中小学人工智能课程实用13篇

中小学人工智能课程

篇1

随着中国智慧城市的建设和发展,新建高档智能小区越来越多,小区智能化系统设备安装、维护以及安全运转和科学管理,已成为城市管理的重要组成部分,而与之相匹配的智能化设备技术专业人才紧缺。我校经过调查,为满足人才市场的需求和拓宽学生的就业渠道,在我校电子类专业开设了楼宇智能化系列课程,并配置了智能小区实训室。笔者作为智能小区新课程的开发者,并兼管智能小区实训室,参与了《智能小区》课程开发,并编写了《智能小区》校本教材。根据智能小区技术人员岗位的任职要求,结合我校智能小区实训室实际情况和中职学生特点,开发了基于工作过程导向的《智能小区》课程和校本教材,实现学习过程以实践为主线,让学生获得工作过程知识,形成工作经验,着力培养学生的综合职业能力。

1 基于工作过程导向的课程开发理念

德国Rauner教授等认为:工作过程是“在企业里为完成一件工作任务并获得工作成果而进行的一个完整的工作程序”,“是一个综合的、时刻处于运动状态之中但结构相对固定的系统”。基于工作过程导向的课程以学生为中心,强调学生以直接经验的形式掌握实践行动中的工作过程知识,工作过程知识不是从理论知识中引导出来的,它与反映的工作经验相适应,并指导实际的职业劳动,学生获取知识的过程始终与具体的实践相对应,技术和专业理论不再抽象。

基于工作过程导向的课程开发是以实际工作过程的需要为基础的,开发的步骤一般是通过企业调研,分析岗位群,明确典型工作任务,对典型工作任务进行描述后再归类,确定职业能力领域,确定与职业岗位需求相对应的行动领域。通过对岗位行动领域工作过程、职业行动能力分析,再根据学校实际教学情况把行动领域转换为学习领域,即课程或课程体系。

2 基于工作过程导向的课程开发思路

2.1 以校企合作,工学结合为依托,明确典型工作任务

2010年《国家中长期教育改革和发展规划纲要2010―2020》把实行工学结合、校企合作、顶岗实习的培养模式部署为提高职业教育质量的重点。以校企合作、工学结合为依托,探索课程改革,创新教材建设,更新课程内容、调整课程结构、创新教学方式,积极推进中等职业学校教材开发与建设是我们一线教师的职责。基于工作过程导向的课程开发必须和企业紧密合作,才能及时了解企业对人才的需求,不断调整课程体系和专业取向,构建教学过程与工作过程相结合,学习过程与工作过程相统一,融“教、学、做”三者合一的理论与实践一体化课程。

笔者在开发《智能小区》课程和教材时,多次到小区智能化设备和智能小区物业管理公司调研,了解行业、职业与岗位的需求情况,智能小区专业技术人员岗位主要有物业管理技术人员,小区智能化设备公司设计、安装、维护人员。同时,邀请企业专家、技术人员与专职教师召开专题研讨会,讨论企业对人才需求、专业定位和岗位的要求,对现有职业岗位进行分析、明确岗位职责和任务,明确典型工作任务。智能小区专业技术人员的典型工作任务描述:能熟练使用智能小区的智能化系统设备;以小组的形式完成智能化设备的设计、安装和调试,每个人能独立完成一个或多项工作任务,最终组内协助完成总项目工程,并要符合工程规范和安全要求;定期对智能设备进行检查和维护,能对故障进行维修,并对设备保养维修资料保存;在工作中能熟练使用常用仪表和工具。

在明确典型工作任务基础上,将智能小区专业技术人员的工作过程引入课程,以典型工作任务为中心组织课程内容,根据企业岗位能力要求和学校实训室实际情况,构建教学项目、实施任务驱动。学习任务具有工作任务的性质,有可操作性和相对真实性,通过任务学习可以训练岗位技能,构建工作过程知识,培养综合职业能力。

2.2 以工作任务为主线,设置工作项目,构建学习任务,明确学习目标

智能小区专业技术人员工作任务就是使用、安装、调试和检修智能化系统设备。按此主线及我校智能小区实训室设备情况,《智能小区》课程设置了七大工作项目和二十五个学习任务,学习任务都可在实训室完成,接近真实的工作情景。

设置工作项目,构建学习任务如下:

项目一:小区灯光控制系统。学习任务:(1)熟练使用小区灯光控制系统;(2)小区灯光控制系统线路设计、安装和调试;(3)小区灯光控制系统故障检修。

项目二:巡更系统。学习任务:(1)熟练使用巡更系统;(2)软件参数设置;(3)巡更系统线路设计、安装和调试;(4)巡更系统故障检修。

项目三:远程抄表系统。学习任务:(1)熟练使用远程抄表系统;(2)软件参数设置;(3)远程抄表系统线路设计、安装和调试;(4)远程抄表系统故障检修。

项目四:楼宇对讲系统。学习任务:(1)熟练使用楼宇对讲系统;(2)楼宇对讲系统线路设计、安装和调试;(3)楼宇对讲系统故障检修。

项目五:门禁系统。学习任务:(1)熟练使用门禁系统;(2)软件参数设置;(3)门禁系统线路设计、安装和调试;(4)门禁系统故障检修。

项目六:监控系统。学习任务:(1)熟练使用监控系统;(2)监控系统线路设计、安装和调试;(3)监控系统故障检修。

项目七:报警系统。学习任务:(1)熟练使用报警系统;(2)软件参数设置;(3)报警系统线路设计、安装和调试;(4)报警系统故障检修。

以上七大项目的安排按照由简单到复杂的顺序排列,难度逐渐递进,工作项目载体的选择体现了智能小区专业技术人员工作的完整性和典型性。教学内容的组织以工作过程为依托安排教学内容,以项目为载体,在教学中主要采用理实一体化的教学模式,以行动为导向组织教学过程。整个教学过程就是一个完整的工作过程,按照工作过程的资讯、计划、决策、实施、检查、评估的过程来安排课程结构。每一个学习任务的学习过程是信息获取、知识应用、技能训练、能力提升的综合过程,是工作过程知识的获得过程,是形成工作经验的过程。

通过任务学习要达到的具体学习目标是:能熟练使用智能化系统设备,能完成智能化系统设备的安装、调试和检修。在教师指导下,通过学习资料,在工作页指引下,熟练使用项目设备的,并能对项目设备进行安装、调试和检修。在工作过程中,学习者使用的仪表、工具和材料要符合安全生产要求。学习者在规定的时间完成项目设备进行安装、调试和检修,作业时安全规范,自觉维护工作环境的安全。学习结束后,学生获得智能设备使用、安装、调试和检修的工作经验。

3 基于工作过程导向的《智能小区》课程特点

3.1 以能力为本位,突出实践教学

我校的智能小区实训室,是根据智能小区对智能化设备的要求,以及中职学生特点,配备了七大智能小区设备系统。七大项目的教学都在智能小区实训室进行,实施理实一体化教学。在教学中以项目为载体,每个项目的学习任务都是从认识、使用设备,设计、安装和调试设备,最后检修设备的顺序进行教学,接近真实的工作过程情景,符合工作经验形成过程,突出培养学生专业技能。以小组学习为教学组织形式,培养学生团队合作精神等社会能力。为了学生能获得更多智能化系统设备知识,还组织学生参观学校的消防报警系统和广播及背景音乐系统,增加学生的实践经验。

3.2 以工作页为指引完成学习任务,体现以学生为中心的教学

教材的每个学习任务都配有相应的工作页,学生在工作页的指引下自主完成学习任务。工作页的形式按照企业岗位职责、岗位操作内容、要求和业务进行编写。主要包括四大部分内容:一是工作内容与目标,作用是让学生明确在学习中的具体内容与目标,即让学生知道“要做什么事?通过做这件事能有何收获?”根据工作内容与目标的要求,学生可以初步制定工作计划,大致确定所需的工用具及资料;二是工作准备,包括工作劳动组织(小组内的工作分配)、工作用具准备及相关知识准备三个内容;三是工作过程,它是工作页的主体部分,需用相当篇幅详细记录工作过程、相关数据等;四是工作总结与评价,让学生总结和评价自己在完成本工作任务之后有哪些收获,掌握了哪些技能,有哪些体会及经验教训,是否达到了预先制定的工作目标。

