中小学人工智能教学案例范文

时间:2023-08-24 17:40:52

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中小学人工智能教学案例

篇1

Abstract: In view of the characteristics of artificial intelligence curriculum, including abstract content and complex algorithm, and the actual needs of undergraduate teaching, combined with teaching practice, this paper discusses and sums up the teaching reform and innovation of undergraduate artificial intelligence curriculum from the teaching system, teaching content, teaching methods and assessment methods.

P键词: 人工智能;创新;本科

Key words: artificial intelligence;innovation;undergraduate

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2017)22-0230-02

0 引言

人工智能是计算机科学的一个分支,是当前科学技术中正在迅速发展、新思想、新观点、新理论、新技术不断涌现的一个学科,其属于一门边缘学科,同时也是多个学科交叉而成的一门学科,包括语言学、哲学、心理学、神经生理学、系统论、信息论、控制论、计算机科学、数学等[1]。当前人工智能已经是很多高校计算机相关专业的必修课程,它是计算机科学与技术学科类各专业重要的基础课程,其教学内容主要包括自然语言理解、计算智能技术、问题求解和搜索算法、知识表示和推理机制、专家系统和机器学习等,国内外很多大学都意识到了其重要性,纷纷对其展开了教学和研究。人工智能课程包含多个学科,具有内容抽象、理论性强、知识点多等特点,且算法复杂,但是多数高校采用的教学方式仍是传统的课堂教学方式,即“教师讲、学生听”的教学模式,这种信息单向传输教学模式以教师为主体,学生只是在被动的接收知识;存在过分重视理论教学,忽视实践活动教学的问题,导致教育内容无法和社会接轨;人工智能教材理论性过强,学生在学习过程中常常感到枯燥乏味,进而对学习该课程失去热情[2],久而久之,不仅人工智能课程的教学质量和效果无法达到预期,甚至学生还会产生厌学心理。针对人工智能课程中现有的各项问题,本文作者结合自身丰富人工智能教学实践经验,参考人工智能课程特点和教学目标,从多个方面探讨和总结了人工智能,包括教学内容、教材选择、教学方法和考核形式等。

1 教学内容优化与更新

人工智能是一门崭新的学科。开设本课程首先是确定教学内容。通常来讲,人工智能学科的内容包括两个部分,具体:一是知识表示和推理;二是人工智能的应用。前者是人工智能的重要基础,后者主要介绍了几种人工智能应用系统,包括自动规划和机器视觉、机器学习、专家系统等。另外,课程内容中还包括了一些人工智能应用的实例,将实践和理论紧密结合起来[3]。

随着时代的发展和科技的进步,人工智能学科也取得了较大发展。基于此,人工智能学科也应该与时俱进,更新人工智能教学大纲,进一步完善其教学内容。修订后的人工智能教学大纲将人工智能分成两个部分,即基础部分和扩展应用部分。前者包括计算智能、搜索原理、知识表示等,后者包括智能机器人、智能控制、多智能体、自然语言理解、自动规划、机器学习、知识工程等。

教学内容的选择和确定应综合考虑多项因素,不仅要重视基础知识,也应注意推陈出新,随着科技的进步做到与时俱进,同时教学内容应符合现实的需求,能够与社会接轨,将理论和实践紧密结合起来,只有这样人工智能课程的教学质量和效果才能事半功倍。

2 教学策略及教学方法的改革创新

由于人工智能课程具有算法复杂、内容抽象、理论性强、 知识点多的特点,传统的教学模式已经无法满足人工智能课程的需求,教师应探索更加有效的教学模式和方法,确保人工智能课程能够取得良好的教学质量和教学效果。具体的改革和创新人工智能课程的手段和方法主要包括以下几个方面:

2.1 激发学生的学习兴趣 无论是经验还是常识都在告诉我们每个人最好的老师就是兴趣,学生只有对某门学科存在兴趣,才会更加主动积极的学习该门课程,从而获得良好的教学效果。比如,作者在课程的一开始先播放了一段著名导演斯蒂文・斯皮尔伯格的《Artificial Intelligence》的相关片段,由这个电影学生知道了世上存在人工智能的机器人,学生们随着电影情节的发展而深深感动,与此同时教师让学生思考和谈论人工智能是什么?研究人工智能的意义在哪里?实践发现,在课堂中加入电影因素,能够大大提升学生们的注意力,让学生更加专注在教学任务中,有效提高了学生探索人工智能的积极性和主动性。此外,在教学中还可以用动画、视频、图片等手段将反映人工智能最新研究和应用的成果展示出来,让学生更直观的感受人工智能的奥妙,从而投入更多热情学习人工智能课程。

2.2 面向问题的案例教学法 案例教学法是一种以案例为基础、以能力培养为核心的一种教学方法[11]。针对学校学生特点,我们采取了以下几种教学形式实施案例教学。①讲解式案例教学:这种案例通过教师的讲解,帮助学生理解抽象的理论知识点。案例的呈现有两种基本形式:一是“案例―理论”,即先给出教学案例,然后再讲解理论知识;二是“理论―案例”,即教师先讲解理论知识,再给出教学案例;通过情境体验与案例剖析激发学生认知的兴趣,引导学生对将要学习的内容产生注意,有利于教师导入新课。②讨论式案例教学:在课程初期将学生分成若干学习小组,每小组3~4人;教师将提前设计好的一题多解的教学案例以及收集的相关资料分配给每个小组,要求学生在课余时间通过自学和组内讨论的方式给出问题的不同解决方案。③辩论式案例教学:在课程后期,采取专题辩论的方式对综合应用案例进行讨论,能有效地启发学生全方位地思考和探索问题的解决方法,加深学生对人工智能的理解。

2.3 个性化学习与因材施教 在开展课程教育过程中应注意对学生进行个性化教学,结合学生特点因材施教。比如,在日常教学中多观察学生情况,鼓励那些应对教学任务后仍存在余力的W生深入探索较深层次的课程及相关知识,同时友善面对学习较差的学生,分析其学习过程中面对的困难,有的放矢地采取应对措施,帮助其不断进步;在教学过程中让学生以读书报告的形式多多思考,鼓励学生发散性思考问题,鼓励优秀学生进行深一步的探讨,并且教师应帮助具有新颖思想或论点的学生将其智慧以科技论文和发表文章的形式转化为成果。

2.4 注重综合能力培养 在研究型教学中任务驱动是一种常用的教学方法,其中心导向是任务,学生在完成任务的同时也在吸收和掌握知识。通常来讲,该教学方法的步骤是:教师提出任务师生共同分析以得出完成任务的方法和步骤适当讲解或自学、协作学习完成任务交流和总结。”[3]该教学模式不仅有利于培养学生的创新能力和创新意识,还能够培养学生解决实际问题的能力,提高其综合实力。不仅如此,由于该教学模式通常是以小组协作的方式进行,教师给出研究范围,学生自愿结组并选择具体的题目,经过分析和讨论后以程序设计或者论文的形式协作完成研究。由此可知,学生是在以团队的力量解决问题,这十分考验学生的团队协作能力,对于学生团队合作精神的培养至关重要,且在完成任务的过程中学生需要查阅大量的资料,久而久之学生收集资料和创新能力势必会得到提升。

2.5 采用启发式教学 人工智能的很多问题都较为抽象,对学生理解力的要求较高,因此,在实际的教学过程中教师应有意识的就课程内容提出相关问题,让学生自己独立思考,鼓励学生提出自己的想法和解决方案。然后回归到课程上,对比分析教材上的解决方案和学生自己的解决方案,如此不仅培养了学生独立思考的能力,也增加了学生参与教学活动的意识,提高了学生的学习热情。比如,在讲到较为抽象的“遗传算法”时,先提出一个问题,即“遗传算法如何用于优化计算?”,然后从“达尔文的生物进化论”入手,讨论“遗传”、“变异”和“选择”作用,之后举例分析,启发学生思考“遗传”、“变异”和“选择”的实现,最后师生一起导出遗传算法用于优化计算的基本步骤。如此既完成了教授遗传算法的目的,也锻炼了学生逻辑思维的能力,教学效果良好[4]。

3 作业和考核方式的改革创新

过去的课程作业都是单一书面习题作业,发展至今,课程作业形式已经发生了变化,更加丰富多样,包括必须交给教师评阅的书面家庭作业和不必交给教师的课外思考题目、口头布置的思考题或阅读材料以及大型作业等。其中通过网络就可以完成上交作业,并且教师批阅作业后也可以通过网络返回给学生,实现了网络化。课程的考核方式较之以前也发生了较大变化,加强了平时思维能力的考核,更加注重学生实验能力和动手能力的培养,不再是绝对的一次考试定成绩,而是在总评成绩中加入30%的平时成绩,如此不仅减轻了学生的期末负担,也迫使学生更加重视平时的学习思考,有利于课程教学质量的提升。

4 结束语

本文是以提高教学质量为目标,结合教学实践,从教学体系、教学内容、教学方法、考核方式等方面对本科人工智能课程的教学改革进行了探讨,总结了该课程在教学和实践方面的一些教改举措。这些举措符合二十一世纪高校教学的要求,可以支持教师提高教学手段现代化的水平,同时更贴合学生的学习需求。作为该课程的授课教师应始终保持对教学内容的不断更新、教学方法的多样化,才能激发学生的学习兴趣,培养他们的思维创新和技术创新的能力,最终提高本课程的教学质量。从学生的反馈来看,作者所总结的教学实践具有明显的教学效果。但仍有许多方面做得不够,今后将继续在教学过程中不断总结成功的经验,吸取失败的教训。

参考文献:

[1]蔡自兴.人工智能及其应用[M].三版.北京:清华大学出版社,2007.

