导语：如何才能写好一篇人工智能教学的优点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
中图分类号：G642文献标识码：B
1引言
由于人工智能课程的学习难度较大，内容更新比较快，也繁多，使得教学有一定的难度。特别是针对本科高年级的人工智能教学，由于本科生的研究意识相对较弱，而人工智能比较强调科研性，所以如何教好本科高年级的人工智能课程是一项非常具有挑战性的任务。
本文通过分析本科高年级的教学特点和人工智能课程的自身特点，在如何提高教学质量这一问题上提出了几点思考。
2本科高年级的教学特点
3人工智能课程的学科特点
4人工智能教学的三点思考及对策
4.1注重应用性和介绍性
4.2注重科研引导性
4.3教学内容与毕业设计相结合
关键词:人工智能;理论传授;实验训练;科研训练
人工智能(ArtificialIntelligence,AI)是计算机科学与技术专业的一门重要专业课程,是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科。它研究如何用计算机模仿人脑所从事的推理、证明、识别、理解、设计、学习、思考、规划以及问题求解等思维活动,并以此解决需要人类专家才能处理的复杂问题,例如咨询、诊断、预测、规划等决策性问题[1]。人工智能是一门涉及数学、计算机、控制论、信息学、心理学、哲学等学科的交叉和综合学科。目前,人工智能很多研究领域,如自然语言处理、模式识别、机器学习、数据挖掘、智能检索、机器人技术、智能计算等都走在了信息技术的前沿,有许多研究成果已经进入并影响了人们的生活。
2003年12月5日,国内第一个“智能科学与技术”本科专业在北京大学诞生[2],它标志着我国智能科学与技术本科教育的开始,对我国智能科学技术人才培养和智能科学与技术学科建设起到极大的带动作用。目前,人工智能课程的教学存在几个问题:首先,注重讲授理论知识,实验环节滞后,这不利于培养学生的实践能力,更谈不上实践创新。其次,人工智能是交叉学科,内容比较繁杂,各种教材的内容不一样,授课没有统一的体系,学生学习时抓不住重点,不能理解人工智能的根本方法和思想。一般说来,计算机专业的其他课程,如网络技术、数据库技术、算法分析与设计等,都是求解结构化问题的基本技术,而人工智能技术则是解决非结构化、半结构化问题的有效技术。最后,人工智能科学与技术飞速发展,但目前人工智能只被视为一门专业课,课程讲授和人工智能没有作为一个研究方向结合起来,也没有把传授课本知识和引导启发创新结合起来。
适应知识经济发展的高等教育,要把培养创造精神和创新能力摆在突出的位置。创新是基础研究的生命,而高等学校的教学只有与科研紧密结合,才能在培养学生的创新精神方面有所作为。为此,针对人工智能的课程特点,我们积极开展研究型教学、研究型学习,提高大学生的学习能力、实践能力和创新能力的研究与实践。在教材上,我们选用了清华大学出版社出版、马少平等编写的《人工智能》。我们的教学研究与实践的主要内容包括三个方面:启发式传授人工智能解决问题的非结构化的思想;成体系的实验训练;以及与毕业论文,学校大学生科研项目资助计划,国家大学生创新性实验计划相对接的科研训练。这三个主要方面,层层递进、环环相扣,是体系完整的创新型人工智能教学实践。下面,我们就这三个方面内容展开探讨。
1启发式传授人工智能解决问题的非结构化思想
现实世界的问题可以按照结构化程度划分成三个层次[1]:1)结构化问题,能用形式化(或称公式化)方法描述和求解的一类问题;2)非结构化问题,难以用确定的形式来描述,主要根据经验来求解;3)半结构化问题,介于上述两者之间。一般说来,计算机专业的其他课程如网络技术、数据库技术、算法分析与设计等,都是求解结构化问题的基本技术。而人工智能技术则是解决非结构化、半结构化问题的有效技术。人工智能的教学可以让学生在体验、认识人工智能知识与技术的过程中获得对非结构化、半结构化问题的解决过程的了解,从而达到培养学生多角度思维的目的。
我们使用的教材主要内容包括搜索和高级搜素、谓词逻辑和归结原理、知识表示、不确定性推理方法、机器学习等。这些主要内容也可以相应地归结为若干个典型算法,如启发式A*搜索算法、剪枝算法、元启发式算法(模拟退火,遗传算法)、谓词逻辑归结算法、贝叶斯网络、决策树、神经网络(BP算法、自组织网络和Hopfield神经网络算法)。元启发式算法是一种启发式的随机算法,是用来解决非结构化问题的典型算法,其思想和传统的决定性算法如动态规划、分支限界完全不一样。学生在刚一接触到这些元启发式算法一时难以接受和理解其机理,对算法的有效性往往半信半疑。根据非结构化、半结构化问题的特点,讲解和演示算法在解决此类问题的具体步骤和详细过程,从而让学生掌握人工智能算法的基本思想。在讲解不同的元启发式算法的时候,学生会问,是模拟退火算法强,还是遗传算法强;在讲到机器学习算法的时候,学生会问到底哪个分类算法最好,这时候我们可以把搜索(优化)领域和机器学习领域的“没有免费午餐”定理进行适当的讲解和解释,从而把具体算法实现层面之上的一些人工智能的哲学思想进行传授。
在人工智能的具体教学中,采用问题教学法和参与式教学法。在问题教学法中,围绕人工智能的知识模块,在引导学生发现各种各样问题的前提下,传授知识。教学活动中,尝试使人工智能知识围绕实际问题而展现,使问题不仅成为激发学生求知欲的前提,也成为学生期盼、理解和吸收知识的前提,以此激发学生的创造动机和创造性思维。在参与式教学中,打破人工智能算法的枯燥、沉闷的传统教学法,尝试开放式教学内容;提问式讲课;无标准答案的课程设计;查找文献,分组动手实现人工智能算法等参与式教学方法,培养和发扬学生的参与意识,通过参与式教学提高学生学习的主动性、积极性和效率,培养学生的动手能力和创新能力。
2成体系的实验训练
独立开展人工智能实验课程,开发一批新型、富有创意的实验案例库,搭建一个创新实验和虚拟学习社区平台。人工智能实验课程的特点是应用各种人工智能方法,根据问题的约束、结构、信息进行表示建模和计算机上实现,是与人工智能原理同步的实验课程。学生必须掌握的人工智能的基本原理和计算机操作技能,它对于学生的知识、能力和综合素质的培养与提高起着至关重要的作用,在整个教学过程中占有非常重要的地位,是计算机软件、计算机应用、计算机网络、软件工程等专业的一门重要的必修专业课程。通过实验,学生得到严格的训练,能规范地掌握人工智能的基本理论和主要方法、基本问题求解技术,熟悉各种计算环境的基本使用。
在培养学生掌握实验的基本操作、基本技能和基本知识的同时,努力培养学生的创新意识与创新能力。为实现这一目标,在课程内容安排上采用适量基本原理与方法的实验内容为基本内容,增加一系列综合性实验和开放性创新实验问题,在实验内容方面更注重研究性实验中的创新问题。实验内容方面分为三个层次:基本原理的基础性实验、综合实验和研究性实验。在后两个层次的实验中,部分引入人工智能课程小组团队的最新科研成果,目的在于通过完成这些研究性实验,培养学生独立解决实际问题的能力,以提升学生的科研素质与创新意识。我们将这些设计实验称为新型实验案例库,它被放在人工智能课程小组网站上,以此搭建一个创新实验和虚拟学习社区平台。通过实验课程的学习和训练,学生应达到下列要求。
1)掌握人工智能方法的优点及其在实际中的应用。
2)学会对人工智能问题进行分析建模和应用各种计算工具实现问题求解,熟悉对实验现象的观察和记录,实验数据的获取与设计,最佳实验条件的判断和选择,实验结果的分析和讨论等一套严谨的实验方法。
3)巩固并加深对人工智能原理课程的基本原理和概念的理解,培养学生勤奋学习,求真求实的科学品德,培养学生的动手能力、观察能力、查阅文献能力、思维能力、想象能力、表达能力。
4)通过完成综合研究性实验,培养学生独立解决实际问题的能力,提高学生的科研素质与创新意识。
在培养学生掌握实验的基本操作、基本技能和基本知识的同时,进一步培养学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的创新意识、创新精神和创新能力,为学生今后从事科研、教学或企事业单位的分析检验以及新技术的研发工作打下扎实的基础。
3课程学习与毕业论文,科研训练相结合
人工智能技术在一定程度上代表着信息技术的前沿和未来,通过学习和体验人工智能的知识和技术,学生能够在一定程度上了解信息技术发展的前沿知识,这有助学生开阔视野、培养兴趣,为今后继续深造或走向社会奠定坚实的基础[3-4]。
我院规定大学三年级的学生开始联系毕业论文指导导师,同时确定毕业论文的研究方向,提前进行科研实践,以培养实践能力和研究素质。人工智能课程正好是大三高年级开设的专业课,因此,我们把课程实验及设计与同学的兴趣相结合,引导学生,并提炼和形成学生的毕业选题和课外的科研方向,它是提高本科生研究创新能力的有效手段。
总之,课程学习与毕业论文、学校大学生科研项目资助计划、国家大学生创新性实验计划相对接的科研训练,极大地提升了学生的创新能力和科研基本素质。
4结语
针对人工智能的课程特点,我们积极开展研究型教学、研究型学习,提高大学生的学习能力、实践能力和创新能力的研究与实践。我们的教学研究与实践主要内容包括三个方面:启发式传授人工智能解决问题的非结构化的思想;成体系的实验训练;以及与毕业论文、学校大学生科研项目资助计划、国家大学生创新性实验计划相对接的科研训练。这三个主要方面,层层递进、环环相扣,是体系完整的创新型人工智能教学实践,新的改革和实践在教学中取得了令人满意效果。
参考文献:
[1]张剑平.关于人工智能教育的思考[J].电化教育研究,2003(1):24-28.