3.3 遵循中职学生认知规律,合理安排课程内容顺序

学生进入实训室看到各种智能化设备都非常好奇,非常兴奋。如一看到楼宇对讲系统,学生往往第一印象是门前主机、室内分机、管理中心主机等,至于工作原理是认识设备、学会使用设备后才慢慢理解的。遵循学生认知规律,摈弃过去先讲授理论后实操的做法,先让学生学会用。以楼宇对讲系统为例,从认识楼宇对讲系统设备开始,先了解各设备的名称、外观,然后教授学生操作各种设备,使整个系统处于最佳工作状态。在建立实物概念后引入图形符号和线路知识,让学生用软件画出楼宇对讲系统的拓扑图,最后学生按图安装一个小型楼宇对讲系统,完成各参数的设置,调试使系统正常工作。在学生具备安装、调试等技能的基础上学习检修系统故障的知识和技能。

3.4 以培养综合职业能力为目的的过程性学业评价

基于工作过程导向的课程开发主要是为培养学生的综合职业能力,通常把综合职业能力分为专业能力,方法能力和社会能力,过程性评价主要从综合职能力的三方面进行考核。学生按工作页完成一个学习任务后,从熟练操作设备,安装、调试设备,对设备常见故障检修等方面考核专业能力;学生在学习中碰到问题,能否自觉查资料或从同学、老师得到帮助来解决问题等方面考核学生的方法能力;根据学生学习态度,遵守纪律,团队合作精神等方面考核社会能力。评价的方法是采用学生自评、小组评价和教师评价相结合,课程结束后综合每个学习任务的评价给出总评。

4 教学效果

基于工作过程导向开发的《智能小区》课程和教材,在教学实施的过程中确实起到了很好的教学效果,通过真实的项目任务训练锻炼了学生的实践动手能力,提高学生学习的积极性和主动性,学生获得了工作过程知识,形成了工作经验,培养了综合职业能力,为以后的工作奠定基础。

参考文献

[1]姜大源.世界职教课程改革的基本走势及启示――职业教育课程开发漫谈[J].中国职业技术教育,2008(27):7-13.

篇2

(2)为将来从教的学生积聚大量的知识。英国早在1999年,人工智能课程已经作为选修课出现在中学的信息与通讯技术(ICT)课程中。许多中小学还通过机器人竞赛活动来激发中小学生学习人工智能的兴趣,使学生不仅提高了用信息技术解决问题的能力,而且培养了多种思维方式,获得了更多的创新空间。美国现行的中学信息技术课程设置中,将人工智能的内容作为“媒体与技术”层面对12年级学生的要求。澳大利亚的部分中学开设的信息处理与技术课程,人工智能、信息系统、算法和程序设计、社会和伦理道德、计算机系统分别作为5个主题共同构成了该课程的教学内容。在该课程的大纲中规定,人工智能部分的教学内容在高中第3学期为12年级的学生开设,教学时间为10周。? 

在我国,多年以来中学奥林匹克信息学竞赛中一直包含有人工智能相关的题目,涉及启发式搜索、博弈、智能程序设计等问题。2003年4月,我国教育部正式颁布《普通高中技术课程标准(实验)》,首次在信息技术科目中设立了“人工智能初步”选修模块,标志着我国高中人工智能课程的正式起步。? 

我国的新课程标准颁布后,教育部评审并通过了分别由教育科学出版社、广东高教出版社、地图出版社、上海科技教育出版社和浙江教育出版社出版的5套高中《人工智能初步》教材,并开发了相应的教辅材料,包括教师用书和配套光盘等。为了配合中学人工智能课程的实施,国内也推出了一些适合中学生学习与体验的人工智能软件和网络资源。另一方面,一些高校的本科生、研究生也逐步关注中学人工智能教育的开展并将其作为毕业论文的研究选题。一些师范院校适应形势要求,已为师范生开设了与此相关的选修课程。? 

2 人工智能的教育及教学条件现状? 

通过对本人多年的教学过程进行总结,我校的《人工智能》课程教育现状可总结为如下几点:? 

(1)理论知识充裕。但与实践相脱节,特别是在智能科学技术的教育教学方面。尽管知识面相当广泛,而人工智能理论的普及教育以及智能技术的开发与应用仍然十分滞后。? 

(2)同其它普通高等院校一样,在本校,人工智能技术的研究与应用尚未普及,甚至比不上其它院校。这不利于培养学生的科研兴趣及创造精神。? 

(3)缺乏配套实验教材,实验教学内容缺乏,无法培养学生的研究能力和创新能力。只有开设实验项目,才能使人工智能的相关知识具有研究性和综合性。? 

(4)对中小学智能教育的深度及教学方式、教学特点缺乏研究。做为师范类院校,我认为在对学生进行基础知识教育的基础上,要紧抓中小学智能教育的特点对师范类学生进行相关的教育与培训。? 

相对于教育现状,我校的《人工智能》课程教学条件现状要稍好一些,其状态如下:? 

(1)教材使用国家级规划教材,此教材非常系统地介绍了人工智能的基本原理、方法和应用技术,适合本科及研究生使用。在我们的授课过程中,也会适当为学生提供相关的国内其他先进教材,如中南大学蔡自兴教授的《人工智能及其应用》等。? 

(2)为了促进学生自主学习,我们准备了多种类型的扩充性学习资料,加强学生主动学习的意识,包括:课程相关杂志和书籍目录,以及部分重要的参考文献,与人工智能相关的网络资源如优秀BBS、新闻组、网址等。 它们包括了大量的文献资料、本领域研究的前沿动态等。 使用表明,学生非常乐于查阅这些资源。 使学生能通过使用这些资源进行一些人工智能程序设计,探讨一些问题,在课堂讨论中展示他们的收获。? 

(3)校园网的普及与不断优化使本课程有优良的实践性教学环境,能充分满足教学需要。我们拥有较充足的多媒体教室和网络教室,为实现本课程教学提供了物质保障。在网络资源建设方面,全校办公室、教室、学生宿舍和教师宿舍都以宽带网相连,这些硬件设备对本课程教学发挥了重要作用,使本课程教学质量得以明显提高。? 

3 人工智能教学方法及手段的改革? 

针对我们现在所采取的教学方法,我认为存在许多不足,如教学方式比较单一,教学内容偏重理论讲解等,为此,提出以下教学方法的改革:? 

(1)通过多种途径激发学生的学习兴趣。课程的学习效果,直接受到学生兴趣和参与意识的影响。一般来讲,《人工智能》作为一门前沿课程,开始学生学习兴趣很大,当开始接触到抽象理论知识及部分算法时,学生往往感到不易接受。 我们通过各种途径和方法, 激发和培养学生的学习兴趣,包括鼓励学生参与某部分知识的扩充性资料查找,预留一定时间请学生负责对此内容进行讲解,布置学生对某个基本成型的实验进行纠错及验证,降低问题解决的难度。学生因此产生兴趣从而做更深度研究。? 

(2)进行启发式教学。 我们可以尝试在教学过程中不断提出问题请学生思考,启发学生求解这些问题,鼓励学生提出自己的猜想和解决方案,然后摆出教材中的解决方案,并与同学所提出的观点进行分析和比较,这足以加强学生学习的主动意识和参与意识,提高学生学习的积极性。? 

(3)课堂辩论与交互式教学。 组织课堂辩论,讨论的议题可定位为譬如人工智能是否能超过人类智能等有争议的问题。学生通过对这些问题展开激烈争论,激发了学习潜能,明确了学习目标。当然师生间的交流方式还有很多,如邮件互发、QQ留言等,也可在课程网站中的互动平台进行交流。? 

(4)分层次因材施教。 在授课过程中,通过对每个具体学生的学习进度、课堂作业情况进行及时评估,对学生提出进一步的学习建议和指导, 实现个性化的教学。 对优秀学生探讨,可以在教学设计和实验设计中要求其选作部分探索性、创新性的功课和实验,以发挥学生个性优势。对于有意于将来从事中小学教育的学生可以在机器人及人工智能技术发展现状等知识层面对其做问题讲解。而那些看似缺乏兴趣的学生,我们可以用多媒体手段如播放人工智能相关电影及科学小片引起其兴趣,实行逐步引导的教学过程。? 

另外,我们可以尝试双语教学。 采用中文教材和讲授的同时,注重在课程中的关键词同时用英文表示,并适当指定英文参考短文和英文参考书。使学生能够接触国外文献资料,加深对学习内容的理解,获得更宽广的知识。我们也可以在教学内容安排上,注重理论联系实际,将一些人工智能网络上的虚拟实验给学生进行课外上网练习,从而使学生了解算法的具体运行过程, 通过参与达到知识的理解,掌握基本方法和技术。? 

