。这三个方面的教学目标不仅规范了信息技术教育的内容，也决定了信息技术教育应采取的方法。

根据信息技术教育的目标要求，在信息技术教育中应注意处理好以下的几个问题：

1．信息技术教育的两个方面

学校中的信息技术教育包括两个方面：

（1）信息技术课

为了培养学生的信息能力，提高学生的信息素养，学校教育中，应开设信息技术课（也可称信息系统基础、信息科学基础）。课程的学习内容应根据教育目标的要求决定。学生通过信息技术课程的学习，应对信息科学的基本理论、方法和技能有一定学习和掌握。在信息技术课程的学习中，应特别重视基本原理、基本方法的学习。对于学生实践能力的培养，应特别重视学生以信息技术的方法，解决实际问题能力的培养。在解决问题的过程中，对信息的理解、对信息的判断和评价比具体机器的操作、具体软件的使用更为重要。

（2）与其它学科的整合学校中的信息技术教育不应只限于信息技术课程的学习，应将信息技术教育贯穿到党校教育的各个方面，特别是其它课程的教学过程中。为此，应高度重视信息技术与其它课程整合。

信息技术课程与其它课程的整合包括两个方面的含义：一个方面是以信息技术促进其它课程的学习，即以信息技术的方法，例如使用多媒体，使用因特网学习其它课程的有关内容；另一方面，通过其它课程的学习，充实，完善或补充信息技术课程学习的不足，使学生对信息技术的学习更全面、更具体、更生动。信息技术与其它课程的整合，既有利于其它课程内容的学习，了有利于信息技术的学习。不仅如此，它对学校的教学改革，学生创新能力的培养也是十分重要的。

2．对信息技术课程性质的认识

信息技术教育是一门有关信息科学基本知识和基本技术的学科教育，它也是一种培养学生信息素养的素质教育。信息技术教育中，应浒有关信息科学基本理论和基本方法的学习。信息技术教育中，必然会大量地使用各种信息机器，也可能使用机器、设备的时间占相当大的比例，我们不能因此将信息技术课变成信息机器操作、软件使用的技能课。如果这样，将偏离信息技术课的教学目标。

3．信息技术教育与计算机技术的学习

在进行信息技术教育时，应处理好与计算机技术学习的关系。如前面所讨论的那样，信息技术是指信息的获取、分析、处理、创造和传递。计算机作为信息获取、分析、处理的一种重要工具在信息技术教育中顺重要的位置，但我们决不能以计算机知识与技能的学习、掌握代替信息技术的学习与掌握，只能将计算机作为信息获取、分析、处理的工具进行学习。对计算机技术的学习应从信息技术的高度、信息技术的角度进行学习，而不是脱离这个前提进行学习。

以算法语言的学习为例。单纯的算法语言学习，主要是介绍各种语句及如何以这些语句进行编程。在讨论语句的使用方法时，可通过一些实例进行说明，这些实例是用于说明语句及其应用的。在信息技术的学习中，算法语言作为求解问题的一种工具，其学习的主题应是如何以算法语言去解决问题，其学习的重点不是一般地介绍语句，而是如何以这些语句编程，即如何以这些语句去描述解决问题的方法和过程。为此，与其说是算法语言的学习，不如说是问题解决与编程的学习。具体的学习过程设计应该是，以一个具体的问题为例，让学生理解该问题是如何解决的，在此基础上，抽象出人们解决问题的过程，基于这样的过程，讨论计算机是如何处理信息、求解问题的。

信息技术的学习中，有关计算机的讨论不仅出发点、讨论方法与一般的计算机学习不同，而且从信息技术的内容看，应比一般的计算机学习更为广泛，虽然计算机技术的学习是信息技术学习中的一项重要内容。我们不能以一般的计算机技术的学习代替信息技术的学习。