[2]谢昆青.第一个智能科学技术专业[J].计算机教育,2009(11):16-20.
[3]罗辉,梁艳春.大学生毕业论文与科研能力培养及就业[J].吉林教育,2003(10):18.
[4]金聪,刘金安.人工智能教育在能力培养中的作用及改革设想[J].计算机时代,2006(9):66-69.
ReformandPracticeofInnovativeTeachinginArtificialIntelligence
WANGJia-hai,YINJian,LINGYing-biao
(DepartmentofComputerScience,SunYat-senUniversity,Guangzhou510006,China)
关键词：网络教学；Agent技术；个性化
一、引言
二、Agent技术分析
目前，对于Agent技术的定义还没有统一的标准，不同专业的人对Agent的理解也不大相同。大家普遍认为，Agent是一种在特定的环境下能够感知环境，并且能够灵活、自主地运行来实现一系列设计目标的、自主的计算程序或实体，它能够感知环境，并且对外界的信息做出判断和推理，从而来控制自己的决策和行动，完成一定的任务。[4]
Agent具有社会能力、自主性、自适应性和移动性等许多特性，这些特性决定了Agent技术不同于以往任何一种软件开发技术，利用Agent技术开发的软件实体将更具智能性，能在一定程度上实现程序的自动化和智能化。为了完成一项复杂的任务，可创建多个相互协作的Agent，以提高系统实际解决问题的能力。多个单个的自主Agent组成的整体是一个多Agent系统，多Agent系统不仅具备一般分布式系统所具有的实时性好、易于扩充、资源共享、灵活、可靠性高等特点，并且Agent之间能够通过相互协调、协作解决大量的复杂问题，使系统具有很强的鲁棒性、可靠性及自组织能力，非常适合于个性化网络教学平台的构建。
三、Agent技术在网络教学平台中的应用
1.基于多Agent技术的协同远程教学
远程教学主要以建构主义学习理论和教学理论为基本指导，借助于互联网并运用计算机多媒体处理技术，提供网上虚拟情景课堂进行教学，支持学生在线进行个性化的学习。其特点从两个方面可以体现：一是学生是学习的主体，通过互联网虚拟的情景课堂来进行交互式的自主学习；另一方面教师是教学的主体，要通过对授课的课程进行规划与设计，采用在线专题讨论和知识点总结、创立问题情景与综合评价、激励等措施，从而激发学生的学习兴趣以及学习的主动性，提高他们理解能力和掌握知识体系的能力，培养他们的创新精神，从而能督促学生进行广泛、深入的学习。因此，怎样发现和掌握不同学习主体的认知结构，针对不同的主体，有计划地建立动态的的学习情景，促使学生的学习活动与现有的认知结构相互作用，推动现有认知框架不断分化、协作、重组和扩展，进而实现学习目标，是远程教学模型设计的重中之重。
Agent是以主动服务的方式自动完成一组操作的计算机程序。一方面主动应该包括主动适应，即在完成操作的过程中，可以自动地获取关于操作的知识以及关于用户的偏好知识与意图，而且在以后的操作中加以利用；另一方面包括主动，也就是说无需用户发出指令，只要当前的状态符合一定的条件即可代表用户执行相应的操作。
基于Agent具有的各种优良、独有的特性，将Agent技术应用于远程教学环境，能从根本上克服现阶段远程教学平台的局限性：
第一，能够最大限度地支持教学过程与内容的个性化，增加趣味性，有效提高教学质量和改善教学效果；
第二，利用Agent的社会性特征，能满足协同学习的需要，把每类学生看成一个Agent，学生之间通过Agent的协作机制来完成协同学习，从而提高学生的学习质量与学习效果，那么同样也可以把老师看成一个个Agent，通过MAS的协作性和社会性与学生Agent交互信息，有效地掌握学生的学习状态；
第三，用Agent技术来处理学生的基本信息，能够有效地动态跟踪学生的学习行为及学习效果，为更加有效地建立学生信息管理模型提供可靠的依据。[5]
利用Agent的智能化思想来分析远程教学平台的总体需求并设计一体化解决方案，充分体现Agent技术在远程教学应用中的智能性、主动性，尤其是在流行的Web技术的基础上嵌入Agent技术，无疑会极大地促进远程教学平台的个性化与智能化，充分调动学生主体的自主学习兴趣，有效地提高学生的创新能力。然而，远程教学平台它本身就是一个非常庞大又复杂、不可预测的信息系统，一般会要覆盖教学过程中的每个环节，因而，通常将其划分成若干个子问题，来构造多个具有一定功能的Agent，在由这些Agent去协作处理教学过程中相应的子问题。基于多Agent的网络在协同教学系统模型，如图所示。
2.基于Agent技术的教育资源配送
3.Agent技术在网络教学其他方面的应用
文献[6]阐述了网络教学智能化、自适应化是目前网络教学发展的趋势和提高教学效果的有效途径，结合人工智能与网络教学，提出了一种基于多Agent的自适应学习系统，利用Agent的智能性、主动性来实现教学系统的智能化、自适应化，从而使教学真正做到个性化的学习，实现因材施教。文献[7]探讨了Agent技术在网络虚拟学习社区教学活动中的应用，基于Agent技术的虚拟学习社区可以改变传统的教学方式和学习方式，使学习方式从传统的独学变为群学、使学习结构从封闭变为开放，最终使教学从知识传授转变为知识建构。文献[8]从现有网络教学系统缺乏深入了解用户兴趣的实际现状出发提出了一种基于Agent的个性化教学系统，并结合神经网络技术，以用户兴趣追踪为出发点，探讨了采用启发式算法来获取用户兴趣特征的方法，从而以最快的速度学习到最新的用户兴趣。另外Agent技术还应用在教育信息化的其他各个方面。
四、总结
目前有关将Agent技术应用于网络教学领域的研究才刚刚起步，Agent技术在未来将大有用武之地，因此更好地利用日趋成熟的Agent技术推进网络教学建设是我们未来工作的重点之一。本文列举了Agent技术在网络教学领域的应用，概要分析了Agent技术在解决网络教学方面的优势，Agent技术的诸多优点使得将Agent技术应用于网络教学领域，将大大推动网络教育的发展。
参考文献：
[1]史敏军.基于个性化服务的教学系统研究[J].中国科技信息,2009(22):239.
[2]陈丽华.省略的个性化教学系统设计研究[J].大理学院学报,2009，8(8):22.
[3]陈智勇.基于XMLWebService教学资源综合平台的设计与实现[J].中国医学教育技术,2009，23(3):267-268.
[4]王立春,陈世福等.多Agent多问题协商模型[J].软件学报,2002.13(8):1638-1639.
[5]高仲慧,林筑英等.基于多Agent的自适应远程教学系统模型[J].贵州师范大学学报（自然科学版）2009，27(3):96-97.
[6]崔惠萍,傅钢善.基于多Agent的自适应学习系统的研究[J].教育软件开发与应用,2006.