 

根据现有的条件,我们在教学中可以采用多媒体教学和网络课程教学相结合的方法,充分利用多媒体的丰富表现形式,利用网络课程的交互性、情景化等特点,构筑以学生为主体的《人工智能》课程现代教学模式。 对于抽象知识,可通过动画和视频演示,通过声音和图像展示人工智能的历史、人物和前景,做到学生直接而深刻地看到知识的内涵外延。网络课程能较好地实现交互并使学习过程情景化,通过网络课程的课堂练习和章节练习,教师可以评价学生的学习情况,并给学生提出学习建议,从而提高学生的研究力和创新力。我们也可以给学生播放中学《人工智能》课程课堂教学录像,以使学生看到初高中学生的知识范围及深度;同时给学生播放现有的《人工智能》科学成果,让学生看到理论背后的实践;也可以播放科幻片,激发学生想象的翅膀从而有兴趣把人工智能作为将来深造的方向。《人工智能》是一门较新的课程,改进教学方法和手段不仅要靠教师,也应增加硬件设备的投入。如果人工智能能采用智能辅助教学系统或机器人辅助教学过程逼真、形象,一目了然,这样可大大提高学生的学习效率,尤其是提高学生的观察判断能力、发现问题和解决问题的能力。? 

4 人工智能实践教学设计的探讨? 

我们可以在教学过程中,适量开设一些实验和设计,提高学生的动手能力,并加深他们对理论知识的理解,降低理论的抽象度,提升理论的实用性。在近两年的教学过程中,我们会适量加入一些人工智能语言的教学过程。例如,在讲解了“野人与传教士过河”等问题后,我们可以让学生使用Visual Prolog或者C ?++?对算法进行实现;在讲解 TSP 问题的遗传算法解决案例后,指出编码方案、初始种群大小、进化代数、交叉率变异率等因素对求解结果的影响,并要求学生通过实验的方式来分析、理解这些问题,并提出“寻找更有利的解决方案”等问题。把学生的兴趣激发后,为解决这些问题,学生会在课外主动查阅相关文献、相互讨论以实现他们所设计的方案,这样既培养了学生善于钻研和勇于创新的精神又提高了学生的实践与创新能力。? 

参考文献:? 

[1] 熊德兰,李梅莲,鄢靖丰.人工智能中实践教学的探讨[J].宿州学院学报,2008(1).? 

篇3

游业强:作为深圳市龙华区首批“智慧学校”实验学校,经过数年探索、实践、思考后,我们提出了“智慧育人,育智慧之人”的教育理念。智慧教育是以美德为支撑,以能力为核心,以提升学生综合素养为目的,培养有现代意识、时代视野的未来公民。智慧教育是“求真知,做真人”校训在新时期教育背景下发展而来,是上芬小学承前启后、继往开来的办学思想的延续,是新的办学理念与办学成果的体现。

《教育》:您对智慧课程再构建有哪些想法?

游业强:电子教学并不是课堂教学的唯一x择,教育现代化、国际化也不等于简单的实施教育技术化、课堂电子化。本人认为:真正优秀的教育缘于投入,而投入的关键在于优秀教师与有趣的教学相结合。上芬小学的“3H智慧课程”,就是基于课堂内容的再构建,基于实践性和操作性的灵活把握,基于教育教学综合能力、文化审美和身心健康的融合,在不依赖电子课堂、不依赖科技技术的前提下实现育人目标,从而实现办学品牌的形成。

《教育》:智慧教育与全面提升学生核心素养有哪些关系?

游业强:开发适合学生发展、适合学校发展、适合时代需要和为未来公民做准备的课程体系,是一名优秀校长应尽之责。智慧教育与全面提升学生核心素养是学校教育内涵的生命线;比如,我们学校开发足球、机器人、创客、水墨国画、数码摄影及智慧生活等系列课程,能有效补充国家基础课程和地方课程的不足;而且在教育教学中,重视实践操作,重视活动体验。

《教育》:为什么说智慧课程必须要不断的生长与完善?

游业强:我们在教育实践中,重新定义了智慧课程,因为课程不是一本书,而是对孩子思想情感、生命成长的有效影响,生活中的一切都可以是课程。上芬小学开发的智慧课程应用于课堂教学之后,老师们在“怎样教”和“教什么”上有了很大进步,打破了原有的学科壁垒,不得不在“怎么教”上做深入细致的思考与探索,这也与国家课改中“要建立开放而有活力课程”相吻合。所以,智慧课程必须要不断的生长与完善,才会具有顽强的生命力。

勇立时代潮头的学校

深圳市龙华区上芬小学创办于1976年,现有教学班34个,学生1720名,教职工105人,其中省、市级名师28人。2017年9月将搬至新校址,办学规模也将扩至48个教学班。新校址位于腾龙路与简上路交口,背靠中海锦城,东邻和公馆花园。占地2.46万平方米,总投资1.4亿元,是龙华区又一所功能先进的现代化学校。新校建有艺术楼、机器人博物馆、图书馆、体育馆、科学馆等。

学校认为:“智慧之人”首先指向“德”,指向人的品质,“智慧之人”应是具备美德的人,具有“真”和“善”的品质;教育是与时俱进的,“智慧之人”也一定是适应“未来”之人,他们是有现代意识、时代视野的未来公民,“智慧之人”应有“仰望星空”的志向,亦有“脚踏实地”的意志;“智慧之人”不仅是聪慧的,更是“敏于行”、有强大实践能力,并在实践中能够体会到幸福与快乐的人。此正是上芬小学“智慧上芬人”的三个标识。“2017年FIRST工程挑战赛华南区选拔赛”之前,上芬小学机器人创客实践室学生代表参加了由深圳市教育局、深圳市教育技术中心联合举办的“2017年深圳市中小学电脑机器人活动”,学校派出9支学生代表队分别参加4个项目比赛,学生陈尧夺得“机器人足球比赛”项目第一名,也成功实现了连续4年该赛事卫冕;该项比赛全市100多所中小学参加,上芬小学“机器人足球”“机器人灭火”“FLL动物之友竞赛”等项目5支代表队获得晋级。除了以机器人、摄影、水墨、民乐合奏团、文学社为代表的智慧社团,学校还开发“3H智慧课程”,契合学校“快乐学习、学会学习”学风建设,达到减轻学生课业负担,拓展学生成长空间的目的。学校先后出版《语文智慧教育探索》《墨趣》《智慧生活》《跟着课本去旅行》等教辅用书。通过“3H智慧课程”建设,学生综合素养显著提升。据“广东省义务教育均衡街道”“深圳市办学效益评估”调查结果,上芬小学综合满意度超过95分,学校成为学生、家长和社会各界高度认可的优质学校。近3年,师生获得区级以上荣誉达1159人次。

校长游业强在任深圳市清湖小学校长期间,将一所村办小学打造成具有教育特色的“航母学校”,校长岗位13年来,创造了一系列教育典型。游业强任上芬小学校长后,百尺竿头,更进一步;学校继续沿着培养“时代视野”为标识的智慧学生迈进。近年来,学校毕业生成为深圳名校的抢手生源,学校因此先后获全国青少年文明礼仪教育示范基地、广东省水墨国画和摄影特色教学实验基地、广东省红领巾小社团、深圳市中小学教师专业发展基地学校、深圳市中小学创客实践学校、深圳市足球特色学校、深圳市“智慧校园”示范校、深圳市教科研先进单位、深圳市艺术教育先进学校、深圳市中小学生综合素养培养试点学校等荣誉称号。

“3H智慧课程”解读

上芬小学是深圳市龙华区首批“智慧学校”实验学校。学校认为:培养什么样的人,如何培养人,是教育永恒的话题。上芬小学经过多年探索与实践,提出“以智慧育人,育智慧之人”的智慧教育理念。“智慧”既是育人目标,又是育人手段,必然成为学校办学特色与构建课程的关键词。学校以“智慧”为关键词进行顶层设计。“3H智慧课程”突出智慧教育,是实现智慧育人的重要载体。“3H智慧课程”是在国家课程总目标基础上,结合学校智慧教育理念,通过校本课程整合,从课程统领、课程规划与建构、课程实施三个维度实施课程改革。三个维度既是自上而下的引领,又有自下而上的互补与创新。在“慧心课程”“慧思课程”“慧行课程”中取“慧”字的首字母,合称“3H智慧课程”,又如三个齿轮一样咬合、叠加,螺旋推进,共同培育“智于心,明于思,慧于行”的智慧学生。

上芬小学课程改革的规划、建设、实施,都带有自己特定的标识,如英语配音、语文国学、趣味数学相互拓展。据介绍,“3H智慧课程”以“拓展”为途径,以“体验”为过程,促进学生自主发展。学校每天下午第三节课,教师实行走班制,根据教学实际和学生发展需要开展课程。“3H智慧课程”以课程表的形式落实在课堂、功能室及社区活动场地,教师是智慧课程的开发者,也是课程的实施者。学校规定,每学期至少有一次大型智慧教学展示活动。此类活动已成为深圳市、龙华区品牌教研活动。过去一年,学校以智慧教学为核心,将“智慧课程”落实在操作层面,形成看得见、摸得着、学得到的教学成果。