[2]谢榕,李霞.人工智能课程教学案例库建设及案例教学实践[J].计算机教育,2014(19):92-97.

[3]蔡自兴,肖晓明,蒙祖强.树立精品意识搞好人工智能课程建设[J].中国大学教学,2004(1):28-29.

篇2

关键词:人工智能;研究生教学;教学方法

人工智能是一门研究机器智能的学科,是在研究人类智能行为规律的基础上,利用人工的方法和技术,研制智能机器或智能系统来模仿、延伸和扩展人的智能,实现智能行为。在知识经济向智能经济高度发展的今天,人工智能具有重要的理论意义和社会价值。人工智能理论已经渗透到各个领域,人工智能技术也得到广泛应用,许多研究成果已经进入人们的生活。

人工智能课程是一门多学科交叉的课程,具有很强前沿性,涉及哲学、认知科学、行为科学、脑科学、生理学、心理学、语言学、逻辑学、物理学、数学等众多领域;涉及面宽,内容广泛,更新快。人工智能课程的开设能够更好地培养学生的创新思维和技术创新能力,培养学生对计算机前沿技术的前瞻性,提高他们的科技素质和学术水平[1]。

人工智能课程内容的广泛性、前沿性和应用性特点决定了授课方法的多样性。与本科生相比,研究生在教育目标和身心特征方面都有较大的区别。笔者多年从事研究生人工智能课程教学工作,现总结多年教学经验如下。

1研究生培养目标及其教学特点

研究生教育阶段的教育目标是使研究生形成具有个性化的研究品格、研究定向和研究视野,以具有独立思考并获得独创研究成果的能力[2]。从这一意义上讲,个性化是研究生教育培养目标的构成主体。尤其随着我国经济持续高速增长,社会对知识创新、新经济生长点的期望值增大,这就要求我国研究生教育在其培养目标的定位上不仅要重视人才培养的高层次性,更要重视创新能力、实践能力和创业精神的培养。并且,研究生身心发展已较成熟,具有较稳定的个性特征,思维力强,具有较高的专业性思维意识和创造力,为独立地进行专业研究活动提供了心理上和智力上的保证。而且,研究生已具备了基础理论和专业知识,特别是有一定工作经历的研究生,他们不仅有本科教育阶段的知识积累,也有应用这些知识的经验,对于扩大其专业知识领域并进行研究有着积极主动的态度。总之,从年龄构成及身心特征上讲,研究生适应高层次、跨学科知识领域的学习和研究。

研究生的特征及其教育目标决定了研究生教学不应该是由教师讲授已定论的知识,而应是以教学为基本依托,通过教学提出具有研究性、探索性、未确定性甚至是尚存争议性的课题,激励研究生独立思考和质疑,让他们在思考和质疑的过程中提出问题,培育他们发现问题、提出质疑的科学批判精神,训练并提高其创新能力、实践能力和创新精神。创新精神和创新能力主要表现在具有健全的人格、强烈的责任感、开放的心态、团结合作的精神、严谨科学的思维能力和创新思维方式。

个性是创新的源泉,研究生课程体系的设置应该具有一定的灵活性,依据研究生不同的知识基础和研究定向,设置具有弹性化的课程,使研究生的个性化得以凸显。另外,为提高研究生专业研究和创新能力,在课程教学中,也应凸显教学的研究性和专业性,重视专业领域背景知识和研究方法的讲授,开展跨学科、非专业知识的教学,教学内容应涵盖专业领域的研究热点、难点、争议问题和最新研究动态,还应包括交叉学科、边缘学科的研究趋势,以扩展学生的视野[3]。也就是说,研究生教学既要凸显研究生的个性化特点,又要凸显内容的学术性和研究的指向性。

2人工智能课程的特点

2.1多学科交叉,具有很强的前沿性

人工智能是一门多学科交叉的课程。课程内容的理解需要运用多学科知识和较强的逻辑思维能力,多学科的知识相互联系、相互交叉,融合形成新的知识,成为新的思维方法和综合能力的萌发点。通过课程学习,学生可以通过不同学科知识的融合来达到对原有知识的超越,用一种全新的思维方法来思考所遇到的问题,提出新的解决办法。这也是创造力的迸发和智能的飞跃。具有了知识的广度和深度才具有融会贯通、创新的可能,人工智能课程的开设能够更好地培养学生的创新思维和技术创新能力,为学生提供一种新的思维方法和问题求解手段。

2.2涉及面宽,内容广泛,更新快

人工智能课程是一门知识点较多的课程,它以概率统计、离散数学、数据结构、计算机编程语言、数据库原理等课程为基础,涵盖了模式识别、机器学习、数据挖掘、计算智能、自然语言理解、专家系统等众多研究方向,内容涉及面广,概念抽象,不易理解。并且,人工智能课程内容更新快,近年来人工智能科学的快速发展,涌现出了大批新方法,研究热点问题也从符号计算发展到智能计算和Agent等。其中,计算智能主要涉及神经计算、模糊计算、进化计算和人工生命等领域,在模式识别、图像处理、自动控制、通信网络等很多领域都得到了成功应用;Agent最早来自分布式人工智能,随着并行计算和分布式处理等技术的发展而逐渐成为热点。

在互联网上有大量最新的与课程内容相关的研究论文,为学生提供了很好的查阅文献的环境,使学生能够根据所学习的内容和所在课题组的研究方向阅读相应文献,提高学生的学习兴趣和独立提出问题、解决问题的能力。

2.3应用性强

人工智能理论已经渗透到科学的各个领域,当前,几乎所有的科学与技术分支都在共享着人工智能领域所提供的理论和技术。例如,自第一个专家系统DENDRAL研制成功以来,专家系统已成功地应用于数学、物理、化学、医学、地质、气象、农业、法律、教育、交通运输、军事、经济等几乎所有领域;数据挖掘技术是以一种更自动化的方式对具有大量数据的商业活动进行分析和预测,在市场营销、银行、制造业、保险业、计算机安全、医药、交通、电信等领域已有许多案例;语义Web让Web上的信息能够被机器所理解,实现Web信息的自动处理,成功地将人工智能的研究成果应用到互联网。另外,在机器视觉、自然语言理解、智能控制与智能制造等方面,人工智能技术也得到广泛的应用,有许多研究成果已经进入人们的生活。目前,从理论到技术,从产品到工程,从家庭到社会,智能无处不在,人工智能广泛的应用性给学生提供了大量的现实案例,使得人工智能不再是高深莫测的理论,而是现实中可以触及的内容。

人工智能课程的多学科交叉性、内容广泛性、概念抽象、不易理解以及前沿性和应用性特点决定了在该课程的讲授过程中应该采用多种授课方法。多种授课方法的采用一方面便于授课内容的理解,另一方面也能够更好地培养学生的创新思维和技术创新能力,提高他们的科技素质和学术水平。

3人工智能课程教学方法

3.1基于问题的启发式教学法

苏霍姆林斯基说:“唤起人实行自我教育,乃是一种真正的教育。”基于问题的启发式教学法是教师在深入了解学生心理特点和学习规律的基础上,设计适合教学的启发式问题,并采取灵活多样、生动活泼的启发方式,充分调动学生的学习兴趣,激发、引导学生进行科学思维,培养学生独立思考问题、提出问题和解决问题的能力。该教学方法强调的是过程,教师的主要任务是提出问题,依据举一反三的思路引导学生展开逻辑推理,通过逐层分析深入思考问题,最后综合学生观点阐述相关理论。

在课程教学中,有许多内容适合于采用启发式教学方法。例如,在知识表示方法的学习过程中,教师首先提出问题:“你是怎样进行数学定理证明的?”并在学生的回答过程中,引导学生认识到知识及其表示的重要性;随后,提出问题:“在计算机中如何表示知识?”引导学生逐步总结出不同知识表示方法在知识表达能力、推理效率、可实现性、可组织性、可维护性方面的区别。另外,在确定性推理的教学过程中,教师可以利用“某处发生盗窃案,公安局派出5个侦查员去调查,研究案情时,5个侦查员各给出了一句可信的结论,据此判断谁是盗窃犯”的问题[4],让学生进行判断和讨论,引导学生认识到推理过程中可以使用多条规则进行推理,并且推理路线也可能存在多条,从而引出推理的两大基本问题:解决冲突消解等问题的推理策略,以及解决推理线路等问题的搜索策略。

启发式教学法的要点是设计适当的启发式问题和启发方式、安排能调动学生积极性的讨论环境、鼓励学生发表个性化观点。教师不仅用问题引发学生思考,更要鼓励学生让思维自由驰骋,主动提出问题,讨论问题,寻求问题解决方案。在探讨、研究问题中,不要以现有的结论和固定的程式束缚思想,鼓励学生的个性化观点。启发式教学是一种民主、科学的教学方法,其中包含诸多具体的教学方法,如激疑启发法、比喻启发法、类比启发法、联系启发法,等等。启发式教学在传授知识的同时,更注重的是对创新的孕育、萌芽、生成和壮大,它能促使学生自己获取知识、思考问题、提出问题、分析问题、解决问题,培养学生的自学能力。以问题为基础的启发式教学,利用问题引导学生学习,全方位深层次发展学生的创新思维和探究性学习能力。问题可以诱发出学生的求知欲,激发、唤醒了学生的主体意识;问题往往是面向生活世界的实践活动的,它使教学活动从以传授知识为中心转化为传授知识与培养能力并重,理论与实践相结合,提高了学生分析、综合、观察、想象等思维能力。