摘要：本文介绍了我院通过引入案例教学方法对“人工智能”课程的教学改革实践。
关键词：案例教学；产生式系统；动物识别系统
中图分类号：G642
文献标识码：B
案例教学法是将案例讨论的方法运用到课堂教学活动中去，教师根据课堂教学目标和教学内容的需要，通过设置一个具体的案例，引导学生参与分析、讨论、表达等活动，让学生在具体问题情境中积极思考、主动探索，以提高教与学的质量和效果，培养学生认识问题、分析问题和解决问题等综合能力的一种教学方法。案例教学法的特点是：目的鲜明、具有启发性、实践性和综合性。
2案例教学在产生式系统教学中的应用
2.1产生式系统
在教学中，选用了王永庆编写的《人工智能原理与方法》作为教材，该教材分为三部分，第一部分论述了人工智能的三大技术，即知识表示、推理及搜索；第二部分着重讨论了专家系统、智能决策支持系统等研究领域的有关概念及系统构成技术；第三部分讨论了神经网络和智能计算机的概念、模型、研究现状等。知识表示中产生式系统是一种常用的表示方法，要求学生重点掌握。一个产生式系统通常包括规则库、综合数据库、控制系统三部分。
规则库是一个用来存放与求解问题有关的所有规则的集合。它包含了将问题从初始状态转换成目标状态所需要的所有变换规则－产生式。规则库是产生式系统进行问题求解的基础，其知识的完整性、一致性、准确性、灵活性，以及知识组织的合理性等，对系统的运行效率都有着重要影响。
综合数据库是一个用来存放与求解问题有关的各种当前信息的数据结构。例如，问题的初始状态、输入的事实、推理得到的中间结论及最终结论等。
控制系统由一组程序组成，用来控制整个产生式系统的运行，决定问题求解过程的推理线路，实现对问题的求解。
2.2设计案例
针对产生式系统，通过对所选案例的分析要能包含产生式系统的知识表示、工作过程及其特点，因此必须是以大量的细致研究为基础，并且倾向于对产生式系统进行归纳分析。我们选择了一个简单的动物识别系统，该系统能够识别老虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、鸵鸟、企鹅、信天翁这7种动物。
2.2.1背景
问题就是一种情境。在这个情境中，我们希望达到一定的目标，但是又不能即刻知道如何才能达到。人们的任务是运用某种策略，寻找由问题的初始状态到目标状态的一条路径。已知某种动物的一些特征，例如，已知动物有暗斑、有长脖子、有长腿、有奶、有蹄，求解目标：该动物是什么动物？
2.2.2主题
主题是案例的核心理念，要紧扣案例，从最有收获、最有启发的角度确定主题。本案例的主题非常明确就是动物的识别过程。
2.2.3细节
环绕主题，有针对性地描写特定内容，把关键性的细节写清楚。本案例的细节包括动物识别系统的组成、工作过程、在Prolog下的实现。关键性的细节是在Prolog下的实现，包括综合数据库的实现、规则库的实现(15条规则)、控制系统的实现。
综合数据库的实现：(1)已知事实使用什么数据结构描述？(2)如何储存这些事实？(3)中间结论如何表示与储存？(4)最终结论如何保存？
规则库的实现：(1)为了识别动物，选择哪些识别规则？为什么？(2)如何组织这些规则？(3)如何表示这些规则？
控制系统的实现：(1)如何使用规则库中的规则？(2)规则库中的规则有冲突时，采用哪种冲突消解策略？(3)如何把推导出的结论放入综合数据库中？(4)算法思想如何在Prolog下实现？(5)采用正向推理还是逆向推理？
2.2.4结果
教学措施的即时效果，包括学生的反映和教师的感受。
教师的感受：(1)加速了教师专业成长的速度。案例教学中，首先选择或者设计案例，完成对相应知识的概括，其次分析案例，提炼精华，最后升华为教师自己富有个性的理论。(2)加速了教师从“教书匠”成长为“研究型、学者型”的过程。选择、设计案例以及分析案例是对教学实践的反思，通过反思，提炼并明确有效的教育行为及其理论依据，从而更有效地指导以后的教学。
2.2.5评析
多角度地解读和评析，回归到教学的基本层面。
(1)案例合适吗？教学目标是要求学生掌握产生式系统，使用产生式系统解决实际问题。产生式系统教学案例使用产生式描述动物识别系统，并在Prolog环境下实现，学生通过对该案例的学习、分析，很容易设计出Prolog环境下的简单推理系统。
(2)案例教学方法合适吗？案例教学法归纳为讲授法和讨论法。讲授法是以教师为主，通过教师对案例的讲解，说明课程内容；讨论法是在教师的指导下以学生为主进行讨论的教学方法。产生式系统案例教学实施过程中，讲授法为主，部分内容采用了讨论法。引起了学生的学习兴趣，发挥了学生的主动性。
(3)案例教学达到了预期的教学效果了吗？从课后作业和大作业分析，取得了较好的效果。绝大多数同学独立或者合作实现了大作业八数码问题。
(4)教学过程中存在哪些问题？在案例教学的实施过程中发现，部分同学被案例本身所吸引，忽视了蕴含在案例中的基础知识和基本概念；案例教学中教师的角色不易把握，在引导学生独立思考分析问题克服学习上的依赖心理时，造成个别学生偏离主题；案例教学对知识体系结构造成了一定的影响，需要引起注意。
2.3案例教学的实施过程
案例教学中采用了案例引入、案例讨论、概括总结三个基本环节进行。
2.3.1案例引入
在介绍了产生式的语法和语义、产生式系统的组成及工作原理后，通过屏幕演示动物识别系统的运行过程，学生说出老虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、鸵鸟、企鹅、信天翁七种动物的一些特征，如有暗斑、有长脖子、有长腿、有奶、有蹄，系统识别出该动物是长颈鹿。演示过程中由于有些学生没有说出某种动物的本质特征，识别系统没能给出正确答案。
2.3.2分析案例
首先，在POWERPOINT系统下放映动物识别系统的Prolog源程序，详细介绍设计思想以及实现过程。
其次，分小组讨论，小组内互相启发、补充、找出问题的关键所在，谋求最佳的解决对策。在小组讨论过程中教师不进行任何干涉，仅维持秩序。
最后，教师参与班级讨论。在班级讨论中，教师和学生处于平等的地位，根据学生要求，发表自己的观点。
2.3.3总结案例
首先对学生的讨论情况进行总结。肯定学生中好的想法及独到的见解，指出讨论中的优点和存在的不足。
其次，在总结讨论情况的基础上提出一些问题，如：规则库有没有更好的组织方式？如何增强系统的推理能力？如何进一步提高系统的效率？要求学生写出案例分析书面过程，并完成大作业解决八数码问题。
参考文献
[1]陈明仁.高校院系学科创新教育与新课程设置指导手册[M].北京:中国教育出版社,2007.
[2]安予苏.浅析案例教学[J].黄河水利职业技术学院学报,2005,(2).