学校建立“学科教学;综合实践活动;班队活动;社团活动”四位一体教学体系,如“慧心课程”既有《品德与生活》《品德与社会》的学科教学,也有“手拉手工程、义工工程、当家工程”及“职业体验俱乐部”综合实践活动;“慧行课程”实行学生走班制,学生选择不同的课程走向不同教室,形成自学与互学的学习氛围;“慧思课程”实行导师走班制,负责不同课程的教师共同负责一个班级。这样,每一天,每一名孩子都能享受不同的智慧教育,满足学生全面发展、个性发展的需要。

V东省南粤优秀教师、上芬小学教师发展中心主任陈燕香说:这种课程内容与形式的再整合,以学科单元或知识点统领教学内容,将知识、经验与生活相结合,学生能学到连贯性的知识与技能,并能做到学以致用。“光影课程”“FT机器人课程”“星光点点文学课程”整合后,出现一种视界融合的教学景观:机器人社团的孩子用现场演绎的方式,展现科技魅力;而摄影社团的孩子,用镜头记录机器人社团的精彩校园生活;文学社社团孩子,则用文字为镜头润色。

近年来,全国不同省份学校相继来到上芬小学取经,“3H智慧课程”教学模式走向天津、杭州、桂林、重庆等地学校。浙江省特级教师蒋军晶到上芬小学仔细研究了“3H智慧课程”后说:我很欣赏这种自主开发、高度整合的课程教学模式,在引导学生自主学习上是一次重大创新。上芬小学基于教学、学生综合素质培养的教学智慧,被深圳市授予首批“教师专业发展基地学校”称号,《南方都市报》《广东教育》及深圳教育新闻网以不同方式对上芬小学“3H智慧课程”进行专题报道。

智慧学生的别样风采

在上芬小学校园,随处可见学生摄影、水墨作品,校长办公室也是用学生作品装饰。学校现有机器人、数码摄影、水墨国画、文学社、朗诵社、女子足球队、舞蹈队、民乐合奏团等20多个学生社团。退休教师邓建昌主动向学校提出建立“小小实验家”社团,组织学生进行科普活动。学校100%学生参与社团活动,学生摄影作品分别在《摄影之友》《特区教育》等杂志发表110多篇(幅),学生水墨画作品获区以上奖项740余人次;学生摄影与水墨国画在深圳市少儿图书馆、宝安群艺馆、新区文体中心展览13次。目前,学校既是广东省国画特色教育与创作实验基地,也是广东省摄影特色教学与创作实验基地。“星光点点文学社”创办至今,已经编辑出版《星光点点》校报33期,在各级报纸杂志发表文章560余篇,被评为“广东省优秀红领巾小社团”,被深圳报业集团定为“学通社小记者站”。在各级比赛中,学校智能机器人实验室学生7次获区级冠军,5次获市级冠军,2次夺省级冠军,1次拿到全国金牌。

在学校活动中,拿着“长枪短炮”拍照的是“童心飞扬”摄影小社团成员,他们是“生活即教育”的最好实践者。社团负责教师贺剑辉说:我们的初衷只是让学生熟悉相机,用镜头记录童年生活;在教学实践中,发现学生通过摄影不仅身心得到健康发展,审美与创新素养也得到了极大提升。2010年,上芬小学申报摄影教学课题《小学数码摄影教学探索》成为区重点课题,由此开启了学校探索普及摄影教学的时代。

摄影教学以小组形式为主,课堂教学与课外活动采取“实践、点评、再实践”循环教学法及小团队合作实践法。比如:以拍摄某主题为契机培养学生合作、操作与沟通能力,拍摄期间有教师跟踪指导,及时发现问题、解决问题,并作总结性分析;学生逐渐学会理解与拍摄方法,通过电脑制作、整理图片达到教学目的。同时,社团在进行循环学习期间,经常穿插作品欣赏、名家作品分析及学生作品观摩等,以提高学生的审美与欣赏能力。

科普机器人成为提升学生信息素养的重要阵地,目前在龙华区乃至深圳市都小有名气。学生从三年级开始学习机器人课程,五年级学生已经可以“玩转”编程,让不少教育专家大为惊叹。青少年机器人世界杯组委会主席、哈佛大学教育学博士艾米・江口(Amy Eguchi)女士,以及青少年机器人世界杯中国区主席、中科院自动化研究所博士李实等人,曾慕名来到上芬小学,高度肯定了学校普及机器人教学与培养方式,并愿意为机器人教学提供经验和技术支持。

“3H”同行:每一学科都写满故事

学校认为:教育无时不在创造智慧,以“3H智慧课程”为载体的智慧教育,成就了智慧学生、智慧教师、智慧学校的整体功能。“3H智慧课程”下的“慧心课程”是在国家课程框架内,以学科为基础进行整合与重构。首先,“慧心课程”整合为“智慧语文”“智慧数学”等7个学科。每一个学科课程均有独特的智慧标识,如“智慧数学”,学校教师黄爱华组成课题组,构建“基于问题”的数学课程,课程学习从“大问题”开始,提供“大空间”,最终呈现“大格局”的智慧景观。游戏是少年儿童的天性,体育与健康教育遵循这一规律,重新构建课程内容,不论是田径、篮球等常规课程还是“快乐足球”校本课程,都散发出一种寓教于乐的智慧。“慧心课程”是“3H智慧课程”的基础,占有核心地位,是学生品德素养、学习素养、审美素养等核心素养的主阵地。“慧思课程”则是基础课程的延伸和拓展。少年儿童作为“快乐的体验者”参与到课程活动中,既有灵动的“国学堂”,又有时尚的“英语配音秀”;有引人注目的“趣味数学”,还有流连忘返的“阳光体育”;课堂不再局限于班级教室,由课堂走向操场、功能室、社区等广阔天地。

“慧行课程”以满足学生个性化发展而构建,它以教师特长与学生发展需要相结合,实现课程的“私人订制”。学校的摄影社团、文学社团、机器人社团由此分别走进“光影课程”“星光点点文学课程”,在“慧行课程”中,学生不仅是体验者,也是实践者,更是成功的“创造者”。“慧行课程”开发与执行中,教师的教学观、学生观、质量观得以“刷新”和“升级”,不断体验个人成长与成功的幸福。上芬小学教师与“3H智慧课程”同行,每一学科都写满故事:

广东省南粤优秀教师陈燕香,深圳市教师评审专家库成员;深圳市中小学教师专业发展基地学校上芬小学负责人;深圳市首批“教师专业发展基地学校”继续教育课程主讲教师;上芬小学“智慧教学研究室”的核心成员。

语文教师马强国,人民教育出版社特聘教师;深圳市龙华区首批学科带头人;曾获得原宝安区首届班主任大赛第一名。

美术教师贺剑辉,小学一级教师;深圳市美术兼职教研员;先后主持、参与省、市、区重点课题研究;编著《童心飞扬》《墨影》《索摄拾文》《墨趣》等教育文集;作品在宝安区艺术馆、深圳少年儿童图片馆展览;所教学科已成为深圳市美术继续教育实验基地。

数学教师陈觯深圳市中青年骨干教师;在参加市、区课堂教学比赛中,其数学的本真教育获得广泛好评,参与出版《数学“三味”》等文集。

语文教师张慧,深圳市教坛新秀;龙华区首届中青年骨干教师;龙华区“卓越课堂”大赛语文学科一等奖获得者;曾获原宝安区第三届教师综合素质大赛一等奖;合著《语文教育智慧探索》《跟着课本去旅行》;编著《点点星光》一书;辅导学生发表作品100余篇。

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人工智能是计算机和核心专业课之一。然而,目前大部分课程仍然以基于讲义的教学(lecture-based learning,LBL)为主。已经有了不少关于人工智能实验课的教学改革,例如双主体意识和沉默式教学法相结合、基于Prolog的实验课程设计。同时,近几年出现了不少好的教学思想和理念,比如结合基于问题的教学、大班授课小班讨论、实践技能培养等。有鉴于此,结合人工智能课程的特点、结合本校和本课程组的实际情况,本文提出对人工智能实验课的三点改进。第一,基于基于问题的教学理念整合实验内容。将过去分散的,独立的实验和大作业整合成四到六个包含作业和实验内容的问题。然后请学生通过解决这些问题来学习和巩固相关内容。第二,根据小班讨论的方式改革实验考核方式。在实践当中,往往每个人的基础和学习能力差异较大,有时还会各有所长。因此,小班讨论的方式有利于相互促进。第三,结合实践技能培养的目标来更新实验工具。目前已有的实验方案甚少考虑将来的实践,例如在实践当中应用Prolog语言就非常少见。本文提出的实验设计方案大多基于C++和Java等常用语言,更包括机器人平台上的通用编程方法,力求让学生通过人工智能实验课能够提高实践能力。