4．信息技术教育应注重培养学生对信息活用时的评价和完善能力

信息技术教育中，应注重学生信息活用能力的培养，作为活用能力，不仅要注重学生的实际操作能力，更应注重学生对信息活用的评价和完善，在某种意义上，对信息活用的评价与完善比具体的操作更为重要。它决定信息活用手段的选择、操作结果的评价，操作过程的完善。它对课题的解决是十分重要的。

为了实现有效地评价与完善，应十分重视信息技术、信息科学的基本原理、基本理论和方法的学习。没有对这些基本原理、基本理论和基本方法的深入学习和理解，不可能实现对信息、对信息处理的结果和信息活用实现有效的分析、评价，进而完善活用的过程。

5．应处理好的几个关系

在信息技术教育中，应处理好几个关系：

（1）基本知识、基本理论的学习与技能的掌握

信息技术课程的学习必须涉及大量机器的操作，软件的使用，有些人甚至认为信息技术就是机器和软件的操作技术，这是一种错觉。各种机器的操作、软件的使用，应基于一定的理论指导下予以选用。信息技术教育中，应特别重视基本知识、基本理论的学习，应在一定理论的指导下去选择，去完成一定的具体操作。没有一定的理论知识的学习，就不可能对操作的结果进行有效的评价，就不可能完善具体的操作过程。某种操作技能只有在一下的理论指导下才能发挥作用。

（2）解决问题能力的培养与对机器、软件操作能力的训练

信息技术教育中，我们特别重视信息活用能力的培养，即以信息技术的方法解决问题的能力的培养。为了解决问题，需要使用计算机，需要使用一定的软件，这些只是解决问题的工具，我们不能以工具的操作代替解决问题能力的培养。在解决问题过程中，如何分析问题，如何根据问题的分析去寻求解决问题的算法，如何评价与完善解决问题的过程比工具的掌握更为重要。工具的使用是在解决问题算法的指导下进行的。信息活用能力的培养中,与具体机器、软件操作能力相比较，应更注重分析问题、解决问题能力的培养。

（3）完成任务与驱动知识的学习

信息技术教育中应彩任务驱动的方法实现信息科学知识的学习，实现信息活用能力的培养。在信息技术教育中，我们表应只看到任务的完成，不看是否驱动了知识的学习。任务驱动是信息技术课程的一种学习方法，这是一种问题解决式、发现式学习的方法，让学生在求解问题的过程中去探索知识，发现知识。任务驱动是让学生在完成任务的过程中，去探索、去发现有关的信息科学的知识。如果不在完成任务的过程中注重知识的学习、掌握，这一次的任务完成了，下一次同样的任务可能完成不了，因为他没有将任务的完成变为一种在一定理论指导下的自觉行为。任务驱动中，既要完成任务，更要注意通过完成任务应驱动的知识学习。

上述各种关系的处理中，其实质是对信息技术教育根本目的的认识，对学习目标的理解，对课程性质的定位。信息技术教育的基本目的是培养创新人才，不是培养机器的操作者。信息技术教育是一种素质教育，是一种学科教育，不紧某种技能掌握为目标的技能培训。

5.现代信息技术与教育变革 篇五

一想到教室，我们的眼前马上浮现出这样一幅图景：教室的墙上嵌着宽大的.黑板，黑板前是一台一桌;桌上摆着教科书、备课本和圆规、三角板之类的教具;台上站着一手拿粉笔，一手拿教鞭的老师;台下是手拿钢笔，聚精会神听课的学生。现代信息技术使单调枯燥的教学环境向多样化、新颖活泼迈出。多功能教室配置有电化教学设备和多媒体计算机设备，即信息的接收和输入、输出装置，可连接学校有线电视系统和各种国际因特网、学生校园网以及大屏幕和音像系统，面向教学把各组件集成在一起，组成一个图文声像并茂的教学信息呈现系统，对多媒体信息进行获取、加工、处理和展示，从而突破了有限的课堂教学时间和资料限制，向学生展示最大信息量。除了课堂教学环境外，还包括实验教学环境的变革。虚拟实验室的出现，为自然科学基础教学创造了仿真和模拟的教学环境，给实验教学环境带来了革命性的变化。传统实验室里堆满各种实验器械及各种有毒、有害的溶液和放射性物质，容易造成环境污染和人身伤害，潜藏着巨大的危险性;而对于有些周期长或在真实世界里难以观察到的实验，传统实验则显得无能为力。现代信息技术的虚拟现实技术，解决了人类视觉的时空盲点和生理极限所带来的实验困难、实验过程和结果瞬间呈现在眼前;同时，虚拟实验使得实验的进行不再受场地、器材、时间、自然环境的限制，为学习者创造了更多实践机会。现代信息技术所引起的课堂和实验教学环境的变革，有助于促进教师开展创新教育，提高教学效率;也有助于学生在最短时间内获得最大知识信息量，提高学习效率。