关键词:专家系统;课程建设;教学改革;实验教学;CLIPS
“专家系统”课程是本科专业“智能科学与技术”的特色课程之一,该专业是由北京大学在2004年率先自主建立的[1]。此后,国内很多大学也都陆续基于各自的特色建设开设了该专业,如北京邮电大学、南开大学、首都师范大学、西安邮电大学、北京科技大学、厦门大学、中南大学等。基于一个新兴本科专业设立的专业基础特色课程,应该如何建设,实施教学与改革,突出专业特色各类学校都在摸索中。中南大学的“专家系统”课程是国家级“智能科学基础系列课程教学团队”主干课程之一,它由国家级教学名师领衔,以双语建设为教学基本手段,以精品意识为指导[2],培养学生自主创新意识,发掘学生兴趣潜能,非常具有专业特色。
1课程建设情况
专家系统使用人类专家推理的计算机模型处理现实世界中需要专家做出解释的复杂问题,并得出与专家相同的结论[3]。其最大特点是不仅可以帮助人们处理信息,还能说明处理的方式和理由[4]。我们结合专家系统课程特色与学习认知过程特点,采取认知教学作为专家系统教学的理论基础[5-6],根据智能科学与技术系列课程教研经验,融合双语教学方式,初步提出课程定位和建设目标,给出了教学基本要求。
1.1课程定位与建设目标
专家系统成为智能科学与技术本科专业的专业基础课程,目的在于培养学生理解和掌握专家系统技术的基本观念、基本理论和智能科学方法;并灵活设计和构建不同领域的专家系统,解决实际问题,为学习后续课程奠定方法基础。通过教学过程,培养学生善于分析继承已有的科学进步成果、激励学生善于发现问题、分析问题和解决问题的自主科学创新精神。
1.2课程教材设计
本校专家系统课程选用了蔡自兴编写的《高级专家系统:原理、设计及应用》[3]一书,该教材包括专家系统的基本理论、技术方法和实际应用的诸多内容,知识点介绍全面详尽,同时列举了诸多实例,便于课堂分析与课后理解。
根据双语教学的要求,外文参考教材[7]选用了ExpertSystemsPrinciplesandProgramming(ThirdEdition)一书,该书对CLIPS语言分析透彻,有大量的课后习题与资料,适合学生作为主要参考书目进行课后学习。实验教材选用了电子工业出版社出版的《决策支持与专家系统实验教程》一书,主要利用了同时,根据双语教学的要求,外文参考教材选用了ChinaMachinePress出版的ExpertSystemsPrinciplesandProgramming(ThirdEdition)一书,该书对CLIPS语言分析透彻,有大量的课后习题与资料,有利于学生作为主要参考书目进行课后学习。我校实验教材选用了电子工业出版社出版的《决策支持与专家系统实验教程》一书。主要利用了该书后半部分内容。目前,国内基于CLIPS的“专家系统”实验教学教材在国内几乎没有容,专家系统课程实验及其教材建设还需进一步改革与探索。
1.3教学要求与知识框架
经过对专家系统课程知识内容进行分类,可分为以下6个模块,如表1所示。
模块一专家系统的定义、发展历史、研究内容、类型、结构和特点以及构建步骤;。
模块二熟悉专家系统时可能采用的人工智能的知识表示方法和搜索推理技术,结合传统人工智能方法和计算智能的一些方法;。
模块三了解专家系统的解释机制、开发工具和评估方法;。
模块四熟悉基于规则专家系统、基于框架的专家系统、基于模型的专家系统和基于Web专家系统的结构、推理技术、设计方法及应用示例;。
模块五掌握人工智能和专家系统的编程语言――CLIPS,了解其他LISP,PROLOG和关系数据操作语言等;。
模块六展望专家系统的发展趋势和研究课题,并了解新型专家系统的特征与示例。
从教学要求角度出发,模块一、模块三和模块六的教学要求相对一般,但却是学生涉及专家系统技术的必备知识模块。相对而言,模块五是基本教学条件要求中最高的一个模块,因为模块二与模块四的深刻理解与系统设计需通过模块五而实现的。
2专家系统课程教学改革实施
2.1基于多媒体的专家系统课程教学
教学应以学习者为中心,以先进教育技术为手段,相辅相成,促进教学效果。人类的感官功能中视觉与听觉器官起到了94%作用[78],而视听觉的协同作业能大大提高学习效率,而。多媒体教学就是一种集声、文、图、色于一体的教学手段之一,其实施。多媒体教学的关键实施内容就是教学设计,而教学设计的难点就是在不增加学生信息加工系统中工作记忆负荷的前提下,用促进生成的方式呈现学习材料,包括教材、课件、讲义、课堂讲解、课后习题等。
结合专家系统课程教学情况,教学设计分为以下3个方面进行详尽阐述:。
1)把握好课堂教学知识量。
专家系统课程相对智能科学与技术专业第六期的学生而言是非常新颖的一门非常新颖的课程,学生们相对的学习热情比较高,但这里还需仍然需要对学生的先前知识结构和能力有个简单的估计。教师需考虑学生的工作记忆容量,并对学生的长期记忆有个估计,把握学习材料内在负荷。学习材料并非越多越好,关键在于精华,给学生留下深刻印象。“专家系统”课堂教授部分以原理性与推理性知识为主,应增加实践技术实例,这样让学生紧密联系实际应用进行学习,。多媒体视频就是一个很好的表现手段。将制作好的实例视频,向学生们展示,不但让课程氛围活跃,还激发学生对实践教学的兴趣;不但没有增加课堂的知识负荷,还可以留给学生课后对比学习。
2)多元化课件制作呈现形式。
3)基于认知教学的课堂讲解过程。
认知教学模式中,是以学生为主体,教学教师起主导作用。课堂讲解是面对面教学活动中的重要环节,,它是多媒体中联系言语与画面的桥梁,是减少学生工作记忆负荷的有效手段。
2.2专家系统课程双语教学的实施
2.3改革“专家系统”课程实时交互活动
为了进一步体现教学效果,我们下一步拟进行考试方式的变革,应综合考虑课堂出勤情况、平时正式作业成绩、课堂讨论情况和期末课程考试进行综合评分。还应考虑以双语形式进行笔试,当面交卷后进行双语发问。若有课程论文或创新作品表现突出者,可免参加最后的课程考试。使考试不再是学生的负担,而成为衡量与培养创新能力。和口试。
3基于CLIPS的专家系统实验教学
3.1专家系统与CLIPS语言
CLIPS(CLanguageIntegratedProductionsystem)是由美国航空航天局约翰逊空间中心(NASA’’sJohnsonSpaceCenter)开发的一种专家系统工具,由C语言编写而成。早期的专家系统工具大都用LISP、Prolog等编程语言开发,共同问题是运行速度慢,可移植性差,解决复杂问题的能力差。CLIPS是基于Rete算法的前向推理语言,其优点包括:①逻辑推理方面的强大功能强。②、可移植性好。③、可扩展性好。④、有利于和其他语言联合使用等。
专家系统与传统的计算机程序系统有着完全不同的体系结构,通常它由知识库、推理机、综合数据库、知识获取机制、解释机制和人机接口等几个基本的、独立的部分所组成,其中尤以知识库与推理机相互分离而别具特色。用clips语言能够更好地熟悉专家系统的整个组成。CLIPS可为基于规则、面向对象以及过程的编程提供支持(rule-based,object-oriented,andproceduralprogramming)。
以基于规则的专家系统利用CLIPS工具编程作为实例阐述。在CLIPS中找到专家系统基础的组成部分――FactList、KnowledgeBase、InferenceEngine。FactList中存放用于推理的事实,而KnowledgeBase包含所有的规则,InferenceEngine控制所有的进程。图1所示为专家系统框架示意图。专家系统中最核心的就是知识库,知识库中包含了大量某个领域专家的知识。,为了使计算机能运用专家的领域知识,必须要采用一定的方式表示知识。目前常用的知识表示方式有产生式规则、语义网络、框架、状态空间、逻辑模式、脚本、过程、面向对象等。基于规则的产生式系统是目前实现知识运用最基本的方法。
3.2专家系统实验教学内容
3.3实验教学实例分析
1)实验目的:学习和理解CLIPS编程语言,通过分析用CLIPS编写的“野人过河”的程序,深入理解专家系统的编程技巧,加深对专家系统的认识和理解。
2)实验说明:野人过河问题属于智能学科中的一个经典问题,问题描述如下:,有三3个牧师传教士和三3个野人过河,只有一条能装下两个人的船,在河的任何一方或者船上,如果野人的人数大于牧师的人数,那么牧师就会有危险。
假设问题的初始状态和目标状态,假设和分为1岸和2岸:。
初始状态:1岸,3野人,3牧师;2岸,0野人,0牧师;船停在1岸,船上有0个人;。
目标状态:1岸,0野人,0牧师;2岸,3野人,3牧师;船停在2岸,船上有0个人;。
整个问题就抽象成了如何从初始状态经中间的一系列状态达到目标状态。问题状态的改变是通过划船渡河来引发的,所以合理的渡河操作就成了通常所说的(算符)就是问题求解的关键。,根据题目要求,可以得出以下5个算符:渡1野人、渡1牧师、渡1野人1牧师、渡2野人、渡2牧师,。根据渡船方向的不同,也可以理解为10个往还算符。定义算符知道以后,剩下的核心问题就是搜索方法了,。本程序采用深度优先搜索,通过不断扩展后继结点节点,逐步找出下一步可以进行的渡河操作,;如果没有找到则返回其父节点,看看是否有其它其他兄弟节点可以扩展。
搜索中采用的一些规则如下:
(1.)渡船优先规则:1岸一次运走的人越多越好(即1岸运多人优先),同时野人优先运走;2岸一次运走的人越少越好(即2岸运少人优先),同时传教士优先运走;。
(2.)不能重复上次渡船操作,避免进入死循环。;
(3.)任何时候河两边两岸的野人和牧师数在任何时候均分别大于等于0且小于等于3;
(4.)由于只是找出最优解,所以当找到某一算符(当前最优先的)满足操作条件后,不再搜索其兄弟节点,而是直接载入链表。
(5.)若扩展某节点a的时候,没有找到合适子节点,则从链表中返回节点a的父节点b,从上次已经选择了的算符之后的算符中找最优先的算符继续扩展b。
通过实验教学过程中的专家系统开发实例分析,总结了出应用于在许多专家系统项目中的线性生命周期模型,如图32所示。这个模型包括从计划到系统评估的许多阶段,对系统开发的描述一直到功能评估这种程度上。之后,生命周期不断重复:从计划到系统评估,直到系统交付正常使用。
专家系统课程的发展开发过程是教学研究和教学改革实践相结合的过程,需要不断加强学习、总结经验。本文从总结了专家系统课程定位与、建设目标、教材的选用设计和课程知识框架等方面的总结了“专家系统”课程建设情况。在,并就教学改革过程中注重多媒体教学的效果、双语的实施和课程互动活动的改革等问题进行比较深入的介绍与探讨。通过CLIPS语言与专家系统实验的结合,阐述了实验教学的目的、CLIPS实验特色及和实验方法,体现了基于CLIPS实验教学的优势与特色。在未来的教育领域,专家系统技术将成为信息时代教育发展的新生力军,专家系统也将成为新世纪人类智能管理与决策的得力助手。
致谢注:本文受国家级智能科学基础系列课程教学团队项目(2008)支持,感谢本文得到中南大学信息科学与工程学院智能所的大力支持,特别感谢蔡自兴教授的鼓励与帮助。
[1]李蕾,王婵,王小捷,等..“机器智能”课程建设初探[J].计算机教育,2009(1):86-92.