在接下里的内容中,本文首先分析课程的现状。然后,在第三节中将介绍一些新的教学思想和理念。第四节将重点阐述对人工智能实验课的三点改进,最后是本文的总结。

1课程特点

1.1人工智能课程的内容和特点

人工智能是计算机科学的一个重要分支。它是一门涉及数学、计算机科学、控制论、信息论、心理学和哲学等学科的交叉学科。本课程作为计算机科学与技术专业的核心课程之一,将着重介绍人工智能研究中最基本的、最经典的理论和方法,以及当前在这一领域中的研究热点和成熟应用成果,是一门理论与应用相结合的课程。

人工智能课程重在讲解如何利用计算机来模拟人脑所从事的感知、推理、学习、思考、规划等人类智能活动,以解决需要用人类智能才能解决的问题。人工智能涉及自主智能系统的设计和分析,与软件系统、物理机器、传感器和驱动器有关,常以机器人或自主飞行器作为例子加以介绍。一个智能系统必须感知它的环境,与其它Agent和人类交互作用,并作用于环境,以完成指定的任务。

人工智能的研究论题包括计算机视觉、规划与行动、多Agent系统、语音识别、自动语言理解、专家系统和机器学习等。这些研究论题的基础是通用和专用的知识表示和推理机制、问题求解和搜索算法,以及计算智能技术等。此外,人工智能还提供一套工具以解决那些用其它方法难以解决甚至无法解决的问题。这些工具包括启发式搜索和规划算法,知识表示和推理形式,机器学习技术,语音和语言理解方法,计算机视觉和机器人学等。通过学习,学生能够知道什么时候需要某种合适的人工智能方法用于给定的问题,并选择适当实现方法。

1.2本校及课程团队实际特点

在我校,最早是由计算机学院智能所的余永权和曾碧等教授面向计算机专业本科生进行讲授的。课题组从一开始就注重教学大纲和教学进度的统一,试卷和评分标准的一致,注意采用多种教学手段,以利于学生对这门课程的学习,并得到了广泛的好评。几年来,计算机学院一直十分重视本课程的教学和课程建设,历届担任本课程教学任务的教师团结合作,交流教学心得,相互学习,取长补短,始终以高度的责任心和饱满的热情投入教学。

人工智能是整个计算机科学领域中发展最陕、知识更新最快的学科之一。任课教师紧跟时代脉搏,积极开展科学研究和应用实践,不断更新知识结构,充实教学内容。并且,针对反映近年人工智能领域的快速变化的模糊控制、机器学习和数据挖掘等热点技术展开教学研讨,厚积而薄发,并已出版了多本专著,如:《神经网络模糊逻辑控制》,《模糊控制技术与模糊家用电器》,《单片机模糊逻辑控制》,《计算机接口与通信》,《单片机在控制系统中的应用》等。近三年来课题组共获得两项国家基金,四项省基金的资助。

2新的教学思想和理念

2.1基于问题的教学

教学模式指在一定的教学思想指导下为保持某种教学任务的相对稳定而具体的教学活动结构。目前主要的教学模式包括:LBL教学模式(lecture-based learning,LBL)、CBL教学模式(ease-based learning,CBL)、PBL(problem-based learning,PBL)教学模式等。其中,CBL是最传统的教学方法,以传授知识为教学目标,强调学科知识的系统性和完整性。它使学生形成逻辑清晰、条理简明的知识结构,但是不能很好地调动学生的学习积极性。CBL首先要求筛选典型案例,通过对案例的讲解,让学生在发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的过程中,学习和掌握相关知识。PBL的教学设计有几个固定的环节,组织小组、设置问题、行动进展、结果汇报和反馈。它强调学习者之间的交流合作、多种学习途径的整合及外部支持与引导在解决问题中的作用。它以学生为主导,锻炼学生自主解决问题的能力和团队协作能力,培养学生的创新能力,提高实践中人际沟通协调能力,实现主动学习。

2.2大班授课小班讨论

“大班授课、小班讨论”是研究性学习的简称。研究性学习是以“学习活动”的形式呈现,即学生在教师指导下生活中选题,用科研方式主动获取知识解决问题的学习活动。它是一种以学生自主性、探索性为主的学习方式。它以“学会学习”为总目标指导学生转变学习方式,强调为用而学,围绕解决实际问题学习,引导学生主动获取知识、重视实践。它使学生在思考如何解决实际问题的同时学会关注社会和人生。这是实现知识、能力和素质协调发展的有效途径。一般来说,这种教学需要课对课程重新划分,将课程内容分为精讲部分、略讲部分、自学部分以及研讨部分。

2.3实践技能培养

高校计算机类专业大学生实践技能培养目前仍然依赖于实验课程教学。但是,高校计算机类专业的知识更新较快,给我们带来了很大压力。实践技能培养与实验教学体系相结合,是实践技能培养体系的基石。实验教学不只是理论教学的附属环节。中共中央国务院在《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》中明确指出:“实施素质教育,以培养学生的创新精神和实践能力为重点。”对一、二年级学生来说,实践技能培养是打基础阶段;对已经具有一定学科知识基础的二、三年级学生,应该注重学生实践技能及创新思维的培养。我们可以将实验教学分为设计性、研究性、应用性实验3类,对高年级学生着重培养实践能力和创新能力。

3对课程的改进

目前的很多改革也在朝PBL的方向发展。另一方面,还有不少踢出要反转课堂的,其实也是增加主动性和讨论性。同时,也有不少课程改革讨论考核方式的转变。实验教学的改革正式方兴未艾,多种形式的培养学生实践能力更是重点。有鉴于此,自2011年以来,课题组响应学校号召积极学习PBL。

课题组在有限的范围和符合客观条件要求的前提下逐步开展相关改革:首先将课程的引入以及例题的设置改成学生探索性解决问题的过程。具体来说就是对于一般性的作业,取出部分内容简单适合建立感性认识的,提前一节课布置。尽管这样做会有部分学生无所适从,但是经过几次训练之后,学生探索知识内在结构的能力得到了极大的提高。然后,针对本课程不同分支间的联系,我们推出了在条件允许情况下类似课程设计的大作业。这类大作业作为学期的最后一次作业,能够体现知识点之间关联性和实用性。尽管受制于作业本身形式的限制,它仍然打破了课程不同分支间的壁垒,让学生能够活学活用,深入掌握工程科学应用的精髓。最后,课题组正在尝试一种竞选作业的方式,来结合机器人和仿真平台,利用提问演示的方式提供PBL教学中必要的问题及解决方式展示。竞选作业就是让有兴趣的学生,以自愿参加为原则的,为机器人和仿真平台编写程序。教师给出要求和模拟器,学生自由组队参加,最后教师从中选取一到两个加载演示。尽管上述活动在客观条件限制下,参加的人数有限,但在目前不具备专用实验室,缺少足够的实验设施的情况下,它是很好的推动PBL的方式。

篇5

在课堂上组织实验班的学生观看了人工智能的《开学第一课》,主要是“什么是人工智能”、“如何制造人工智能?、“New Google AI Can Have Real Life Conversations With Strangers”等内容,很有收获。但是在观看过程中发现很多的人工智能相关联的知识,比如JAVA、大数据、Python、人工智能、物联网、数据分析、H5/WEB前端、嵌入式、Linux、C语言、单片机、C++等解根本看不懂,发现自己的很多方面都需要补课,不然每次培训老师讲解的专业东西还是理解不了,这对于我们教师和学生都是一个难点。也断断续续参加了各种形式的培训,和同仁们交流起来总体感觉是没有系统化,特别是参加了祁荣斌博士组织的磨课,和同事们讨论起来感觉层次太高,有些内容也是理解不了!学生和学生的学习和生活环境比较起来也存在地域差异性导致了学生接受人工智能相关教育程度深浅不一,而且面向高中生的课本难度很大,很希望能有个机会从零基础开始系统化学习人工智能,这样才能更好的教好学生,这一点线下交流的时候是很多老师的心声,期望能在领导和专家的引领下实现。

篇6

基金项目:本文系宁波市服务型教育重点专业子项目物联网工程专业实践教学体系建设(文件号:甬教计[2009]359号文件)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)28-0106-02