3.2基于案例的探究式教学法

基于案例的探究式教学法要求教师能够根据学生的认知水平和能力,创设引导学生进行探究活动的案例,以激发学生探究问题的兴趣,促进学生质疑、探求的创造性学习动机,通过选择与确定问题、讨论与提出设想、实践与寻求结果、验证与得出结论,发展学生的创造性思维,培养学生独立探究、研究能力和创新能力。探究式教学强调学生的积极参与,强调师生互动。对教师来说,必须转变传统的“传道”观念,以平等的心态与学生交流探讨。在课堂上,要努力营造民主、宽松、和谐的教学氛围,积极引导学生大胆设想,大胆探索。使学生树立研究型学习的观念,消除依附心理,养成勤于思考、善于思考的良好学习习惯,通过积极参与研讨培养学生自己获取新知、探求未知的能力,以及团队意识和合作精神。

我们在本课程神经网络部分的教学中,将基于BP神经网络的维吾尔文手写字母识别作为案例开展了探究式教学活动。在介绍了前馈多层感知器及标准BP算法之后,教师将科研项目中基于标准BP算法的维吾尔文手写字母识别实验及其结果详细地在课堂上进行演示,引导学生对实验提出质疑。在教学实践中,学生提出了大量问题,例如,输出层神经元个数如何确定,为什么输出层神经元个数对识别率会有影响?网络训练过程中出现震荡的原因是什么?如何解决?为什么有时误差较大,权值的调整量反而很小?等等。在教师事先准备好的实验演示的基础上,开展学生进行课堂讨论,让学生提出解决问题的各种方法,并现场通过实验进行验证,逐步让学生理解BP网络结构设计、输入输出数据的预处理、初始权值设计的必要性及其实现方法。课堂授课实践表明,这种方法极大地激发了学生的学习兴趣,使学生能够大胆设想,大胆探索,增加了学生的自信心和创新精神。本次课堂讨论结束后,教师根据学生的讨论以及实验结果演示,总结标准BP算法的局限性,例如,“易形成局部极小”,“训练次数多,学习效率低”,“训练时有学习新样本遗忘旧样本的趋势”等,并要求学生通过查资料、搜集必要的信息、积极地思索和实验验证提出解决上述问题的方法,将学生分组,让学生展开讨论,为下次讨论课作好准备。

传统教学方法是告诉学生怎么去做,在一定程度上损害了学生的积极性。而案例教学要求学生自己去思考、去创造,使得枯燥乏味的内容变得生动活泼,并且案例教学中,通过学生之间的交流既可以使学生取长补短、促进人际交流能力,也可以引导学生变注重知识为注重能力。

案例教学法的关键是案例的选择。案例是为教学目标服务的,因此它应该具有典型性,且应该与所对应的理论知识有直接的联系。案例最好是经过深入调查研究。来源于实践,不能只是一堆数据的罗列。教科书的编写应采用图片、表格、曲线等方式让学生看到算法的实验结果,启发学生思考。另外,案例应该只有情况没有结果,有激烈的矛盾冲突,没有处理办法和结论,由学生对案例提出质疑,从这个意义上讲,案例的情况越复杂,越多样性,越有价值。

案例教学法能够实现教学相长。教学中,教师不仅是教师而且也是学员。一方面,教师是整个教学的主导者,掌握着教学进程,引导学生思考、组织讨论研究,进行总结、归纳。另一方面,在教学中通过共同研讨,教师不但可以发现自己的弱点,而且从学生那里可以了解到大量感性材料。另外,案例教学法能够调动学生学习主动性。教学中,由于不断变换教学形式,学生大脑兴奋不断转移,注意力能够得到及时调节,有利于学生精神始终维持最佳状态。案例教学的最大特点是它的真实性。由于教学内容是具体的实例,加之采用是形象、直观、生动的形式,给人以身临其境之感,易于学习和理解。最后,案例教学法能够集思广益。教师在课堂上不是“独唱”,而是和大家一起讨论思考,学生在课堂上也不是忙于记笔记,而是共同探讨问题。由于调动集体的智慧和力量,容易开阔思路,收到良好的效果。

3.3加强研讨

鉴于研究生的培养目标和人工智能课程研究范畴的宽泛性、应用性、创新性和前沿性,根据我校计算机系硕士生指导教师的研究领域,我们在课堂教学中为计算智能、机器学习算法、机器视觉、自然语言理解部分增加了研讨会,要求学生上网进行文献检索、阅读和学术研讨,根据个人的研究兴趣和研究设想上台作报告。另外,我们还邀请相应专家和成果突出的各届研究生为学生做报告,介绍他们的研究实践、研究成果和心得体会。例如,在自然语言理解部分的课堂教学中,在介绍完自然语言理解的基本概念与原理之后,我们要求将来做这个领域的研究生在通过查资料了解所在研究小组工作的基础上,上台作报告。机器翻译研究组的同学在学习自然语言理解部分的内容之后,对其所在小组目前的工作及采用的技术、存在的问题做了分析,并通过阅读文献,提出了初步的解决问题的设想。与自己所在研究小组的科研相结合,开展文献检索和学术研讨,一方面让学生开阔了眼界,另一方面也提高了学生查阅文献、主动获取知识、独立思考的科研能力。

4结语

人工智能理论已经渗透到科学的各个领域,人工智能技术也得到了广泛的应用。人工智能课程具有多学科交叉、内容广泛、前沿性和应用性强等特点,课程开设能够很好地培养学生的创新思维和技术创新能力。教与学是教师与学生双方互动的过程,教学中要根据学生身心特征的实际情况采用相应的教学方法,并结合本校科研队伍的研究领域,不断地探索和提高,才能使教学工作更上一层楼,切实为国家、为社会培养具有创新能力、实践能力和创业精神的高层次人才。

参考文献:

[1] 陈白帆,蔡自兴,刘丽珏. 人工智能精品课程的创新性教学探索[J]. 计算机教育,2010(19):27-31.

[2] 谢安邦. 构建合理的研究生教育课程体系[J]. 高等教育研究,2003,24(5):68-72.

[3] 教育部研究生工作办公室,国务院学位委员会办公室. 高层次人才培养的研究与探索[M]. 北京:高等教育出版社,2000.

[4] 蔡自兴,徐光佑. 人工智能及其应用[M]. 4版. 北京:清华大学出版社,2010:113.

Exploration of Artificial Intelligence Course Teaching of Graduate Students

ZHAO Hui1, JIA Zhenhong1, WANG Weiqing2

(1.School of Information Engineering, Xinjiang University, Urumuchi 830046, China;

2.Graduate School, Xinjiang University, Urumuchi 830046, China)

篇3

【摘 要】文章介绍了应用单片机一体化教学设备进行技师毕业设计的案例实施,详细分解了完成“循迹避障智能小车”各项功能的学习情境,真正实现了教、学、做一体化,为学生走上工作岗位从事单片机产品的开发和应用奠定了坚实的基础。

【关键词】循迹避障智能小车 单片机一体化教学设备 学习情境

为了改变传统单片机教学中按照理论教材照本宣科,教师教得费力,学生学得辛苦的现象,我们研发了单片机一体化教学设备,将其应用于教学实践中,采用“基础教学―课程设计―毕业设计”三步骤进行分阶段实施。在基础教学中使用基本教学模块,学习单片机I/O接口应用、数据采集、数据显示、按键控制、在线仿真器和Proteus仿真软件的使用,设计制作流水灯、模拟交通灯等项目。在课程设计中,学生仿照应用模块,完成“0~99分倒计时定时器”单片机控制系统的设计、仿真、制作、调试,学习撰写课程设计报告。在技师毕业设计中,以真实的产品8路抢答器、单片机万年历、超声波测距、单片机温度控制系统和循迹避障智能小车等作为载体,以产品功能开发的流程为主线,将单片机技术的学习融合到小型产品的开发与制作的工作中,实现与小型单片机产品的近距x接触。

下面以“循迹避障智能小车”为平台,介绍通过学习单片机一体化教学设备上的有关模块,在技师班进行毕业设计的案例实施。

一、智能小车简介

智能小车是一个集中运用单片机、传感器、自动控制、机电一体化、数据通信、人工智能及机器人学等高新技术的综合体,主要由系统的核心控制――单片机,运动方式――机械传动结构,检测方式――传感器,控制方式――电机、舵机,通讯方式――串口、无线通信等部件组成,能够实现自动识别路线(寻迹),判断并躲避障碍(避障)等功能。

二、学习情境

我们选择了上海益芯科技有限公司开发的产品套件“循迹避障智能小车”作为技师毕业设计的载体,将单片机一体化教学设备上有关中断、定时、传感器监测、数码管显示、1602显示、12864液晶显示、PWM控制、红外发射/接收、直流电机驱动等内容进行综合运用,采用两轮差分驱动直流电机的驱动电路与PWM调速,利用红外线传感器反射接收,检测智能小车车轮的偏转情况,然后输出高低电平传送给单片机,控制小车能够寻找具有一定黑白对比度的黑线,进行沿直线或沿弧线快速行驶;当小车探测到前方有障碍物时,能自动调整,躲避障碍物,从无障碍区通过;为了使智能小车具有良好的人机界面,采用数码管或液晶屏作为显示器,显示小车行驶中的有关参数。我们将以上功能的实现分成4个学习情境,每个学习情境又由2~4个子情境组成。