[2]陈爱斌.“人工智能”课程教学的实践与探索[J].株洲工学院学报,2006,20(6):137-139.
[3]蔡自兴,Durkin,龚涛.高级专家系统:原理设计及应用[M].北京:科学出版社,2005:1-2.
[4]蔡自兴.智能控制导论[M].北京:中国水利水电出版社,2007,:28-29.
[5]杜海琼,张剑平..“专家系统”教学的认知教学理论基础及其教学实施[J].现代教育技术,2008,18(8):18-21.
[6]杜海琼,张剑平.认知学徒制在“推理与专家系统”教学中的应用[J].现代教育技术,2009,19(4):120-123.
[7]JosephGiarratano,GaryRiley.ExpertSystemsPrinciplesandProgramming[M].3thed.Boston:PWSPublishingCompany,1998.
[78]肖桂清,李渺.正确运用多媒体,促进认知学习的最优化[J].思茅师范高等专科学校学报,2002,18(4):55-57.
[8]杜晖.决策支持与专家系统[M].北京:电子工业出版社,2007:22-23.
ExplorationinCourseConstructionandTeachingReformofExpertSystem
YULing-li,WEIShi-yong
(InstituteofInformationScience&andEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)
关键词：计算机专业；研究生教育；教育信息化；智能化
0引言
1积极推进研究生教育信息化
以应用为导向，重点推进“课堂用、经常用、普遍用”这三个应用，重点使用信息管理系统，探索基于信息技术的新型教学模式，养成师生数字化教与学的习惯，实施因材施教。利用新一代信息技术，跟踪监测教学全过程，开展学情分析和学习诊断，精准评估教学和学习效果，变结果导向的单一评价为综合性、过程性的多维度评价，由仅注重知识传授向更加注重能力素质的培养转变［1］。2015年起，河南工业大学信息科学与工程学院研究生课程率先在算法与复杂度课程上使用在线考试和作业系统。该系统使用C＃开发，体现了如下的鲜明特点：①由使用者亲自开发，可以更好地了解教师和学生对信息系统的实际需求，与商业系统相比，它能更好地贴近应用；②大大减少了开发和使用成本，几乎是免费使用，它的前端是C＃系统，后台是免费数据库MySQL，采用CS方式搭建，每月仅需花费6元部署在任何支持MySQL数据库的主机上均可访问；③给计算机专业的教师提供了展示专业技能的机会，教师大部分都懂数据库技术和编程技术，但这样的实践机会还是太少。
2合理使用智能化技术，大力改进教学效果
教育技术职业教育应用策略技术实施
当前，现代教育技术应用水平已经成为学校建设工程中的关键因素。在教育部启动的职业教育质量建设工程中，示范性学校建设、教改试点专业建设、重点专业建设、精品课程建设、师资队伍建设、实验实训基地建设和教材建设都不同程度地涉及到现代教育技术的应用问题。现代教育技术已经成为深化教学改革的制高点和突破口，成为实施职业教育质量工程的核心技术。因此，加紧加快现代教育技术在职业教育中应用问题的研究，是时代的要求，是发展职业教育的呼唤，更是现代教育理念下深化教育教学改革的迫切需要。
现代教育技术在职业教育中的应用，要面对职业教育的特点、教学特色，实现职业教育培养目标，对教学的技术过程和资源进行创建、使用和管理，并且是符合道德规范的实践，把促进学习、提高绩效作为应用现代教育技术的目的。
一、现代教育技术在职业教育中应用的原则
应用现代教育技术使教学呈现教学数字化、网络化、智能化和多媒体化的特征，改善着教学环境、教学手段，促进着教学理念与方式的变革，并为先进的教育教学思想融入教学搭建平台。针对职业教育的特点，科学合理地应用现代教育技术，使教育教学实效最优化，必须明确三条应用原则。
1.坚持促进学习、提高绩效的目标原则
明确技术过程利于“主导――主体”的教学设计。通过现代教育的技术过程创建、管理和使用，实施“主导――主体”教学设计。“主导――主体”的教学设计是以“教”为主和以“学”为主这两种教学设计相结合的产物，它兼取两种教学设计的优点，又具有较强的灵活性，使学生成为知识、技能和态度的主动建构者，教师成为学习的促进者，引导、监控和评价学生的学习进程。教学设计时，要充分了解岗位能力形成过程和技术条件，通过情景设计、资源设计和认知工具设计创设自主学习、训练和研究的环境，促进学生的职业能力形成，很好地适应职业技术教育的实际。
2.坚持突出职业教育特点的原则
现代教育技术在各级各类院校也得到较为广泛的应用，已经成为教育教学中不可或缺的重要技术支持。社会性、职业性和实践性是职业教育三大特点。因此，现代教育技术的应用不仅是教学手段，而且是教学内容两者有机结合才能符合职业技术教育的要求。受各种因素和条件的影响，职业教育中实训受限，实践环境薄弱，教学知识和技术滞后于社会发展的现象较为突出，职业技能训练与当前职业岗位需求脱节，实验实训学时与技术能力培养需求脱节。这些矛盾在政府和校企合作不能得到解决的情况下，学校要依靠教育技术先行，利用现代教育技术实现“模拟”、“虚拟”实验实训，了解最新职业岗位需求和前沿技术，缓解职业院校教学中实训不足和技术滞后的突出矛盾，更好地实现培养目标，为职业教育创造先进、经济、便捷的教育环境，体现职业教育的社会性、职业性和实践性。
3.坚持服务性原则
将计算机、网络、多媒体、虚拟仿真和人工智能等现代教育技术应用于教育教学中，技术过程及资源的创建、使用和管理都应本着服务教学内容和服务学生的个体发展的原则。
二、现代教育技术在职业教育中应用的策略
教学设计是“运用系统方法，将学习理论与教学理论的原理转换成教学目标、教学内容、教学方法和教学策略、教学评价等环节进行具体计划、创设教与学的系统‘过程’或‘程序’，而创设教与学系统的根本目的是促进学习者的学习”。各类教学设计策略都包含学习者、目标、策略和评价四个基本因素。按理论基础和实施方法进行分类，教学设计分为以“教”为主的教学设计策略、以“学”为主的教学设计策略，以及在此基础上提出的“教师为‘主导――学生为主体’”教学设计策略，简称“主导――主体”教学设计。
三、现代教育技术在职业教育中实施的步骤
现代教育技术在职业教育中实施过程，要考虑职业教育的特点，遵照教育教学的规律，应用现代教育技术应用的对策。
1．职业岗位人才需求分析
职业教育以服务社会经济需要为宗旨，以就业为导向。社会职业岗位的需求以及岗位对人才规格的要求是职业院校专业设置、专业培养方案确立的依据，也是制订课程体系和教学计划以及进行教学实施和教学评价的依据。通过深入企业进行社会调研和通过网络进行网络调查掌握各行业的人才需求情况。
2．课程体系的确定与教学计划的制定
（1）确定专业课程体系
从职业岗位能力分析入手，建立以职业能力为核心的课程体系。上述来自于企业的人才岗位能力调查结果就是职业能力的具体体现，归纳起来，职业能力包括专业能力、方法能力和社会能力，这些能力的获得不可能离开现代教育教育技术的运用。
（2）制订教学计划
职业教育的特点决定了，制订教学计划时，要确定学科在专业课程体系的位置和对培养学生职业能力所起的作用，以突出实践教学为主线，结合院校现有现代教育技术资源状况，充分利用现代教育技术中的多媒体、网络教学、虚拟仿真实验和人工智能等技术，把教育资源的充分利用与学生技能培养综合考虑，达到现代教育技术与课程整合，以提高理论教学的效率，加大实践教学的比重，全面完成提高学生综合素质的教学计划。
3．现代教育技术应用的资源准备
职业院校现代教育技术的应用是教育教学改革的制高点。教育技术应用的资源准备包括人力资源的准备、环境资源的准备和信息资源的准备工作。
4．应用现代教育技术的教学设计
应用现代教育技术在职业教育中应用的对策，建立以学生为中心，教师为主导，能力为本位，突出实践教学的教学系统设计。
5．教学实施与教学评价
按照教学设计要求，逐步落实教学任务。形成性评价与总结性评价相结合，以理论考试与实际操作技能考核相结合。
[1]冯文成.甘肃中等职业学校教育技术应用现状调查与研究[D].西北师范大学硕士，2004.