6.信息技术教育的目标与定位 篇六

・创新意识、精神与品德──具有自觉的创新取向与动机，喜欢立异图新、与众不同；敢于改革一切保守、落后的东西，向传统向权威挑战；具有坚韧不拔、乐观自信的品质；尊重他人，善于合作，乐于奉献，有良好的道德素养。

・创新思维与技能──具有良好的思维品质（包括思维的变通性、新异性、发散性、直觉性、敏捷性、流畅性等方面）；能熟练运用一般的创新方法与专门的创新技巧独立发现与解决问题；能通过实践不断提高创新的智力技能与运动技能。

・创新个性与美感──具有好奇、好思、好学、好做、自励、自控、自立、自强等方面的个性心理品质；具有良好的创新审美感受（主要指创新过程中的快乐感、专注感、永不满足感，与欣赏创新成果的愉悦感、诱动感等高级情感品质）。[11]

开展信息技术教育，通过对信息的认识、评价、开发、利用、管理等过程的学习与训练，能有效地促进信息创新意识、信息创新思维、信息创新技能、信息创新人格的形成。

同时，为了实现创新教育，必须抓好信息技术教育。因为创新素质不会凭空产生，它必须在创新环境中通过一定的创新过程逐步培养；创新方法的掌握、创新技能的形成，必须灵活采用多种信息技术。

7.信息技术与未来教育 篇七

1.1 电子信息技术

关于电子信息技术, 国内有学者主要将之划分为四个部分, 即:家用电器、通信技术、计算机应用和计算机网络。当今时代正不断发展, 电子信息产业由此日渐繁荣, 笔者结合自身的实践生活经验, 不难总结出电子信息技术可以说是当代最活跃、渗透力最强的科学技术, 可以说电子信息技术的应用已经走进千家万户, 成为人们生活中不可替代的重要组成部分。

1.2 发展现状概述

自第三次工业革命以来, 以计算机技术为代表的电子信息技术正式进入到人类的视野, 在解放生产力的同时, 也给生产生活带来变革, 随着时间的推移不断为人们的生活做出巨大贡献。就我国当前的实况而言, 虽然电子产品的应用已经渗透到生活的各个方面, 但不可置否由于部分客观因素的制约, 整体上还处于快速发展的阶段, 面对新时期, 加快技术的完善与升级工作, 促使电子信息技术朝着更为健全、高效的方向发展已经成为趋势, 所以笔者认为应该不断加强对电子信息技术的交流与融合, 并积极寻求突破。

1.3 应用特点分析

(1) 智能化与自动化。电子信息技术的应用, 要尽可能的满足人们生活需求, 而随着科学技术水平的不断提高, 电子信息技术正朝着智能化的方向发展, 以通讯设备为例, 智能手机的兴起, 在满足人们基本通讯要求的基础上, 也在不断开发娱乐功能, 电脑技术则普遍具备“云技术”。

(2) 集成化和微型化。相比较于传统的电子信息技术, 新的电子产品多采用集成电路, 而基于技术的逐渐成熟, 在满足传统功能需求的技术上, 也进一步升级了信息处理的能力。另外, 在外形上比传统设备要小, 更满足人们出行要求的需要。