“十二五”期间,从全国到浙江省宁波市,以物联网为特征的产业导向是产业结构优化调整的一项重要内容和重要举措,对于提高总体的经济实力和技术水平具有举足轻重的作用。在此背景下,浙江万里学院(以下简称“我校”)于2011年7月申报了物联网工程专业,并于2012年2月在《教育部关于公布2011年度高等学校本科专业设置备案或审批结果的通知》(教高[2012]2号)中得到了批复,浙江省首批物联网工程专业高校达到四所,浙江万里学院成为目前浙江除杭州外唯一拥有物联网工程本科专业的高校。物联网工程这个新专业与实际紧密结合,应用范围涉及到了社会的各行各业。[1,2]正是由于其处于初始阶段,且与现有专业相关的技术知识体系存在较大的差异性,使得该专业的教学模式不能照搬现有专业的教学模式,[3]而必须探索新的教学模式和方法,以适应社会对于物联网工程专业人才的需求。[4]

一、“物联网工程导论”课程目标

“物联网工程导论”是物联网工程专业学生学习的第一门专业基础课,其主要目的是使学生了解物联网的基本概念和相关技术,对物联网在各个领域的典型应用有所认识,[5]在此基础上了解物联网系统的整体框架,明确物联网工程各个专业课程的意义和课程之间的关系,为后续的学习打好基础,同时激发学生的学习兴趣。因此,设计“物联网工程导论”课程时,不应该把重点放在核心原理上,而应该注重基本概念的理解和对物联网系统的认识。[6]

二、“物联网工程导论”教学模式和教学内容

物联网工程专业是一个新的本科专业,包含的技术和概念较多,如何精心设计课程内容来帮助学生理解相关的知识,激发其学习后续课程的兴趣,是教学工作的关键。因此,为了培养学生主动学习的能力和学习兴趣,提出了“内外结合、联系实际、项目驱动”的教学模式和方法,即教师授课与专家讲座相结合,课堂教学与实际产品体验相结合,以项目为驱动,推动整个课程的教学。

1.课程总体教学规划

在内容上,“物联网工程导论”课程侧重于物联网的应用、技术、服务、知识体系以及作为物联网工程师的合格人才标准,涉及到的技术包括RFID技术、WSN技术、常见组网技术和应用开发技术等。在授课方式上,采用课堂讲解与企业参观相结合、学校老师和业内知名专家相结合的方式。通过这种课程安排,自下而上对物联网的应用案例、技术支撑、知识体系进行讲解和讨论,一方面让学生对企业实际的物联网项目和人才需求有所认识;另一方面,使得学校在物联网工程专业人才培养方面,形成以本地物联网企业的实际情况为依据,以地方物联网产业的发展为依托,树立应用创新型人才培养的目标,强调应用创新和实践创新的结合,从而创建以培养应用创新能力为核心的实践教学体系。

2.课程内容分析

以课程总体教学规划为基础,设计了“物联网工程导论”课程的内容,详细安排如表1所示。

第一讲主要介绍物联网在国内外发展的近况,了解物联网发展需要经历的几个阶段和我国目前物联网发展所处的阶段,了解物联网在各行业的应用和发展前景。第二讲安排宁波市智慧城市建设领域专家为学生讲课,让学生了解智慧城市的发展历史,了解智慧城市的整体架构,理解物联网与智慧城市的关系,熟悉宁波市智慧城市建设的现状和发展前景。在此基础上,第三讲安排学生参观宁波市智慧城市建设应用成果展示厅,亲身体验物联网技术在智慧城市建设中的各项成果和应用。在研讨课环节,引入物联网产品创意设计比赛,以小组为单位,根据前两次课对智慧城市应用领域的学习和参观,设计一款理想中的物联网产品,比赛分为初赛和决赛环节,在初赛中表现出色的团队进入决赛。在“物联网应用体验——手机控制家电”环节,利用学院已有的实验条件,向学生介绍手机控制家电的原理,熟悉控制信号的流程,了解应用程序和硬件之间的接口和开发流程,同时提供手机客户端的应用程序,使得学生可以现场安装,现场体验,激发学生的兴趣。在物联网设计作品与分析环节,以高年级同学进行电子设计大赛的成果为基础,展示与物联网相关的作品,通过视频和现场演示等多种手段,向同学们展示触手可及的物联网产品,解开物联网技术的面纱,排除技术等因素给学生带来的困惑。

三、“物联网工程导论”教学实践

以“内外结合、联系实际、项目驱动”的教学模式和方法为参考,采用“走出去、请进来”的策略,结合“项目驱动”的物联网产品创意比赛,进行了“物联网工程导论”课的实际教学。

1.走出去——智慧城市建设应用成果展厅参观

宁波市是我国首批进行智慧城市建设的试点之一,物联网为智慧城市建设提供了坚实的技术基础;反过来说,智慧城市是物联网技术的重要应用领域。从已经举办两届的“中国宁波智慧城市技术与应用”展会来看,很多基于物联网的产业和应用都已经服务于智慧城市的方方面面,物联网为智慧城市提供了城市的感知能力,并使得这种感知更加深入和智能,从而实现市政、民生、产业等方面的智慧管理。

利用宁波的地域优势,在“物联网工程导论”课程中引入智慧城市建设应用成果展厅参观的环节,有利于学生更好地理解和体验多种物联网关键技术的应用场景。在参观过程中,学生对智慧城市应用成果展厅中展示的云计算技术、互联网技术、物联网技术和RFID技术表现出极大的兴趣。通过实物展示、应用系统演示、现场体验、动态更新等多种形式,学生形象直观地了解了智慧城市建设十大应用体系的建设成果,其中包括智慧社会管理、智慧公共服务、智慧健康保障、智慧交通、智慧物流、智慧贸易、智慧制造、智慧能源、智慧文化服务、智慧安居服务首批共36个应用成果,为后续的物联网产品创意比赛提供了灵感和素材。

2.请进来——智慧城市建设专家讲座

由于物联网工程是新建专业,因此,在人才培养方向方面,需要充分考虑宁波本地经济对物联网人才培养的需求,及时了解本地物联网产业的发展趋势,适时地调整专业方向,合理设置培养目标、课程体系和教学内容,以更好地服务于区域物联网产业链。在“物联网工程导论”课程中引入专家讲座的环节,既有利于学生熟悉物联网相关的专业背景知识,又能够使学生了解企业实际的项目和用人需求,尽早树立自身的职业规划。

在本课程的教学过程中,邀请了浙江思创理德物联网(宁波)科技有限公司总经理黄生颜女士来我校授课。思创理德物联科技有限公司是中瑞思创科技股份有限公司旗下专注于物联网应用集成和市场开发的子公司,已成功开发并逐步推广服装供应链管理、数字化仓储管理、工厂精益管理、行业服务平台管理、防伪防窜货管理等系列RFID解决方案和关键产品。黄经理在向同学们介绍基于RFID技术的服装供应链管理的同时,引入了企业实际项目的运转和人才需求的现状,描述了物联网产业蓬勃发展的前景,鼓励同学们认真学好相关的专业课程,从而在毕业时能够成为一名满足企业需求的物联网工程专业人才,为宁波智慧城市建设和物联网产业的发展贡献力量。

3.项目驱动——物联网产品创意比赛

通过之前物联网产生的背景和发展前景的学习,结合专家对于智慧城市建设的介绍和对智慧城市建设应用成果的体验,在研讨课环节,引入物联网产品创意设计比赛,让同学们以物联网相关技术为基础,设计一款产品,解决日常生活中碰到的问题。

在实施过程中,让同学们以小组为单位,由组长负责协调,各成员进行项目的创意、调研和设计,最终形成产品文档和展示材料。在产品展示环节,组员以PPT、视频和实物演示等多种手段,对小组设计的产品进行详细的讲解,内容主要包括创意来源、用户场景、产品功能、技术规范和产品前景。在项目的评分规则上,主要包含创意、影响力和执行力这三个部分,占的比重分别为50%、30%和20%。其中,“创意”是指产品或者服务是否具有创新性和突破性,是否具有全新的功能或者在很大程度上提升了已有的功能;“影响力”是指产品或者服务的影响力有多大,是否会被大量的用户和机构所采用;“执行力”是指设计的产品或服务是否具有较好的商业可行性。在评分环节,每个小组对除自己以外的每个项目进行打分,各个小组的最后得分为总分取平均。

研讨课环节一方面增强了学生们对于课程的参与度,另一方面通过小组头脑风暴和讨论,培养了学生的团队合作精神和集体荣誉感,极大地提升了其对于本专业后续课程学习的兴趣。

4.课程评价

在合作式学习模式的基础上,参考学生在课程过程中的参与程度以及课堂表现,课程的评价包含自我评价、小组评价、项目评价和教师评价。其中,小组评价在小组内部产生,主要参考组员在物联网产品创意比赛过程中的投入和参与程度。项目评价主要参考小组项目的评分,即其他各小组对本组项目的综合评价。教师评价主要参考学生的出勤率、课堂参与度。这种评价方式已经在我校其他“项目化”课程及合作式课程中实施,从学生的反馈来看,这种综合、全面的评价方法比传统、单一的评价方法更加合理,它有效地减少了学生的逃课现象,提高了学习的自主性和参与度,增强了学习的兴趣。

四、教学效果

在浙江万里学院物联网工程新专业建设过程中,探索了“物联网工程导论”课程的教学模式和教学方法,并付诸了实践。从目前来看,学生通过该课程的学习,培养了专业的学习兴趣,增强了专业的学习热情,为后续课程的开展打好了基础。从培养学生的角度来看,物联网技术在飞速发展,对于物联网课程教学的探索也没有终点,必须总结现有的经验,不断改进和完善。

参考文献:

[1]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育,2010,(2l):26-29.