[2]杨靖.中等职业教育教育技术的应用研究[D].福建师范大学硕士，2004.
[关键词]本科毕业设计；新工科；贯穿式培养；交互式指导
1传统计算机本科毕业设计现状分析
2新工科背景下计算机专业发展需求
3新工科背景下计算机专业本科毕设提升思路
我们旨在改变传统计算机本科毕业设计培养方式的两方面不足：短周期培养和单方向指导。相应地，我们需要开展两方面工作：一方面将本科毕业设计培养贯穿于整个大学培养周期，进行全流程、可跟踪式培养；另一方面用交互式指导模式代替单方向填鸭式指导模式，激发学生兴趣、挖掘学生潜能。
3.1贯穿式培养
3.2交互式培养
[关键词]高中阶段机器人教学法
一、机器人课程在高中开展的必要性和优越性
分析我国当代的学校教育制度的入学年龄和修业年限可以知道，我国高中生的年龄大部分集中在16～18周岁之间，同时从心理学角度根据埃里克森的人格发展理论，我们知道12～18岁主要发展任务之一是是获得角色统一性，即在职业的选择、性别角色的形成等方面获得同一性，如果个体在这一时期把这些方面很好的整合起来则是发展顺利的表现，当然这些方面的顺利整合，需要有一个良好的学习环境。应然状态的高考旨在考察学生能力，避免学生高分低能，避免定势思维，提倡创新思维和培养学生的创造能力培养。机器人是一门跨专业高度综合的学科，它不仅综合了语文、数学、物理、生物等众多学科，而且有利于学生理解科学、工程学和技术领域的抽象概念，以机器人为载体的课程教学，若能在高中课堂运作的很好，它能较好的培养高中生的学习兴趣，为以后大学的继续深造学习打下良好的基础，也能在此阶段为高中生构建良好的人际关系，锻炼其思维批判能力和创新能力。
二、机器人课程教学法的研究
机器人学科的教学方法很多，一般是由教学目标要求、教学内容难度、教学对象的基础和教学条件来决定的[2]。机器人教学为科学技术教育提供了更为先进的教学资源，为科学技术教育带来了更新更广的发展前景。天津职业技术师范大学是天津市机器人科普基地，国家八六三计划智能机器人主题产业化基地，在机器人教育师资培养和机器人课程教学方法方面积累了一些实用的经验。
（一）教学平台的开放性
在面向如何有效开展机器人课程教学的进程中，我校积极探索多样化的机器人教学视角，教学不再仅仅依靠课堂教学，通过多种途径构建有效的平台，如我校自动化学院以大学生科技实践中心为基地，学生科技社团为载体，综合开放机器人实验室为平台，创建大学生科技实践体系，激励学生开展各类科技活动及科技竞赛[3]。通过开放的机器人实验室，学生们近距离和机器人接触，遇到的问题也可以及时得到反馈和解决，这样学生综合素质普遍提高，由于我校是师范类院校，学校定期组织高年级学生到中学进行教育实习（如学生到天津第四中学、天津第十三中学进行教育实习），在不断交流中深化了机器人教学法的进展。
（二）两种教学法的实践策略
反哺教育教学法：为了促进中学教育和大学教育之间的交流和沟通，培养创新型人才，有效地衔接高中和大学教育，在到中学实习的过程中，大学生将自己动手制作科学模具及教育机器人带到中学，这些模具都是大学生平时制作的十分典型的数字化益智玩具，适用于中学阶段的学生对基础机器人技术进行学习，并且能够从不同角度、通过多样的形式发挥其教育功能，达到在益智娱乐学习目的[4]。中学生和大学生一起教学相长的过程中，也将创造发明的理念传承下来，让中学生知道所有令他们爱不释手的玩具也可以自己来制造的，这种把新知识、新技能带到中学的理念和执行力，不断进行下去，将使未来中国少年儿童的求生能力、自我创造能力不断提高、变强，这对于一个民族的科学发展是十分有利的。由于自我组装、制造机器人不但会提升中学生的科学兴趣，同时也会培养他们养成凡事自己动手的良好生活习惯，所以学校尽最大努力为发挥中学生的优点和潜力创造机会，帮助中学生发现自己的兴趣和爱好。
三、促进机器人课程教学推广的途径
第二：如何教，如何学——教学活动平台的建立。1989年联合国教科文组织北京会议提出：“21世纪最成功的劳动者将是全面发展的人….”。成立科技社团，运用综合开放实验室为教学需求搭建开放学习平台，在这样一种多样化的教学平台中学生能明确自己的爱好所在，同时能得到更多更及时的指导，有助于培养有较好的人际关系，有利于其进一步学习深造，在机器人课程教学中可以通过开放教学活动平台对高中生这一阶段的特点进行因势利导，促进学习的发生。改变传统教学模式的“教”，逐步走向“学”，在中学组织机器人教学第二课堂。由于大家在一起学习交流的机会多了，遇到问题便不再是退缩，而是进行探讨，寻找解决问题的方法。
第四：通过组织竞赛提高学生自身对机器人课程的认知程度。在青少年中进行机器人制作教育，能够激发青少年对机器人的兴趣。有效运用机器人比赛作为提升教学质量的一个组成部分，也将是促进学习的一个极大的动力源。探索机器人的活动与竞赛的运行机制，并将其应用于机器人技术教师培训和机器人教育教学中，在推动我国机器人教学健康、规范、可持续发展方面，起着积极的推动作用[7]。
第五：通过多种途径进行有效宣传。在校园文化建设中，定期组织各种形式的简易机器人展览会。同时也可与机器人生产商的合作，提供机器人产品在学校试运行。媒体可以制作专题节目介绍机器人制作技术及趋势，吸引大众眼光，让中学生及其家长开始注意到这一新生事物。各级各类比赛中，做好宣传策划，使科技潮流深入人心。当机器人课程理念深入人心了，支持的声音高了，才能真正实现机器人教育的普及，才能进一步促使机器人教育资源的整合，提高教学质量。
四、结束语
以机器人为载体的课程教学，要遵循学生的年龄特点，因材施教，使中学机器人教育教学成为青少年能力、素质培养的智能平台。如果机器人教育课程内容都是建立在数字运算和英文符号的理论基础上，内容晦涩难懂，那么与高中生心理特点便不相适应，这就需要更好的教法，紧密结合生活实际，生动形象地讲述了什么是人工智能，人工智能在人类生产、生活中所起的作用，将课堂教学与社会需求和中学生身心特点结合起来使得神秘的机器人变得平易近人，进而提升教学课堂质量。
总的来说，运用机器人作为载体来进行教育教学，可以培养学生对科技的兴趣，可以提高他们的创新能力、合作能力、动手实践能力，但是高中机器人教学要想深入开展，达到预期效果，需要不断的创新与探索，还需要社会各界通力配合和支持，使机器人教育教学之路走得更长远更坚定。
本文系国家社会科学基金“十二五”规划教育学一般课题“以机器人教育为载体的高中与大学创新教育有效衔接的实践研究”（课题批准号为BFA110049）的阶段性成果。
[参考文献]
[1]中华人民共和国教育部.国家教育事业发展第十二个五年规划[N].中国教育报.2012-07-22（4）
[2]赵弘，赵毅鑫等.机器人学课程教育方法的探讨[J].中国现代教育装备，2008（11）：81-83．
[3]田立国，崔世钢等.实践教学改革的研究与实践[J]，中国会议，2010.（12）65-68
[4]张剑平，.《机器人教育：现状、问题与推进策略》[J]，中国电化教育，2006.（12）
[5]谭民，王硕等.多机器人系统[M]，清华大学出版社，2003
[6]张国平，张剑平.《我国基础教育中机器让人教育的现状与对策研究》[J]，现代教育技术，2008.（5）92-94
[关键词]智能教学系统；移动学习；英语学习；案例研究