(一)学习情境1:循迹避障智能小车的焊接与装配

子情境1:组装前的准备。包括了解循迹避障智能小车的功能和组装智能小车电子元器件的选取检测。

子情境2:电路板焊接及装配。包括智能小车控制电路板的焊接和组装。

(二)学习情境2:循迹避障智能小车各功能部件的检测

子情境1:STC89C52单片机芯片程序写入。包括STC89C52最小系统的搭建、单片机ISP编程工具的使用和程序写入芯片。

子情境2:显示系统检测。包括两位数码管显示、1602液晶显示和12864液晶显示。

子情境3:输入系统查询。包括独立按键查询和矩阵按键键盘查询。

子情境4:传感系统检测。包括红外发射管的检测处理和红外接收管的监测处理。

(三)学习情境3:循迹避障智能小车的运动控制

子情境(1):仿真、编程软件的使用。包括Proteus仿真软件的使用和KEIL2/3/4编译软件的使用。

子情境(2):路径运行的定义。包括直线型路径的前进与后退和S型路径的前进与后退。

子情境(3):定时运行。包括延时启停控制和超时警报控制。

子情境(4):避障与寻迹功能的实现。包括避障功能的实现和寻迹功能的实现。

(四)学习情境4:循迹避障智能小车其他功能的拓展

子情境(1):语音识别功能。包括特定频率的声音控制和特定音色的声音控制。

子情境(2):遥控功能。包括智能小车运动红外监控功能的实现和运动中数据传输功能的实现。

三、案例实施成果

技师毕业设计结束时,每个学生对自己设计制作的“循迹避障智能小车”进行总结,撰写相应的技师毕业设计论文,内容包括方案设计、系统功能分析、硬件设计、汇编语言或C语言源程序设计、调试步骤、测试报告、实物图片和视频等。学生制作的“循迹避障智能小车”实物如图1所示。

四、结束语

将单片机一体化教学设备应用于教学实践,通过具体案例――“循迹避障智能小车”的开发与制作,训练和培养了学生在单片机小型作品元器件的选用、产品的焊接与组装、软硬件的设计、仿真、调试与检修等方面的能力,为学生走上工作岗位从事单片机相关工作奠定了坚实的基础。

【参考文献】

[1]姜志玲.简易智能电动车的设计[J].华东交通大学学报,2005(04):129-133.

篇4

一日,笔者走进二(四)班教室,准备听一节常态课,授课的是一位年轻的语文教师,教学内容是学习课文《长城》。课前,已安排学生进行了预习,为了了解学生的预习效果,她走上讲台:“同学们,这篇课文中出现了一些生字和新词,请各小组组长上讲台汇报小组合作学习的情况并参加字词大比拼,看哪个小组能上光荣榜。”说完,老师在讲台上摆出三面小红旗。然而,就在各小组长陆续走上讲台时,发生了一件意想不到的事,班上8个学习小组却上来9个学生。坐在下面的同学惊讶了,有的还在座位起哄:“××不是小组长,他是冒牌的。”“冒牌小组长,下去!”……顿时,班上的秩序乱了起来。××同学也茫然不知所措,像做错了事似地看了老师一眼,低下了头。

让同学们安静下来后,老师很认真地向全班同学说:“××同学他也是小组长。”教室里安静极了,同学们个个睁大了眼睛,不解地看着老师。老师接着说道:“昨天下午放学时,因为下雨,同学们急着回家,忘了关窗户,是他关好了教室的门窗最后离开教室的。当时,老师很受感动,又考虑这位同学虽然做事仔细但胆子比较小,所以就让他担任班里管理公物的小组长,希望通过这个岗位让他为班集体服务,同时也锻炼锻炼他。同学们,你们同意吗?”教室里随即响起了热烈的掌声……

案例分析

课堂上的“节外生枝”往往不是单纯的教学内容、教学方式问题,而是涉及学生成长中的教育问题。如果教师处置不当就会对学生的成长产生负面影响,所以课堂上出现“节外生枝”,需要教师运用教育能力和教育智慧。这个案例的发生带给笔者两点启示:一是学会尊重,平等对待每一位学生。苏霍姆林斯基说过:“教育的核心,就其本质来说,就在于让学生始终体验到自己的尊严感”。教师在教育教学过程中,要让学生感受到平等。即情感和自尊受到尊重,不仅需要教师懂得学生成长心理,而且需要教师有很强的职业理念。教师做了,才会体会到“尊重”是教师的一种修养,一种品格。教师学会尊重学生,才有可能与学生进行意志和心灵的沟通,才会收到教育效果,可以设想,如果这位教师不懂得尊重学生的自尊,她可能会在课堂上当着全班学生的面批评B学生,她也可能直接将B学生哄回座位,这种做法,会造成对学生心理的伤害。二是学会交流,搭建师生心灵沟通的桥梁。现代教育理念鼓励教师把自己当作学生的知心朋友,感受学生的喜怒哀乐,但这种感受需要教师对教育理念有深刻的理解,对学生有强烈的爱心。案例中:,这位教师对“冒牌小组长”的出现,并没有简单机械。因为她懂得这种现象是教育教学环节中的必然,需要教师运用能力和智慧进行处理。在案例中,授课教师正是运用了教育的智慧才自然地化解了“冒牌小组长”的尴尬。

那么教师的教育智慧究竟源于何处?

教育智慧生长于学习。没有知识的支撑,智慧灵性就会枯竭。读书是教师专业成长的有效途径。好书是人们智慧的源泉,道德的根基。读书可以提高自身的修养,可以促进自身的发展,拓宽教师的人生宽度,它可以改变教师的教学方式和学生的学习方式,改变自己的课堂文化,甚至改变学生的一生。只有把读书当成提升教师生命质量的习惯,撇开看教参的浮躁,舍弃看教育理论书籍的功利,我们的智慧才会自然而至。

教育智慧生成于实践。教育实践是一个智慧的世界,每次我们观摩名师们精彩的课堂,惊叹于他们充满睿智的教学风采,收获一次次智慧的洗礼。这种风采和智慧不是天生的,课堂教学中时时闪烁跳跃着一个个鲜活的细节,只有这些细节被关注,课堂才能展现出一个个生命涌动的过程,一个个绽放美丽的过程。关注了细节,也是追求教学的合理化、智慧化、精确化,是对教学的品味与思考,在教育教学的细节中反思和追问中,重塑那个独特的课堂存在。小小的课堂,是一个“捉摸不定的场所”,每一个教学行为、每一个教学环节都承载着太多可变的因素,需要教师教育智慧的支持。在动态生成的课堂中,教师是教育智慧的生成者,更是师生生命发展的“推进者”,课堂上的生成能点燃教师教育智慧的火花。

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论文摘要:通过对长株潭地区高校“思想道德修养与法律基础”课程(以下简称“基础课”)教师的问卷调查,发现当前“基础课”教学的主要形式是大班教学,“基础课”教师在教学中使用的方法具有多样性的特点,绝大部分“基础课”教师喜欢自己的“基础课”教学工作,“基础课”教师对自己教学中的教学互动的注重还不够,基于调查提出运用多元智能理论来提高“基础课”教学实效性。

根据2005年《中共中央宣传部、教育部关于进一步加强和改进高等学校思想政治理论课的意见》的精神和教育部的总体安排,自2006年秋季开始,全国高校开始按“os方案”开设“基础课”,作为大学思想政治理论课的人门课程。这门课程承担着对大学生进行思想政治教育,帮助大学生形成正确的人生观、价值观的重任。当前,国际政治格局变化、经济全球化、价值多元化、现代高科技的发展和物质生活的不断丰富等变化给高校“基础课”教学实效性带来巨大的影响和挑战。如何切实加强和提高新形势下“基础课”教学的实效性成为目前高校思想政治教育工作中的重要一环。目前,通过改革教学方法来提高“基础课”教学实效性得到了学界的广泛关注,学界对于教师如何改革教学方法的研究也相当多,但基于教师教学现状实证分析来探讨教学方法改革的研究并不多见。对于“基础课”教学而言,教师的教学形式、教学方法与教学态度等对教学实效性影响很大。为了了解“基础课”开设以来的教学现状,从而进一步研究和探索“基础课”教学方法的改革,我们组织了一次以湖南省长株潭地区高校“基础课”教学教师为对象的关于“基础课”教学现状的问卷调查。并基于此次实证调查提出,可以运用多元智能理论来提高“基础课”教学实效性。

    一、“基础课”教师教学现状实证分析

    本次调查,问卷发放采取随机发放形式,总共发放问卷60份,回收问卷54份,其中有效问卷54份,有效回收率为oo%。基于回收的有效问卷,我们就“基础课”教师的教学形式、教学方法、对教学互动的注重与评价、教学喜欢程度及其影响因素等问题进行了统计分析,结果分析如下。

    (一)“基袖课”教师教学的主要形式

    小班(1个班)教学和大班(2个以上班联合)教学是当前高校“基础课”教学的两种主要形式。调查结果显示,50位被调查教师最近一次承担“基础课”教学采取的是大班教学,占总数的93%,采取小班教学的只有4位,仅占总数的7%,由此可见,当前大班教学是“基础课”教学的主要形式。同时,调查结果显示,有29位被调查教师认为大班教学更好,占总数的53%,有23位被调查教师认为小班教学更好,占总数的43 %,此外,有2名被调查教师对哪种教学形式更好表示“不知道”,占总数的4%。由此可见,尽管当前大班教学是“基础课”教学的主要形式,但还是有相当大一部分被调查教师还是认为小班教学比大班教学效果更好。