[2]桂小林.物联网技术专业课程体系探索[J].计算机教育,2010,(16):1-3.

[3]王志良,石志国.物联网工程导论[M].西安:西安电子科技大学出版社,2011.

篇7

随着国际学术交流的日益活跃以及国际化办学的趋势发展,借鉴国外著名大学的办学理念和管理模式,利用世界优质教育资源,提升教育教学水平,造就具有国际竞争能力的复合型创新人才,正成为我国教育改革与发展的新方向。

智能化是人类社会技术发展的必然趋势。作为计算机科学与技术专业课程体系中的核心课程之一,人工智能的地位正随着该学科的不断发展和其技术的广泛应用迅速提高,而且在非计算机领域,具有不同专业背景的学者也通过这个年轻的领域发现新思想和新方法。由于人工智能课程内容涉及计算机科学以及边缘学科的新理论、新方法与新技术,因此在该课程中开展全英文教学不仅可以让学生充分了解人工智能日新月异的发展,还可以促进本科教学与国际接轨,在培养国际化创新人才方面具有十分积极的现实意义。

2 当前国内全英文教学存在的主要问题

笔者对当前国内高校人工智能课程全英文教学的现状进行调查分析,调查对象为软件工程专业本科三年级学生,调研问卷共58份。调查项目、内容及结果见表1。

从项目1和2的调查结果看,大部分学生认为开展全英文教学有必要,其在提高英语应用能力、增强自己的就业竞争力以及了解国际前沿等方面有很大帮助。然而,由于全英语教学在我国尚处于起步阶段,进行全英语教学的效果并不十分理想,其教学试点与实践尚存在一些亟待解决的问题,主要表现在如下几个方面。

(1)对全英文教学的理解存在偏差。从项目3~5的调查结果看,教师不能正确处理好全英文教学与专业英语课教学的关系,使全英文教学变为纯英语课教学或专业英语课的翻版。大部分学生还是希望教学授课语言以双语为主或以中文为主、英文为辅,多媒体课件形式为中英文相结合。

(2)全英文教学达不到预期的教学效果。从项目6和7的调查结果看,虽然一些大学花了很大代价邀请国外一流教授专家讲授课程,但由于人工智能课程理论性强、难度大,学生很难适应全英文课程教学。

(3)缺乏内容全面和难度适中的教材。从项目8和9的调查结果看,一些大学在实施人工智能课程全英语教学时直接引进原版英文教材,但这对本科生来说,原版英文教材内容偏多、难度较大,学生学习时不免有诸多畏难情绪。

(4)师资匮乏。从项目10的调查结果看,学生对承担全英文教学教师的满意程度普遍不高。实际上,全英文教学对承担课程教学的教师要求很高,他们不仅需要具备专业知识,而且还要掌握英语应用技能,而现阶段国内高校中能承担全英语教学的师资仍然十分匮乏。

综上所述,如何改革全英文教学模式,讲授哪些教学内容,采用何种科学的教学方法与手段,是值得我们思考和关注的教学改革重点和难点。

针对以上这些问题,我们深入研究人工智能课程的特点,对现有教学模式、内容及方法进行全方位探索和改革,制订全英文教学计划,对促进教学工作、提高教学质量、培养国际创新型人才起重要作用,其重要意义具体体现在以下3个方面。

(1)探索如何将理论知识传授、综合能力培养与英语交流运用三者有机结合,建立全英文教学的新型模式,这将对更新教学理念和探索适合于计算机软件人才培养的教学方法产生深远影响。

(2)全英文课程教学能够让学生掌握最先进的人工智能国际前沿技术,开阔国际视野,有利于培养复合型、实用型、具有国际竞争力的高层次创新人才。

(3)全英文教学改革的探索与实践能够促进国内教育向国际教育迈进。

3 全英文教学内容改革

建立完善的全英语教学体系,需要有系统而完整的教学内容。我国计算机科学与技术本科专业人工智能课程课时一般只有36学时,因此我们需要考虑从什么角度组织教学内容,才能让学生比较容易地理解、熟悉和掌握人工智能的原理、方法与技术,从而显著提高教学效果。

与国内教学内容相比,国外教学更注重分析问题的思维方法和解决问题的应用能力,对提高学生的学习兴趣以及培养学生的创新能力十分有益,但是原版内容过多,且大多以国外政治、经济、文化、社会和生活为背景,对于我国学生来说,理解某些内容和背景比较困难。因此直接套用原版教学内容往往存在一定问题,我们需要在引进、消化和吸收国外经典教材内容的基础上,有选择性地挑选合适内容。国外经典教材编写思路不尽相同,一些经典人工智能教材及主要内容见表2。

人工智能的基本思想和主要内容是研究人类智能活动规律和用于模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。从表2中可以看出它们的共同点,即人工智能应围绕“智能”这个核心,但由于智能本身非常复杂,难以用单一的理论与方法描述,需要从不同的抽象层次刻画智能这个主题。我们认为,人工智能的主要内容可按图1所示划分为不同层次并确定讲授顺序。

在最底层,神经网络与演化计算(适应性原理与仿生机制等)辅助感知以及与物理世界的交互;抽象层反映知识在智能中的角色和创建以及围绕问题求解的知识的抽象、表示和理解;更高层则提出学习、规划、推理的模型和方式;应用层构造智能化智能体以及具有一定智能的人工系统,让计算机实现以往需要人的智力才能完成的工作。除了将人工智能课程的教学内容划分为这4个层次,为保证教学内容的循序渐进性,还可按照抽象层更高层最底层应用层顺序安排教学内容。

4 全英文教学模式改革的实施关键

针对以上国内全英文教学中存在的主要问题,我们提出人工智能课程全英文教学模式改革的实施关键,包括全英文课堂教学模式的重定位,“二三二”模式教学方法的改革,集先进性、前沿性和实用性为一体的教学内容创新以及全专业英语教学团队的打造。

4.1 全英文课堂教学模式的重定位

人工智能课程教学以培养学生掌握专业基础知识、培养实践动手与应用能力以及提高英语交流水平三者相结合为主要目标,分两个阶段进行,国内教师与国外教师共同授课。首先,国内主讲教师讲授人工智能课程的基础原理、模型和方法,可采用集中授课、案例教学和课堂实践等教学方式,使学生掌握人工智能的一般基础知识;在此基础上,再邀请国际知名外籍教师为学生讲授人工智能国际前沿技术,包括集中授课和专题研讨。经过基础学习,学生一般已掌握人工智能基础知识,因此对于外籍教师所讲授的学科前沿等内容能够准确理解和把握。与单纯采用全英文教学或单纯邀请外籍教师授课相比,该模式能收到较好的预期效果。“1+1”全英文双课堂教学模式如图2所示。

4.2 “二三二”模式教学方法的改革

实行全英语教学后,由于使用英文教材及中外教育背景存在差异等因素,我们在教学过程中对教学方法进行一定程度的调整和改进,包括全英文授课形式、案例教学、教学内容以及教学手段等方面;配合“1+1”全英文双课堂教学模式,提出图3所示的“二三二”模式教学方法,培养学生成为具有综合能力、创新能力、国际视野和英语技能的复合型人才。

该教学方法模式包括:(1)过渡式全英文与沉浸式全英语两大英语教学方式;(2)激励自主式、启发互动式、体验学习式三大学习法,激发学生学习兴趣,使学生牢固掌握人工智能基础理论与方法;(3)参与学习式和自我展示式两大学习法,培养学生综合运用知识的能力和创新能力。

在全英文课堂授课过程中,我们需要注重把握英语与专业的比例。首先,不能一味地追求全英文授课的形式而忽视教学效果;其次,还需要为学生提供一个良好的语言学习环境,在实际教学中注重培养学生良好的英语思维习惯,从根本上提高学生的英语水平。

人工智能课程包含大量概念,内容抽象,算法复杂,学生往往难以理解与掌握。将案例教学方法引入课程教学能有效提高学生的学习兴趣,获得较好的预期教学效果,但要达到理想的教学目标,仅仅靠课堂教学远远不够,还需要拓展第二课堂。有计划地邀请国外人工智能专家和教授到大学进行专题讲座,鼓励学生参加相关的课外科研/科技活动,使得学生能够体验式地、自主地学习,更好地了解人工智能新技术,从而进一步激发学生的学习热情。构建案例教学和课堂实践的双课堂教学模式,不仅能够丰富教学内涵,而且可以充实学科前沿知识并拓宽学生的国际视野。