智能教学系统(IntelligentTutoringSystem，ITS)是在计算机辅助教学的基础上逐步发展起来的，是一门涉及人工智能(ArtificialIntelligence，简称AI)、计算机科学、认知科学、教育学、心理学和行为科学的综合性课题，也是教育技术学的重要研究领域。其研究的终极目的是由计算机担负起人类教育的主要责任，在一定程度上代替人类教师实现最佳教学。自20世纪70年代以来，许多国家和地区如美国、英国、日本和加拿大等都投入了大量的经费，十分重视智能教学系统的研究、开发，智能教学系统已应用在数学、物理、工程、化学以及军事训练等领域。与国外发达国家相比。国内对智能教学系统的研究起步稍晚，理论研究仍以借鉴国外成果为主，真正走出实验室并投入教学实践的智能教学系统并不多。因此，本文在阐述智能教学系统及其组成架构的基础上，结合台湾PIMS移动智能教学系统支持英语学习的个案，介绍系统框架及其在教学中的应用，在分析案例优点的同时。提出了研究建议。希望能对智能教学系统的教育应用起到借鉴作用。
二、智能教学系统及其组成结构
智能教学系统产生的历史可以追溯到上世纪60年代的程序教学(ProgrammedInstruction，PI)，随后出现了基于计算机的训练(ComputerBasedTraining，CBT)和计算机辅助教学(ComputerAssistedInstruction，CAI)。智能教学系统的基本框架最初由Hartleyt和Sleeman提出，基本观点认为ITS必须处理三类知识：第一类是领域知识，即专家模型(ExpertModel)；第二类是学习者知识，即学生模型(StudentModel)；第三类是教学策略的知识，即导师模型(TutorModel)。这是ITS研究的最初框架。在之后的30年里。也成为指导ITS设计与开发的经典理论。虽然ITS的发展已有30多年，但关于什么是ITS，目前国内外尚无统一的定义。结合自己的研究实践。不同的学者提出了不同的看法。观点分歧主要集中在对ITS中“I”。即智能的理解不同。目前。国内学者普遍接受的观点是：ITS是一种借助人工智能技术，让计算机扮演教师的角色实施个别化教学，向不同需求、不同特征的学习者传授知识，提供指导的适应性学习支持系统(AdaptiveLearningsystem)。
不同时期的研究者对于智能的理解各不相同。有学者提出对于智能教学系统中智能的具体要求为：自动生成各种问题与练习；根据学生的水平和学习情况，选择、调整学习内容及进度：在理解教学内容的基础上自动解决问题生成解答：具有自然语言的生成与理解能力，以便实现比较自由的教学问答系统以提高人机交互主动性：对教学内容有解释咨询能力；能诊断学生的错误，分析原因并采取纠正措施；能评价学生的学习行为：在教学中不断改善教学策略。上述的八点进一步可归纳为三个“w”，即懂得教学内容(what)、了解教学对象(whom)、知道如何教(how)。ITS最直接和最主要的智能特征是能对学生进行因材施教的个别化指导，ITS的智能集中体现在对学生的评价和诊断能力、教学规划能力、自然语言理解能力。强调系统的智能性有利于提高教学系统的有效性、促进人类认知的研究、推动未来教育模式的改进。
ITS是一个复杂的软件系统，对其组成结构的理解，不同研究者持有不同的观点。有三模块说(Hartley&Sleemanetal.)，即认为ITS由学生模型(StudentModel)、专家模型(ExpertModel)或领域知识库(ExpertModelorDomainKnowledgeDatabase)以及导师模型(TutorModel)三部分组成；四模块说，即在三模块说的基础上加了—个人机接口模块：五模块说，即在四模块说的基础上将专家模型与领域知识库独立出来。国内学者对ITS的组结构比较赞同四模块说，即认为一个典型的ITS系统主要有四个组成部分：专家模型颅域知识)、学生模型、教师模型(教学策略)和智能人机接口。如图1所示。
教师模型(教学策略)：根据一定的教学原理，以学生已有的知识状态、认知特点和个性特点为基础，组织适当的教学内容，采用适当的表达形式，选择适当的呈现时机，给予学生个性化的指导。该模块运行的关键在于如何选择合适的教学策略，即解决如何教的问题。
智能接口：作为系统与用户的交互界面，是为其它各个模块提供智能化的多媒体知识输入、用户信息和行为获取、知识输出的途径。智能接口包括自然语言处理技术的应用、人机对话处理、对领域知识库维护的接口、教学策略的修改接口以及学生模型的初始化处理等。
三、移动智能教学系统的应用案例
PIMS(PersonalizedIntelligentMobile-learningSystem)即移动智能教学系统，系统保留了e-learning的优点，能为英语学习提供有效而灵活的学习环境，充分发挥移动学习的优势。扩展学生的英语词汇量，提高学生的英语阅读能力。
(一)系统概述
在英语作为非母语的国家，英语已经成为最重要的第二语言。如何利用计算机辅助学习的方式或以计算机为学习工具促进英语学习水平的提高已成为热点话题，也是影响国家整体竞争力的重要因素。近年来，国外已有学习者成功地提出利用移动学习支持课堂外的英语学习活动，比如TenseITS即是专为中国人学习英语而设计的移动智能教学系统：手机辅助语言学习系统等等。任何语言都包括听、说、读、写四大技能。然而阅读能力和词汇知识是两个重要的影响英语成绩的因素。换言之，阅读能够丰富词汇，掌握词汇又能促进阅读理解。在下文中，为了表述方便，英语作为母语的国家，用L1表示，英语作为第二语言的国家，用L2表示。
(二)PIMS的系统结构与设计
PIMS系统包括三个组成部分，即远程课件服务系统、客户移动学习系统、数据同步，如图2所示，PIMS系统结构图详细描述了每个部分的结构。客户移动学习系统由四个智能和四个数据库组成，系统基于模糊项目反应理论，向不同的学习者推荐不同难度的英文新聞，以分别提高他们的阅读能力和词汇量。远程课件服务系统由三个智能和一个数据库组成，网络蜘蛛能自动从因特网收集英语新聞，提供给远程课件、用户档案数据库，系统还能根据英语新聞难度测量预案对英语新聞进行难度参数的评估。为了实现离线学习，数据同步负责保持客户端和服务端数据的一致性。
1.远程课件服务系统
图2的右边部分揭示了远程课件服务系统的结构，包括英语新聞网络蜘蛛、英语新聞难度评估、课件管理、远程课件和用户档案数据库。目前，台湾许多网站免费提供大量英语新聞，并有相应的中文翻译，比如FTV和CTV英语网站，中文翻译有助于中文读者(L2)对英文新聞的阅读和理解。为了给远程课件和用户档案数据库构建丰富的英语课件，网络蜘蛛能自动从因特网收集英语新聞并提取英语新聞中的元数据：英语新聞难度评估能根据台湾全民英检网的词汇等级水平，在对阅读难易计算公式改进的基础上，自动测量英语新聞的难度参数，基于模糊项目反应理论的难度参数的测量有利于向不同的学习者推荐合适的英语新聞：最后，课件管理提供了友好的课件管理界面。方便教师从远程课件和用户档案数据库创建新的课程单元，下载、修改或删除课件。
2.客户移动学习系统