    (二)“基拙课”教师运用的教学方法

    教学方法的选择在很大程度上影响着教学的效果。调查结果显示,有so位被调查教师在教学中使用了“板书”这一教学方法,有52位被调查教师在教学中使用了“多媒体课件”这一教学方法,有42位被调查教师在教学中使用了“课堂讨论”这一教学方法,有12位被调查教师在教学中使用了“小游戏”这一教学方法,有40位被调查教师在教学中使用了“视频资料”这一教学方法,有51位被调查教师在教学中使用了“案例教学”这一教学方法,有4位被调查教师在教学中使用了其他教学方法。在被调查教师所使用的教学方法中,按使用普及度大小排序依次为“多媒体课件”、“案例教学”、“课堂讨论”、“视频资料”和“板书”。由此可见,当前“基础课”教师在教学中使用的方法具有多样性的特点。

    同时,调查还显示,在问及“哪种教学方法最好”这一问题时,4%的被调查教师认为是“板书”,26%的被调查教师认为是“多媒体课件”,22%的被调查教师认为是“课堂讨论”,11%的被调查教师认为是“小游戏”,9%的被调查教师认为是“视频资料”>24%的被调查教师认为是“案例教学”,4%的被调查教师认为是“其他形式”。由此可见,在“哪种教学方法最好”这个问题的认识上,教师之间不存在高度一致的看法,比较多的被调查教师认为“最好的教学方法”主要有“多媒体课件”、“案例教学”和“课堂讨论”。

    (三)“基袖课”教师时教学互动的注重情况与评价   

 

教学互动是现代教学区别于传统“填鸭式”教学的重要特征之一。调查结果显示,有34%的被调查教师认为自己在教学过程中“很注重”教学互动,有11%的被调查教师认为自己在教学过程中“比较注重”教学互动,有巧%的被调查教师认为自己在教学过程中对教学互动注重“一般”,没有被调查教师认为自己在教学过程中对教学互动“比较不注重”,有11%的被调查教师认为自己在教学过程中对教学互动“不注重”(如图1所示)。由此可见,被调查教师对自己教学中的教学互动的注重还不够,只有45%的被调查教师认为自己在教学过程中“很注重”或“比较注重”教学互动,还不足50% o

    同时,调查显示,被调查教师对教学互动是否重要的评价,与他们自己在教学中对教学互动的注重情况存在较大的不一致。调查结果显示,有74%的被调查教师认为教学过程中教学互动“很重要”,有26%的被调查教师认为教学过程中教学互动“比较重要”(如图2所示),也就是说100%的被调查教师认为教学过程中教学互动“很重要”或“比较重要”。这与前文分析的不足50%的被调查教师认为自己在教学过程中“很注重”和“比较注重”形成了鲜明的对比。这说明,尽管几乎所有的被调查教师都认为教学互动重要,但在现实教学中,有相当多的被调查教师并没有很好地贯彻白己都认为重要的教学互动。

    (四)“基袖课”教师对教学的喜欢程度及其影响因素

    “基础课”教师是否喜欢“基础课”教学,也即是否喜欢自己的教学工作,在一定程度上会对“基础课”教学效果产生影响。调查结果显示,有26%的被调查教师表示自己“很喜欢”“基础课”教学,有48%的被调查教师表示自己“比较喜欢”“基础课”教学,有22%的被调查教师表示自己对“基础课”教学喜欢程度“一般”,没有被调查教师表示自己“比较不喜欢”“基础课”教学,仅有4%的被调查教师表示自己“不喜欢”“基础课”教学(如图3所示)。由此可见绝大部分被调查教师喜欢自己的“基础课”教学工作,共有74%的被调查教师认为自己“很喜欢”或“比较喜欢”“基础课”教学。

   那么,影响被调查教师是否喜欢“基础课”教学的因素有哪些呢?调查结果显示,有27位被调查教师认为“学生学习态度”影响其对“基础课”教学的喜欢程度,占总数的44.4%;有22位被调查教师认为“教学内容”影响其对“基础课”教学的喜欢程度,占总数的40.7%;有17位被调查教师认为“学生学习效果”影响其对“基础课”教学的喜欢程度,占总数的31.5%;有11位被调查教师认为“教学方法”影响其对“基础课”教学的喜欢程度,占总数的20.4%(如图4所示)。由此可见影响被调查教师对“基础课”教学喜欢程度的主要因素排序依次为“学生学习态度”、“教学内容”、“学生学习效果”和“教学方法”。

    我们通过本次调查发现,尽管有相当大一部分“基础课”教师认为小班教学比大班教学效果更好,但当前“基础课”教学的主要形式还是大班教学;当前“基础课”教师在教学中使用的方法具有多样性的特点,比较多的教师认为“最好的教学方法”主要有“多媒体课件”、“案例教学”和“课堂讨论”;尽管几乎所有的“基础课”教师都认为教学互动重要,但在现实教学中,教师对自己教学中的教学互动的注重还不够;绝大部分“基础课”教师喜欢自己的“基础课”教学工作,影响“基础课”教师对教学喜欢程度的主要因素排序依次为“学生学习态度”、“教学内容”、“学生学习效果”和“教学方法”。

    二、运用多元智能理论提高“基础课”教学实效性

    当前,提高“基础课”教学实效性的重点是要加快教学方法改革,使我们的教学方法能有效地满足教学的需要。那么到底该如何来改革教学方法呢?根据调查结果,我们认为运用多元智能理论来改革教学方法,提高“基础课”教学实效性是非常可取的对策。

    多元智能理论是加德纳在他的专著《智力的结构》中提出的。他认为,在实际生活中所表现出来的智能是多种多样的,每个人至少有语言文字智能、数学逻辑智能、视觉空间智能、身体运动智能、音乐旋律智能、人际关系智能和自我认知智能七项智能。fzl语言文字智能是指有效地运用口头语言或书写文字的能力。数学逻辑智能是指有效地运用数字和推理的能力。视觉空间智能是指准确地感觉视觉空间,并把所知觉到的表现出来的能力。身体运动智能是指善于运用整个身体来表达想法和感觉,以及运用双手灵巧地生产或改造事物。音乐旋律智能是指察觉、辨别、改变和表达音乐的能力。人际关系智能是指察觉并区分他人的情绪、意向、动机及感觉的能力。自我认知智能是指有自知之明并据此作出适当行为的能力。每个人各项智能的天赋与发展都不一样,有自己不一样的理想的教学环境,这就要求我们在教学方法的选择上,充分运用各种教学手段,满足学生各项智能发展的需要,有效激发学生参与学习与体验学习的愿望,提高学习效果。那么,在“基础课”教学中可以根据多元智能理论,采取哪些途径来提高教学实效性呢?

    (一)充分发挥多嫌体的作用

    多媒体教学是现代教学的主要形式,它能克服传统单纯板书教学的不足,充分地调动学生的视觉空间智能、音乐旋律智能等,从而有效提高教学效果。我们在调查中发现还有相当一部分教师对多媒体的重视不够充分,尽管由于教学条件的改善,绝大部分教师都运用了多媒体教学形式,但许多教师只是简单地把教材上的内容做成演示文稿,而没有有效地利用多媒体教学设备的影视功能。因此,我们建议,“基础课”教师在教学过程中,多播放一些与教学有关并能激发学生兴趣的视频资料、音乐等,有效地开发学生的视觉空间智能、音乐旋律智能等智能,从而提高教学的实效性。

    (二)大力推行案例教学

    所谓案例教学,并不是教师在课堂教学中为说明一定的理论或概念进行的举例分析,也不是教师指导学生开展的具有实例性的课程实习,而是一种开放式、互动式的新型教学方式。fzl它通过广泛的信息收集和开放式的讨论,来达到启示理论和启迪思维的目的。因此,在教学过程中,教师开展案例教学,为学生提供背景,并讨论案例中存在的各种矛盾、困境和选择,可以引导学生综合运用所学的理论和分析方法,通过多维度的训练,来提高学生的逻辑分析和解决现实问题的能力,开发学生的语言文字智能、数学逻辑智能、人际关系智能和自我认知智能等智能,从而提高教学的实效性。值得指出的是,案例教学一般适合小班教学,在当前大班教学依然是主要的教学形式的情况下,适当推广小班教学将有利于开展案例教学。

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1.通过多智能训练提高其综合职业素质

采用能形成多智能训练的复合式教学模式,通过多方面的相关智能训练培养职业素质。学习采用教师指导下的小组自主学习形式。在小组中每个学生都会本能地展现自己智能较强的一面,通过教师恰当、有效地引导,形成各展所长、互相激励、团结合作、共同进步的良性学习氛围。人际关系、自我认知的智能必然得到培养和提高。教学手段以及学习和研究方式也是开放的、多样化的。教学手段可以包括课堂讲课、实地观察调研、图片研究、文字数据资料收集整理研究、分组学习、分组讨论、分组辅导以及个别指导等。对知识的学习和研究方式包括观察、画图、制作模型、运用计算机辅助设计软件建模分析、数据分析、图纸分析及其语言表述性分析等。如此,言语语言、视觉空间、肢体运动、逻辑数理、自然观察和音乐节奏等智能必然得到了锻炼和提高。而且正是因为教学手段和学习方法的开放性和多样性,所以学生必然会在其中找到一项或几项自己智能擅长并且可以较好发展、挖掘的部分,一方面树立了学习的信心,同时也可以实现以强带弱的目的而不断进步。最终不仅使学生原本强势的智能得到了更进一步地发展,同时也带动了其他智能的进一步训练和强化,因此,最终的结果是综合职业素质得到了整体性的提高。