(3) 数字化与网络化。就目前的电子信息技术而言, 尤其是网络电视, 在信息的存储上大都是进行数字化的存储, 简而言之就是建立巨大的数字网络系统, 然后通过光纤技术进行信息的快速传递, 一般说来此种技术的可靠性更高, 存储性能稳定。

(4) 快捷化与高效化。随着时代的发展, 电子信息在人们生活中发挥的作用越来越重要, 而众所周知电子信息技术凭借其特有的便利性, 区别于传统信息传递媒介, 对人们的生活与工作提供方便, 基于此也就要求其在使用过程中尽可能的实现快捷化和高效化的特征, 满足人们对生产生活的需求, 同时为人们带来更加丰富且强大的娱乐生活。

2 电子信息技术发展的思考

2.1 加强技术交融, 科学寻求突破

关于我国电子信息技术的实际状况, 上文已经有所提及, 面对国际化竞争的逐步强化, 个人认为加强核心技术的研发应该作为根本工作。

首先, 要加强技术的引进工作, 就电子信息产品而言, 以手机为例, 智能化时代的到来, 对传统的品牌进行了“洗牌”, 而把握好发展的风向固然能顺应时代, 可国内的手机品牌受制于系统、软件等问题, 均没有取得良好的效益, 拥有亚洲最大的代工厂之称的中国企业, 虽然作为代理进行生产工作, 但收益相比之下也较为微薄, 因此加强技术升级势在必行。

客观而言技术的不足是劣势, 但做好引进和学习工作也未尝不是一种突破竞争重围的方式, 而不容忽视的是要加强自身的创新能力, 通过引进交融, 加以创新突破才是当前“弯道超车”的捷径之选。

2.2 重视氛围培养, 加强管理重视

我国电子信息领域环境并不容乐观, “山寨”风气日盛, 因其可以节省研发环节, 在低成本的基础上可以获得更高的效益。另外, 整个大环境较恶劣, 使产权保护较难, 不少国内代表性的制造商在研发中花去较多成本, 得不到市场和环境的保障, 导致其不得不妥协, 所以加强环境的整顿工作也刻不容缓。

在管理中, 要加强对市场环境的监管, 对侵犯产权的企业要严肃处理, 保障正规厂家的合法利益;在法律中也应该有所完善, 尽可能避免漏洞, 让投机取巧者无机可乘, 并且要综合运用多种手段, 鼓励技术的研发, 保障其合法权益, 以此整合技术研发的整体环境。

3 电子信息技术的发展趋势

笔者通过对相关文献及资料的整理, 总结出未来电子信息技术的发展趋势:

(1) 计算机多核发展, 计算机是电子信息技术的重要内容, 而随着人们对工作和娱乐的要求日益提高, 计算机的运行也必将朝着多核的方向发展;

(2) 微电子技术向高集成化发展;

(3) 光电子将成为未来电子技术的核心。

4 结语

综上所述, 鉴于电子信息技术在人们日常生活中的应用及便利性。首先, 必须在思想意识层面重视起来, 合理规划其发展, 把握时代的发展风向;其次, 提高技术的完善与升级, 才有信息面对更加激烈的竞争, 协调发展, 个人认为也只有这样才能更好地做到与时俱进, 占据更为有利的市场竞争位置。

参考文献

[1]陈涛.如今社会下电子信息技术发展现状及发展趋势[J].电子制作, 2014 (03) .

[2]许爱萍.美国提高电子信息产业技术创新能力的经验及借鉴[J].中国科技论坛, 2014 (03) .

[3]汪益民.浅析电子信息技术发展中的问题与发展趋势[J].电子世界, 2014 (15) .

[4]龚成.论电子信息技术的应用特点与未来发展趋势[J].网络安全技术与应用, 2014 (08) .