图2的中间部分展现了客户移动学习系统的结构，包括学习界面、个性化词汇推荐、个性化课件推荐、反馈等四个智能和用户档案、词汇、本地课件、用户帐号等四个数据库。学习界面为已注册帐号的学生提供了灵活的学习界面，实现了与反馈、个性化词汇推荐、个性化课件推荐的交互。学习界面能展现个性化课件推荐推荐的英语新聞，收集学习者的学习反应、学习新词汇、检测学生对新词汇的掌握：反馈负责收集学习者的精确反馈信息。包括英语新聞的难度水平和学习者的理解程度。并且保存到用户档案数据库：个性化课件推荐从本地课件数据库中推荐个性化的课件给不同的学习者，根据学习者的反馈，评估学习者的学习能力；最后，为了促进词汇学习，根据个性化词汇学习系统对学习者词汇能力的评估以及词汇的难易参数，个性化词汇推荐从学习者所学的英语新聞中提取对学习者来说不熟悉的词汇。个性化词汇学习系统能运用项目反应理论和学习记忆规律，激发学生的学习兴趣，提高学生的学习成绩。该系统也成功地运用在利用掌上电脑(PDA)进行个性化英语词汇学习的活动中。
如果在英语新聞中出现的词汇难度参数大于当前学习者的词汇能力，那么这些词汇被视为生词呈现给学习者，而且在学生完成词汇学习后，检查词汇界面将检测学生是否已经掌握了所学生词，同时，通过数据同步。新掌握的词汇同时被记录在客户端和服务端的用户档案数据库中，以避免在下一学习周期中重复学习。目前，系统词汇库从台湾全民英检网的词汇库中收集了八千多个词汇，并且都有相应的中文翻译和难度参数。客户移动学习系统的学习过程见图3。
(三)PIMS教学应用实验
1.英语新聞收集及课件管理系统
2.研究对象与研究局限
为了评估PIMS系统的学习效果，本研究通过召开班会，首先交代研究背景、研究动机、实验过程，接着利用PDA演示PIMS系统，然后从35名大学三年级英语师范专业的学生中征集到15名志愿者参与本次实验。在15名志愿者中，男生2名，女生13名，学生的第一语言都是汉语，年龄在21至23岁之间。因为PDA价格比较昂贵，所以本次研究只选取了15名学生作为研究对象，由于样本数比较小，所以实验结果不适宜推广或解释其他案例。此外，15名学生没有或很少有使用PDA的经验，在操作PDA学习英语的过程中可能会有一定障碍，并且研究对象都是未来的小学英语老师，至少已经接受了三年英语听、说、读、写的训练，既然研究的参与者是自愿的，同时都是英语师范专业，他们对运用新的学习工具进行英语阅读练习充满兴趣，因此具有很高的学习动机。另外。本研究在PDA上只提供静态文本。不提供任何声音。因此英语新聞的播音对英语新聞阅读理解的支持作用不属本研究的考虑范围。
3.实验设计
4.学习评价
(1)学习成绩评价。图6展示了前测和后测学习成绩的比较。后测的结果显示：15个参与者的语言能力与开始时的英语阅读能力相比具有明显的差异，除了05号学生以外，其余学生的后测成绩都比前测成绩好。分析其原因，05号学生没有和其他同学一起参加后测，随后单独进行后测。在后测过程中。该生注意力非常不集中，由于不明的心理或私人的原因，05号学生后测仅做了20分钟左右，导致后测的成绩非常差，05号学生的后测成绩视为干扰，统计分析时忽略不计。
为了进一步检验前测和后测的成绩差异，利用SPSS软件来分析前后测的成绩。表1列出了前后测配对样本的统计信息(N=14)，前测和后测学习者的平均成绩分别为65和76.4，标准差分别为16.05和13.36。表2给出了前后测配对样本的t检验。研究发现，前后测成绩平均值差异为-11.43，自由度为13，t为-2.51，P为0.026。换言之，利用推荐的PIMS系统。学习者学习成绩的提升达到显著性差异水平，测试成绩平均分提升11.43分。
为了理清PIMS系统是否对不同学习能力的学习者提供不同的学习成绩，利用卡方聚类方法，根据前测成绩把15个学习者分成三类，表3展示了基于前测成绩的分类结果。表4展示了三类小组的统计信息。较另外两组相比，前测成绩比较低的小组在阅读英语新聞总数平均值、词汇学数的平均值、进步成绩的平均值等方面取得了更好的成绩。换言之，在学习成绩提高方面，PIMS系统为初始英语阅读能力低的学习者提供更大的帮助。
(2)问卷分析。为了评价学生对PIMS系统的满意度，参照Chen’setal.的研究，设计问卷，问卷从五个方面设计了21个问题，衡量PIMS系统能否满足用户的需求。这五类问题包括：使用PDA的个人信息，4个问题：系统操作的方便性，5个问题；学习者使用PIMS系统学习的学习态度，7个问题；系统的优点和缺点，4个问题；学生对实验前和实验后英语阅读能力的自我评价。
调查结果显示。学生对系统操作方便性的满意度达81.32％：75.21％的学生认为PIMS系统对英语学习的态度和兴趣有促进作用：大多数学习者认为PIMS提供了友好的界面，有效的学习机制、提高了学习动机和兴趣，尤其是相应的中文翻译加深了英语阅读的理解程度，同时也对系统提出了一些建议，比如增加字典功能、增加发音辅助听力理解等；最后，采用SPSS软件统计分析学生对实验前和实验后英语阅读能力的自我评价，通过配对样本统计和配对样本t检验，大部分学习者认为利用PIMS系统学习英语。英语新聞的阅读能力有了明显的提升。
四、PEVIS教学应用案例分析
目前，在智能教学系统研究和应用尚不够完善的情况下，PIMS系统建立了智能导师与学生之间一对一的“师生”关系，值得学习借鉴。
(一)重视学生初始学习能力的评估
学生初始学习能力的评估通常利用一些经过测量理论校定的测试练习题对学生进行测试。并根据学生的反应情况来估测学生能力以及对领域知识的掌握程度。在PIMS系统中。通过前测了解学生初始英语阅读能力和词汇掌握情况。在一个学习循环结束时。理解测试练习和词汇测试又将结果反馈给个性化词汇推荐、个性化课件推荐、用户档案数据库。系统了解的学生的认知状态，教学模型就可以正确地评价学生对知识的理解程度，以便进一步推荐适宜学生的英语阅读材料，同时教学模型还可以通过学生模型诊断学生在学习过程中所形成的错误概念。为学生提供相应的补习，以便使学生建立正确的概念。
注重学生初始学习能力的评估有助于确定教学起点，符合采用系统方法设计教学的思想。运用系统观点看待教学的好处是能够把握教学过程中学生、教师、教学材料、学习环境等要素，并且各个要素之间必须有效地发生相互作用。在智能教学系统中，学生模型是智能教学系统的核心部件，它记录了学生的认知状态。反映了学生的学习进度、知识的熟练程度、存在的误解以及与期望目标之间的差距。为系统对学习内容进行动态组织提供重要依据。
(二)动态生成适应性学习内容
一方面。动态生成适应性学习内容符合维果斯基的“最近发展区”的教育理论。维果斯基将学生的实际发展水平与潜在发展水平相交叠的区域称为“最近发展区”。这个发展区存在于学生已知与未知、能够胜任和不能胜任之间。发展的过程就是不断将最近发展区转化为现有发展区的过程，把未知转化为已知、把不会转化为会、把不能转化为能的过程。另一方面，动态生成适应性学习内容还有效解决了学习者的认知超载问题。认知负荷是指人在信息加工过程中所必需的心理资源的总量。
资源有限理论认为，人的认知资源(主要表现在工作记忆容量上)是有限的，而任何学习和问题解决活动都要消耗认知资源，都有可能造成认知上的负荷，如果加工某种信息所需要的认知资源超过了人本身所具有的认知资源的总量。就会造成认知超载(CognitiveOverload)。从而影响学习的效果和效率。根据影响认知负荷的基本因素，可将认知负荷分为三类：内在认知载(IntrinsicCognitiveLoad)、外在认知负荷(ExtraneousCognitiveLoad)和关联认知负荷(GermaneCognitiveLoad)。内在认知负荷是在学习材料的内在性质与学习者的专业技能之间的相互作用中产生的，负荷的大小取决于工作记忆中同时被处理的信息数量以及与已存在的图式联系。动态生成适应性学习内容能有效地减轻学生的内在认知负荷，符合因材施教的个别化教学原则。