2.构建技术性知识和设计原理的关联性教学体系

选择合适的已建成完工的建筑案例作为载体,把建筑设计理论原理和技术性的知识串联、整合起来形成体系化教学。由于已经完工的案例的生动性和可感知性,学生在案例学习阶段通过调研、对比和分析,更好地理解了原本陌生的、枯燥的,似乎毫无关联的理论、知识的内涵及其紧密关系,并深刻体会了原本空洞的设计原理、设计方法和技术做法在不同的运用中呈现的不同效果。在案例学习之后的模拟设计阶段,学生将会主动运用自己理解和体会到的知识与原理,特别是技术性知识,而不是完全依赖于教师“填鸭式”的教学,所以受教师思维定式的影响也比较的少,甚至大多数学生会在教师的鼓励、引导下努力尝试用教学案例中未曾使用过的方法和技术进行设计,因此就能更好地拓展学生的思维能力,激励学生的创新活动,促进学生职业素质的全面发展。

二、建立多维度的评价体系

评价是教学活动中至关重要的最后环节,恰当的评价不仅使已实施的教学成果得到巩固,更能对后续的教学产生积极的影响,因此,应该在教学中建立多维度的评价体系。首先是评价主体的多元化。评价者不仅仅是授课的教师,还包括未参与授课的专业教师、设计单位的专家、学生自己和学生所在的学习小组的其他组员的评价。其次是评价内容的多元化。最终的设计成果不再是唯一的评价内容。在整个教学案例的初步学习、案例技术性学习和模拟设计3个环节中获得的各个阶段性成果,包括图纸的、语言文字的、模型的、计算机制作的成果以及学习态度和表现情况等都是评价的内容。再次是评价标准的多元化。因为评价的内容是多元的,所以必须根据不同的评价内容制定不同的评价标准,由于评价的目的是鼓励后进、激励先进,所以在评价的过程中必须采用综合的评价标准,在成绩评价公式中可以通过“系数”来体现评价标准的差异,即既要体现公平性也要努力使不同层面的学生都能从评价中获得积极的影响和进步的动力。

三、结语

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>> 多媒体网络英语教学多元化创新教学模式的探究与实践 中职数学多元化创新教学举隅 浅谈人工智能自动化技术的发展 小学体育多元化模式教学 人工智能加速商业化 国际化视野下的企业多元化 高校多元化考核模式的创新与实践 关于实践教学中多元化创新模式的若干探讨 面向实践与创新能力培养的程序语言多元化教学模式探索 基于创新能力培养的多元化课堂教学模式研究 创设多元化教学模式激发学生创新意识 创新多元化高职入学教育模式 建设模式多元化 人工智能时代下营销活动的智能化 高校油画教学的多元化教学模式探讨 钢琴教学中多元化教学模式的应用 天津大学:协同多元化教育资源培养能源动力类国际化高素质创新型人才的熔炼模式 《商务谈判》多元化教学模式的构建 浅析中学体育教学模式的多元化发展 高中政治的多元化教学模式探讨 常见问题解答 当前所在位置:.

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关键词:软件工程;移动软件开发;实践教学

1.背景

2013年,中国大陆有699万大学毕业生需要就业,面对如此严峻的形势,如何提高学生就业率成了各大高校面对的巨大难题。从专业教学的角度来考虑,学校要努力提高学生的专业能力,使之能适应各种工作的要求,扩大就业范围,提升就业实力;就软件工程专业而言,学校要丰富学生的开发经验,使其了解当前软件开发的主流方向,并掌握其中多个方面的开发技术;总之就是要适应时代的要求,全方位提升学生各项能力,在就业难的困境中找到光明之路。

笔者从当今IT业的硬件、软件发展趋势和软件开发方向出发,结合实际的教学经验,提出了一些看法和建议,设计和建立了一些完整的教学案例系统来扩展教学内容。

2.软件行业的硬软件发展趋势

从计算机的普及,到互联网的广泛运用,再到目前的物联网技术的兴起,信息技术进入了第3个信息时代,这得益于各种各样的计算机硬件和传感器的高速发展。处理器功能越来越强大,体积和功耗越来越小,各种智能传感器和嵌入式没备得到了极大的发展,为物联网时代的到来奠定了坚实的基础。了解这种趋势对学生是有极大帮助的,软件开发终究离不开硬件的发展,

首先,以苹果公司为代表的智能手机iPhone和平板电脑iPad开启了移动设备的新时代,从2006年到现在,几年的时间,它颠覆了手机和电脑的概念。后来谷歌推出免费的Andriod移动设备操作系统,使得智能手机成为人类离不歼的基本工具。2012年,微软也终于了自己的统一操作系统Windows 8,可以在PC、平板电脑、智能手机上运行。这三大巨头在各自的软件商店都有超过几十万的应用,并且还在不断增长中,各个公司和个人都在积极为这些智能没箭开发软件。这一趋势不仅改变了软件开发的平台,也改变了软件开发的方向,传统的桌面程序和基本的Web应用程序开发已经远不能满足当今社会的需求,如果不了解移动平台软件开发的基本技术,将会对学生的就业能力形成极大的障碍因此,在软件工程教学中,教师会向学生灌输这些思想:如果不想被淘汰,必须掌握至少一种移动设备的软件开发工具,能掌握多个平台的开发就能适应更加广泛的就业要求。

3.软件工程实践教学内容的改革

软件工程课程主要讲授软件开发过程的基本方法、工具和管理知识,是一些“放之四海而皆准”的概念、原则和经验,而实际的软件开发平台、环境、内容等千差万别,如果不在一个实际的环境中实践,恐怕也只是纸上谈兵,软件工程知识也无法为学生开发软件提供一个万能的解决办法。因此,软件工程的实践教学得到了许多高校的大力支持,但教学的内容仍过于陈旧,无法跟上时代的步伐,所以从2012开始,在软件工程教学中,我们增加了一些实用内容。

3.1增加面向对象开发方法的多个案例

面向对象的软件工程方法是软件工程课程的核心内容之一。软件建模虽然不针对具体的程序语言,但如果没有具体的案例来体现其优势,会导致许多学生对其认识模糊。遗憾的是,很多学生天天在讲面向对象,但在他们的毕业设计中可以看出,能真正使用面向对象设计和实现软件系统的学生少得可怜。因此,教师也必须学习新知识,特别是移动开发的相关知识,以编写实用的教学项目,在课堂上展示实际的效果,既提高学生的学习兴趣,了解知识在实际项目中的运用方法。由于苹果公司的软件开发要求过于封闭和苛刻,我们的几个实际教学项目都是针对Andriod和Windows Phone、Windows 8平板而设计编写的,分别是基于移动平台的定制短信群发软件、邮件群发软件、移动黑板、手机游戏坦克大战等。

3.2增加针对移动平台的软件开发知识介绍

智能移动设备,如智能手机、平板电脑,比PC增加了不少硬件特性,使开发移动设备程序具有很多新的特点。

首先,输入设备变化大。大多设备支持多点触摸,键盘输入使用很占屏幕区域的软键盘,这使得人机交互界面的设计也发生了很大变化。另外,麦克风、摄像头、方向传感器、重力传感器、光线传感器、闪光灯、GPS、Wifi、蓝牙、甚至近距离通信NFC等设备已经成为智能手机的基本配置。如果不给学生介绍这些知识,不在教学案例中使用这些设备,学生可能会产生知识盲区,甚至在应聘的时候给用人单位留下不好的印象。例如,在分析设计“移动黑板”时,教师引导学生设计了基本的黑板、黑板页、图形等对象,使用了组成设计模式。图形的输入,是通过接收触摸信息获得的,因此上课时,教师应顺便给学生讲授一点有关触摸编程的知识,并在实际案例中展示编程代码和运行效果。该程序在windows 8系统上运行,可以同时绘制最多10个图形。

其次,教师要给学生学习新知识降压。目前三大科技公司都为移动平台的软件开发提供了优良的开发工具,也都使用面向对象的思想,还提供了大量的类供程序员使用。Object-C、Java、C#,都是典型的面向对象编程语言。有了OOAD的软件工程思想,进一步深入学习的阻力不大,教师可以通过共享教学案例的设计源代码,有效帮助学生克服学习的畏难心理。

3.3多种方式加强实践教学

软件工程是门实践性很强的课程,只有通过实践才能真正提高学生知识应用能力、创新能力和协作能力。然而,传统本科专业的软件工程教学一般都只有理论教学,总学时在48课时以内,如何在有限的课时内,得到较好的实践效果,需要发挥教师的智慧。

首先,在课程开始,教师就预设了较多的小项目供学生选择。学生可以4人一组,从中选择一个题目,教师要求他们在整个教学过程中,始终坚持完成此项目。针对移动平台,我们预设了这些小程序:

(1)用于XAML语法教学演示系统的设计与实现;

(2)从新闻网站自动获取特定新闻的移动客户端程序的设计和实现;

(3)从中央气象台获取天气预报的移动客户端程序的设计和实现;

(4)从新浪财经频道自动获取股票信息的移动客户端程序的设计和实现;

(5)智能手机贪吃蛇游戏程序设计;

(6)智能手机坦克大战游戏程序设计;

(7)智能手机短信群发程序;

(8)智能手机邮件群发程序;