8.信息技术与教育 篇八

一、信息技术在教育中的作用

1.运用信息技术有利于提高教学效率

对于教师,可以运用各种多媒体工具,能够较轻松地制作出高质量的教学软件,从繁重的重复劳动中解脱出来。同时,通过网络的资源共享和各种交流方式,教师可以提高教学软件的质量并不断为自己充电,从而提高课堂活动质量和自身水平。对于学生,信息技术除了能为其提供更多信息外,通过生动有趣的多媒体展现、虚拟现实的情境或网络体验,还能增加其兴趣和学习质量。例如,在多媒体各类教育光盘中,集成了各科知识的文字及其朗读音频、习题、千余幅图片、数段视频(录像)、数十个动画。

2.运用信息技术有利于多方面综合教学目标的实现

所以,每一项教育活动都应顾及学生多方面的发展。教学目标中应该包括情感目标和传统教学的弱项,各种信息技术如局域网、校园网、聊天室、BBS等技术在教育中的应用,多媒体网络教室的发展和使用,为促进学生全面发展、为先进教育理念的实现提供软硬件平台。在开放、可扩展的模板教室中,可将学生灵活分组,通过教室软硬件系统实现学生之间、组内成员、教师与小组等在文字、屏幕、声音甚至操作(遥控)方面的相互交流,有助于实现学生在对己、对事、对他人、对群体的情感体验,以及增强健康、丰富和情感控制能力。

3.信息技术的新发展还会不断影响教育的各个方面

我国教育部提出了以信息化促进教育现代化的跨越式发展战略。信息技术的发展必然还会对教育产生深刻的影响,如Flash动画技术推动了课件、积件等教育资源形式的广泛改变。XML技术则可以使网络中的资源以及用户信息更为清晰规范,同时便于教学资源的跨平台的传播和共享。MSAgent技术让一个独特的卡通形象动态地读出给它的所有文字。这一新的信息技术若用于教学,以生动的方式增加学生兴趣的同时又加强了教学效果。

随着信息时代的到来,多媒体技术和网络技术等现代信息技术的发展打破了传统教育的不平等,并解决了学习地域和个体差异限制的问题。总之,信息技术对传统教育带来了从理论到方法各方面的大冲击,它的飞速发展也必将继续对教育的思想、观念、模式、内容和方法等产生深刻影响。

二、信息技术在教育中运用的几个误区

1.谈到教育信息化就想到计算机课或者说信息技术课

片面地将信息化局限于信息技术一门课程,与其他学科脱离。以电脑技术为核心的信息技术应向各课程渗透与整合,并融合到教学资源和过程的设计、开发、使用、管理、评价等各方面。

2.将多媒体技术等同于传统电化教育中的投影、录像技术

事实上,后两者都只是多媒体技术中的一部分。多媒体技术将文字、图像、动画、音频、视频和语音等多种媒体有机地集成为一个系统,并包含交互技术、压缩技术、虚拟现实技术等。这种具有文字、语音、图像、动画等多种可视听信息的人机界面,更加符合人们的日常交流习惯,有利于实现人性化教学,促进立体教育的实现。一个身临其境的学习环境必将大大提高学生的学习兴趣和求知欲,使学生的注意力更为集中并大大提高学习效率。

3.以为现代信息技术可以完全代替教师

现实状况是更需要高水平的师资队伍,因为课堂上可能发生的一切,不是都能在备课时预测到的,教师的创造才能、主导作用,正是在处理这些突发情境中得到发挥。这些情境向教师的智慧与能力提出了挑战,同时也带给教师实现生命价值的满足,让教师的劳动闪显出创造的光辉和人性的魅力。

三、信息技术要求教育教学整体改革

信息技术引起了全面而深刻的社会变革,同时也对教育提出新的要求。知识总量在以爆炸式的速度急剧增长,它的更新越来越快。教育如何面对迅速增长的知识,信息社会需要什么样的人材,这是信息时代的教育必须关心的问题。因此,在信息技术条件下教育教学必须进行改革,信息技术对于教育的意义已经远远超越了媒体的范畴,要求一种全方位的改革,包括教育体制、教育模式、课程体系、教学方法等多方面。