(9)智能手机音乐及歌词播放器。

这些程序都不大,比较适合实践教学,也可作为毕业设计的练兵项目。教师可提倡学生自拟题目,但要评审题目是否合适,限制其复杂性和规模,引导新技术、新思想。

其次,教师要制定合理开发进度,适当超前课堂教学,在课堂上展示优秀的分析设计成果,现场讨论相关问题。对优秀的“作品”,教师在考试成绩中给予加分体现。开发活动只能在课外实践进行,但成果可以在课堂展示,以提高学生主动学习的能力和兴趣。

再者,教师组织学生建立移动程序开发QQ群,教师和学生可以在此进行课外交流。教师也可以在群里提供教学案例的开发资料和经验,如UML模型、设计的源代码、数据文件等。学生可以在群里提交各自小组的项目文件,也可以讨论具体的设计技术和学习经验,给学生“秀”能力提供了展示平台。实践证明,通过这样的交流,拉近了教师与学生的距离,课堂教学有了丰富的素材可用,教学效果得以体现;较大面积地发现了优秀学生,特别是愿意学习新知识的学生,而不是原来仅限于“创新实验室”的几个学生。

4.与时俱进教学效果评价

自2012年来,软件工程新的实践教学方式实施了2届,取得了一些效果,也看到了存在的一些问题。

(1)有效提高了学生的自学能力和主动学习意识,灌输式学习观念得以改变。上课不来、课后从不看书、作业抄袭、考试突击的现象得到抑制。学生通过实践学习,感受到了教学案例的先进性、实用价值,有效提高了学生利用新技术开发软件项目的信心和潜能。

(2)有效克服了学生学习新知识的畏难心理,也提高了教师学习新知识的热情。开发具有新技术、新思想的教学案例,才有信心和能力教授学生,才能使学生感受到有能力使用新技术开发软件。通过交流平台,在课外教师和学生都是学习新知识的“新手”,教师的虚心学习态度,能i上学生的学习潜能得以释放和展现。

(3)使用新技术开发软件,使软件工程的思想在实践中得以体现,增加了同学间相处和协调的能力;使学生逐步培养建立了就业、创业意识。

由于课外式的教学实践使学习的时间和精力有限,不少学生感到压力很大,出现情绪低落的现象,甚至产生放弃该课程学习的念头,课程结束时没能提交完整的项目实现。要改变这种状况,办法之一就是把毕业设计融入到软件工程教学之中,以实践教学的项目作为毕业设计的课题。

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关键词:卓越工程师;暖通空调设备及控制;建筑电气与智能化

作者简介:朱建红(1971-),女,江苏通州人,南通大学电气工程学院,讲师,河海大学能源与电气学院。(江苏 南京 210098)张蔚(1977-),女,江苏泰州人,南通大学电气工程学院,讲师。(江苏 南通 226000)

基金项目:本文系南通大学教学研究项目(项目编号:2010B33、13050653、09034、2010B10)的研究成果。

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)05-0090-02

一、 建筑电气与智能化专业人才需求现状分析

现代建筑,尤其是高层建筑,正在充分显示出电子化、信息化和智能化的时代特征。以楼宇自动化、通讯自动化和办公自动化为标志的智能化建筑将成为未来现代化建筑和现代化城市的发展方向,从而为建筑电气自动化领域带来一场深刻变革,为其开拓了充满希望的广阔前景。南通建筑业历来以绝对优势领先于全省,以“建筑铁军”享誉全国,高资质企业进一步增多。但是,目前从事建筑电气自动化设计、施工、运行和安装的专业人员,在建筑电气自动化高新技术方面缺乏严格的训练。高级人才匮乏,人力资源不足。

面对建筑电气自动化高级人才紧缺的局面,南通大学(以下简称“本校”)在建筑电气自动化人才培养主要渠道方面,改变原先电气工程及自动化专业中智能楼宇与建筑电气方向选修的培养模式。调整专业设置,智能楼宇与建筑电气方向已变为教育部正式批准的一个新的本科专业——建筑电气与智能化,并于2009年正式招生,新的专业培养目标定是为建筑行业培养建筑电气自动化复合型应用人才,为长三角城市化进程培养出合格的高级工程技术人员,即卓越工程师。

该专业是紧密结合地区经济和社会发展需要而设置的独立专业,随着人民生活水平的日益提高,对空气调节提出了更高的要求,环境需求也复杂多变,高校培养出的学生必须既能从事智能建筑设备控制方面的理论设计,又能从事检修、监测、监控等应用方面的实践操作,现场的调试与改进对学生的工程实践能力提出了更高的要求。学生必须利用在校时间了解相关设备的工作原理,掌握相关的控制策略与设计方案,并会设计一些简单的控制与综合监控系统。因此专业课程教学手段的良好与否直接关系到教学质量和人才的质量。

世界各国都在强调节能减排,空调耗能模式取决于其工作机理,控制策略在能量优化控制方面起着重要作用。铸造绿色空调一直是整个社会追求的目标,因此教学环节应注重对学生创新能力的培养。

卓越工程师目标下的教学策略改进研究就是要顺应专业建设的培养目标,重视培养学生综合实践能力(工程应用能力),主要对课程的教学内容、方法及手段进行研究。

二、专业调整下课程大纲调整设置

“智能建筑设备及其控制”最早是电气工程及自动化专业智能楼宇与建筑电气方向的一门学科方向课,主要包括一些建筑设备的智能控制知识,使学生了解与之相关的最新科学技术,尤其是通信和控制技术在建筑电气中的应用前景。随着建筑电气与智能化专业的开设,原有的培养方案在2010年6月已经被重新修订。学校也对原来的以专业方向定位的课程教学内容进行调整,相应的课内计划学时数也发生变化,课程内容重新优化组合,原来32学时的“智能建筑设备及其控制”专业选修课变为新专业方向下48学时的必修课“暖通空调设备及控制”。

学校重新修订课程大纲,调整不同知识点内容的讲解学时分配比例,注重跨专业知识点的合理设置,进一步增添设备方面及空气调节方面内容,结合工程实践人才的需求标准,重新研究实验内容与数量,注重实践环节内容设置。

三、课程教学环节及内容设计

“建筑电气与智能化”专业是根据社会对人才的多样化需求而设的电气类专业,专业知识与现实生活紧密相连,学生不仅必须具备丰富的理论知识,还要注重工程实践能力,在专业学习中为以后工作打下扎实的基础。学生对专业课程进行教学内容、方法与手段方面的研究与改进,有助于更好地培养对口的专业技术人才。

1.认识实习环节内容设计

本课程专业性很强,学生缺少对设备形象的了解,在单刀直入式的课堂教学中很难理解、接受教师课堂教学的内容,所以学校在课堂教学前一周必须设置课程实习环节,通过市场调研了解空调相关的制造及应用行业,获悉该领域人才的需求情况及对人才工程能力水平的具体要求。实习能够帮助学生转变原有的抽象思维,了解空调的不同用途及型号,认识大、中、小型中央空调系统的组成,培养学习兴趣,有助于学生确立自己的学习目标。如具体到单个系统,可以使学生着重了解空调系统的冷热源、空调机及大概的设备管路结构,其工作的原理与具体的控制技术及待完善的技术与发展趋势。此环节的设置能使学生在大脑中建立形象思维,形成一个系统的概念,为即将展开的理论知识讲授奠定基础。

2.理论教学环节内容设计

由于学生原来从事的专业基础课程偏电气方向,所以这个环节的教学必须及时补充一些原来的课程中所未涉及的知识点。但是受限于学时数教学内容又不能太详细,因此精心设计这个环节意义重大,教师必须充分利用学生的课余时间,鼓励学生自主学习。除正常课堂教学时数外,教师每次针对下次课的教学内容,预留课外作业,要求学生利用网络或图书馆资源去了解一些流体力学、热工仪表等方面的相关知识,巩固机械制图知识,使其学会读图,了解现有的一些大型空调的先进监控技术,这有利于课堂内容的精练讲解。

课程整体内容分为空调系统分类及基本组成、空调冷热源装置及工作原理、空气处理及其设备、空调水系统、空气温度、湿度调节原理、空调自动控制系统几部分,教师对每一部涉及的设备结构及工作原理进行讲解,涉及复杂控制部分时补充焓湿图的知识点,对自动控制部分及时补充传感器的信号处理、计算机控制技术相关知识,分别从检测量与控制量角度以及两者关系详细讲解系统监控原理及结构。

3.实践环节内容设置

此环节主要是培养学生的实践动手能力。教师分析现有简单设备控制系统的功能结构,让学生剖析现有控制功能的优缺点,独自设计恒温恒湿控制系统。学生首先进行系统管路及通信控制网络的仿真模拟,在上位机模拟系统环境进行试运行,然后进行现场设备试运行,进行调试排故,这样能够基本实现设计目标。

4.考试环节的内容设置

这部分内容除检查学生的理论知识掌握情况外,更多的是检查学生的实践能力,所以本校结合每年注册建造师的一些考试内容,设置了一些自主发挥的题型,着重针对监控设计及实际排障排查能力,设置相关内容进行考核。

四、课堂教学方法及手段改进

卓越工程师不仅要有坚实的理论基础、较高的综合素质,还需具备较高的专业素养,具备很好的解决问题发现问题的能力,因此,学校必须重视课堂教学的积极引导。

1.引进动模及实用助学型PPT,建立情景课堂教学模式

中央空调系统本是庞大系统,成本较高,所以不可能形成学生人手一套设备、亲临其境的实验室教学模式。但如果借助先进的教学软件引进动模系统可以使学生认识所有设备,解决理论教学与实践教学脱节的问题。教师在相关理论知识点展开前,通过系统模拟仿真图让学生初步认识相关设备,了解其在所属空调系统中的位置、功能,在此基础上切换到理论知识的讲解,可帮助学生做到思维的自然过渡,使其轻松地理解、接受所授内容,做到事半功倍。

2.注重问题启发式教学,培养学生解决问题的能力

理论教学内容相对实践教学,枯燥而抽象,学生的思想在此过程中容易进入游离状态。因此,该课程的教学,可以沿用先问题后答案、再讲解的教学模式。比如,在讲解夏天系统空气调节控制原理时,可以先提出一系列相关问题“如果冷冻水流量很小甚至冻结,房间温度会怎样变化?对制冷机机组工作产生什么影响?由什么原因引起?怎么排除故障?哪些部件易出问题不易控制?如何可靠控制”,让学生先开动脑筋积极思考,实现学生在教学环节中的互动,默契配合教学活动开展。这种教学策略,相比呆板的直切入模式,教学效果更好。

3.引进工程案例,培养学生的创新设计能力

中央空调系统打开、安装、调试本是一个复杂系统工程问题,学校培养的学生不仅仅要有发现查找问题能力,还要具备分析问题、解决问题的能力,这种能力小到故障的排除,大到系统的改进设计。因此,为培养学生的工程创新能力,必须引进实际工程案例教学。例如,可以用某大厦的空气调节冷热源供应作为案例,从稳定的负荷要求到动态的负荷调整,分析区域温度极端变化的现象,从动态调节控制需求设计入手,要求学生结合建筑物的实际情况,利用检测环节进行合理的工程再设计。学生课外完成案例设计,教师利用课堂时间进行不同设计案例的分析评价,进一步提出问题,学生通过对系统的不断改进,培养了创新能力。

篇10

关键词:中等职业学校;教学方法;技能

中图分类号:G633

计算机技能课程教学中,不但要加强学生基本操作技能,提高学生的操作速度、熟练程度和操作灵活性等动作技能的训练,还要加强学生操作条理性、作品设计和适应职业岗位的综合能力等智力技能的训练。计算机不同专业方向的学生要对本专业核心课程的操作应用技术达到较高的水平,并与相关专业的职业资格认证相结合,体现以就业为导向,学历教育和职业培训并重的职业教育新模式。

1 多元教学方法

中等职业学校计算机技能课,如办公软件、网页制作、多媒体制作、平面设计等课程,一般分为四个教学阶段:(1)掌握基础知识阶段;(2)模仿练习阶段;(3)独立操作阶段;(4)作品设计,技巧形成阶段。每个教学阶段都应采用不同的教学策略、方法和技能训练方法,以便教学效果最优化。

1.1 任务驱动教学方法

任务驱动是在教学过程中,教师以任务作为学生学习的主线,把教学的内容和教学目标巧妙地设计在每一个任务中,在学生完成任务的过程中巩固知识,提高学习的技能。其过程包括明确任务、分析任务、解决任务,培养学生的自主学习能力,独立解决分析问题的能力和解决问题的能力。在解决问题和自主学习的过程中,既学到知识,又培养了学生动手实践能力,增强学生的创新精神。任务驱动以教学任务为主线以培养学生知识技能为暗线,在整个教学中任务、教师、学生三者之间互动。合理的任务、教学内容能够推动学生主动完成各项任务。只有学生主动参与其中才能发现教学过程中存在的问题,通过不断向老师请教,教师知识的授予,推动教学的实施。

1.2 多元智能理论教学方法

职业教学的目的是为了培养具有一定文化水平和专业技能的劳动者,与普通教育和成人教育相比还存在着较大的差异,它主要是注重培养学生的实践技能和实际工作能力的培养。职业学校中的学生文化课成绩薄弱并不代表各方面的智能低,可能在其他方面有优势,这些方面对他们成为社会需要的人才至关重要。教学不仅需要传授知识,而且需要注重培养学生的智能技能,将多元智能与中职教育相结合,逐步提高学生的技能。

1.3 互动合作的教学方法

互动合作实质上式大家聚集在一起,为一个共同的目标一起学习,依靠团队的力量,相互帮助共同进步,不断促进,相互依靠增强了自身的学习动力,使队员们更加愿意做促进小组成功的事,互动,使小组不断提高进而提高个人的能力,与此同时更加相互友爱,互动合作促进了小组成员之间的感情,实现学习协作、互助,只有这样才能达到互动合作教学的目的。在中等职业学校已经逐步建立了完善基本的互动合作的模式。在互动合作的教学过程中,通过教师的指导,经历目标呈现,自主学习,学生互动,目标检测和教学过程的总结,完善整个互动合作教学的流程,在这个过程中学生处于主导位置,教师也可以参与到这个过程中辅导学生的学习。整个流程,互动合作贯穿其中,这样既符合教学规律,又能切实提高教学质量。

1.4 案例教学方法

案例教学方法是通过实施一个完整的案例而进行的教学活动,案例教学方法的应用使学生将学习过程变得循序渐进,可以更好的培养学生的分析能力,使职业学校的学生提前进入社会角色。在进行案例教学的过程中将学生作为认知的主体,是知识的主动构建者。根据案例的教学的思路和设计原则。实施案例教学的关键是设计和制定一个案例的任务,教师要根据学生的实际情况以及教学计划的需要制定相应的学期计划,然后在逐步进行细化,,逐步安排到实际的学习操作中。

2 不同教学方法的应用对比

2.1 任务驱动教学法的应用

根据教学内容并结合学生的实际情况,首先安排自荐书任务的完成,这是每个毕业生必须用到的,学生对于完成实际的任务充满好奇,这同时也成为学生长久学习的动力。通过制作自荐信的封面,使学生掌握图片,艺术字和文本框的插入和编辑,让学生熟悉对文档的输入和编辑等基本操作,掌握字符、段落、页面格式的设置,通过小任务的完成,学生掌握的知识也在不断的积累,最后完成整个课程的知识的学习,学生在完成的过程中不知不觉得主动学到了相关的内容知识。在任务过程中,采取自主学习和小组协作互相结合的方式。学生在整个学习过程中处于主要位置,教师辅助学生完成任务,在整个过程教师要给予相应的评价并给予学生鼓励,整个过程中教师不断发现问题,学生解决问题,不断克服困难。任务驱动教学法以探索问题引导学生学习的兴趣和学习动机,使得学生的学习活动与真实的任务结合起来,循序渐进的进行学习。

2.2 多元智能理论的应用

中等职业学校的学生多数属于语言和数学逻辑智能相对薄弱的群体,传统的教学方法忽视了不同学科在认知活动上的差异。应该适当的给予学生鼓励,每个人都能使自己的各项智能达到相当高的水平,教师在教学过程中充分了解学生的智能潜质,依据多元智能理论有针对性地改进教学方法真正做到因材施教。教学中选用大量实际材料,阐述基本概念和原理,让学生置身于生活的现实环境中,重点解决职业学校学生的学习兴趣问题。多元智能理论显示了每个人智能发展方向,因此我们的教学应该是多元化的,应该是彰显学生个性的,只有这样,才能准确地反映出每个学生在不同方面的发展水平,发挥学生的长处,增强自信心。

2.3 互动合作方法的应用

创设问题环境,推动合作与互动,学生会遇到很多问题,在不断解决问题的过程中,使学生不断地掌握有关计算机的知识,学会解决问题的方法,提高计算机操作能力,开拓思路和视野,充分发挥自主学习的潜力,适应现代社会的工作需要。学生通过使用word设计处理个人的风格设计出封面精美、布局合理、吸引力强的个人介绍材料等,充分发挥个人的想象力和艺术创造力。通过同学间的互相比较,取长补短,就会增加激励他们更深一步地学习计算机知识,自主学习。

2.4 案例教学方法的应用

案例教学的制定要适用所教的教材,每本教材编写目的不同,教师在讲授的时候应该注意各个环节的关联性,可将一些案例恰当的融合在一起,即起到学习的目的又起到复习的目的,教师在教学过程中,讲述案例时要将知识点结合起来。又不能超出知识点的范围,这样学生起来才能更容易理解,更能调动学生学习的主动性。在案例教学过程中教师要做好案例规划、案例管理和案例评价等方面的知识和能力,在实施案例教学中,要注意角色的定位,同时对各案例的好坏做出正确评价总结,总结案例的特点,使学生能够在评估中取长补短,让学生根据自身行为实现自我价值的提高。

3 总结

中职计算机信息技术的教学过程中,需要改革教学方式,以促进学生学习方式的转换。使学生能够自主完成学习任务,提高计算机应用技能,实现学生自身身心素质的提高,充分利用现代教育技术,以多元化的方式呈现不同的教学内容,积极提供丰富的计算机环境,并对多种不同的智能领域给予公平的对待,培养具有解决实际问题能力和创造力的人才。构建具有一定适用性的的教学模式,对中等职业学校计算机学科教学有借鉴,对其今后的发展起着重要的作用。

参考文献:

[1]高延涛,王一涵.任务驱动法在计算机教学中的应用[J].北方经贸,2010(8):133-134.

[2]覃静.任务教学法在中职计算机教学中的应用[J].广西教育,2009(30):99-101.

[3]陈锡宗,段接会,孟祥增.基于思维导图的计算机信息技术课程教学模式改革探讨[J].中国科教创新导刊,2008(35):104-105.