4.3 集先进性、前沿性和实用性为一体的教学内容创新

除了引进、消化和吸收国外经典教材内容以外,我们还需要逐步建立起具有自身特色的教学内容,以保证教学内容集先进性、前沿性和实用性为一体。

(1)先进性。我们提出教学与科研相结合,以科研带动教学发展的新思路。教师可结合自己的人工智能及其相关领域的科研项目,将科研最新研究成果以及学科前沿知识进行梳理与优化并有机融入课程教学中,确保教学内容的先进性,有效提高教学改革的质量。

(2)前沿性。对人工智能发展较快的领域,如智能计算、数据挖掘等,还需更新和补充全英文教学内容,同时可以邀请国际知名大学教授共同研究与探讨教学内容,保证课程内容具有一定的前沿性,通过实现全英语教学保证课程与国际接轨。

(3)实用性。在讲授基础理论知识的基础上,还应注重实践的应用,增强学生的动手操作能力,以符合素质教育必须注重实践的要求。教师可结合教学中的基本理论知识,适当补充案例与实例,使得教学内容与实际相联系,丰富课程内涵并提高教学效果。

4.4 全专业英语教学团队的打造

师资力量直接影响教学效果。师资的匮乏是现阶段全英语教学面临的主要问题之一。虽然一些教师具有较扎实的人工智能学科功底,但不能熟练地运用英语进行授课,而有些教师则知识结构单一,缺少人工智能及其相关学科间的交叉与融合,因此我们需要多渠道、多层次地打造既具备专业知识,又具有学科交叉与融合能力,同时掌握英语技能的全英语教师队伍。将科研与教学相结合,利用与国外人工智能及相关领域学术带头人建立的合作关系优势加强交流与合作,争取申请国际合作科研项目,利用科研提高教师的教学质量、专业水平和英语技能。

5 全英文教学的具体实施

我们在软件工程专业本科三年级学生的人工智能课堂上实施全英文教学,具体实施过程如下。

(1)国际软件学院成立教学主管部门领导小组、从事教学研究的骨干教师组成的全英文教学工作小组以及由教学督导组成的监管小组,三者之间相互配合并共同促进,保障全英文教学工作的顺利推进与落实。领导小组对全英文教学的师资培训、人才引进、多媒体网络资源开发、实验室建设、教材编写等予以政策支持;教学工作小组制订全英文教学工作规划和年度计划;监管小组定期对工作小组的教学完成情况进行评估。

(2)在课程教学中,打破国内常规教学方式,建立开放式全英文教学模式,教学形式多种多样。教学方式以“1+1”双课堂教学模式为核心,以讲授与专题讨论相结合的方式,围绕基本原理、方法与技术展开教学,激发学生自主学习与创新学习的热情。

(3)国际软件学院在人工智能相关领域承担并完成了一批国家与省部级科研课题,而且取得了一些有影响的研究成果,形成了自己的学科特色和优势。2006年,国际软件学院聘请被誉为世界“人工大脑”领域先驱的美国犹他州州立大学计算机系Hugo de Gaffs教授担任武汉大学全职教授和学院国际人工智能研究室主任。

(4)聘请与国际软件学院有合作协议的国立首尔大学计算机科学与工程学院Bob McKay教授专职来校为本科生讲授人工智能技术前沿。同时,利用国外学者来武汉大学顺访的机会,请其为学生作学术报告,使学生了解国际最新人工智能技术,如邀请曾经在麻省理工学院从事过7年博士后研究的宋森研究员进行“理解大脑与仿制大脑”的讲座等。

(5)国际软件学院在遴选教师到与学院有教学和科研合作的国外大学进修时,优先考虑给本科生授课的全英文教师,并将全英文教学能力作为选拔条件,以教师的学术进修带动全英文教学建设,使学科和专业建设与全英语教学队伍打造相结合,全面推进全英语教学工作的开展。

6 结语

人工智能是计算机科学与技术专业的重要课程,目前正面临着知识更新和教学改革的紧迫任务。笔者以实施全英文教学为契机,针对目前国内全英文教学中存在的亟待解决的主要问题,提出人工智能全英文教学内容与教学模式改革的新思路。

(1)以智能为核心,从不同抽象层次刻画智能主题,构造人工智能最底层、抽象层、更高层以及应用层4大模块内容。

(2)突破传统教学模式,对全英文教学模式进行重定位,提出“1+1”全英文双课堂教学模式。

(3)提出“二三二”模式教学方法的改革方案,培养具有综合能力、创新能力、国际视野、英语技能的复合型人才。

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一、高中开设人工智能课程的意义

(1)人工智能定义

人工智能(AI,Artificial Intelligence)是计算机科学的一个分支,己成为一门具有广泛应用的交叉学科和前沿学科。它研究如何用计算机模拟人脑所从事的推理、证明、识别、理解、设计、学习、规划以及问题求解等思维活动,来解决人类专家才能解决的复杂问题,例如咨询、探测、诊断、策划等。

(2)开设人工智能课程的意义

现实世界的问题可以按照结构化程度划分成三个层次:结构化问题,是能用形式化(或称公式化)方法描述和求解的一类问题;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;半结构化问题则介于上述两者之间。

将人工智能课程引入到我国现行的教育中,可以让学生在了解人工智能基本语言特征、理解智能化问题求解的基本策略过程中,体验、认识人工智能技术的同时获得对非结构化、半结构化问题解决过程的了解,从而使学生了解计算机解决问题方法的多样性,培养学生的多种思维方式,更好的解决现实问题。

二、高中人工智能教育现状及存在问题

目前,该学科的教育正处于摸索阶段,由于中学信息技术师资水平、学校硬软件设备等条件的制约,我国尚未在中学专门开设独立的人工智能类课程,Internet上与人工智能教育相关的中文信息资源也十分贫乏,在教学环境上大致存在以下问题:

(一)教学条件参差不齐

开设好人工智能课程,就要求安排更多的实践课程和活动来增强课程的趣味性,让广大师生切实体会到人工智能对我们生活的影响。这些活动大部分要求上机操作或利用网络资源来学习交流,这就对教学条件提出了较高的要求,尤其是一些偏远农村、条件相对落后的中学在开设人工智能课程上存在很大困难。

(1)对硬件性能的要求

人工智能课程中有较多的实践课程需要老师和学生利用网络资源,使用计算机进行操作。这就需要学校配备计算机网络教学机房,若其性能较差,会延长学生在线进行人机对话的时间,一旦遇到网络堵塞,可能连网页都打不开,这不仅浪费了仅有的上课时间,而且大大降低了学生的学习兴趣。

(2)对软件性能的要求

为了降低成本,学校可以利用互联网上提供的免费下载软件和免费在线教学网站等进行实践教学,可大大减少自研开发软件和软件维护的费用。但一旦遇到网络不通、网络拥挤或在线网站停止服务等情况,将无法使用网络资源进行教学,可见,软件的依赖性较强也存在很大的问题。

(二)对人工智能科学的认识不足

(1)学生的认识误区

提及人工智能,给大多数学生的感觉是一门神秘、遥不可及的科学。很多学生认为人工智能技术是很高深的科学,离我们现实生活有一定距离,研究和接触这门科学是少数科学家的事情,从而对该科学的关注程度不高。其实,人工智能学科是一门渐渐成长的科学,它将应用在我们生活的方方面面。我们应在教学中让学生多去体验人工智能的魅力所在,吸引更多对该学科感兴趣的人去研究和使用它。

(2)教师对人工智能学科开设存在偏见

一些从事该学科教学的教师没有接触过人工智能方面的知识,在接触过后被其中深奥难理解的知识所吓倒,认为即使开设了这门课程也不易被同学们所接受;而一些在大学接触过人工智能课程的教师则认为,其理论枯燥乏味,知识内容艰深,不适合放在高中开设。

(三)一线教师经验不足

在我国大学教育中,开展人工智能专业课程的大学为数不多,师范类院校更是少之又少。从事人工智能领域的专业人才输出少,所以,缺乏具备一定知识结构、有专业素养的教师来担任高中信息技术课中人工智能课程的教育工作。绝大多数的一线教师并没有接受过人工智能课程的专业培训,在授课内容上的着重点掌握不好,教学目标不够明确;在授课形式上也没有前人的经验可寻,这就给一线教师带来了极大的挑战。

三、解决上述问题的几点建议

(一)加强软、硬件建设

在学校条件允许的条件下,应加大硬件设施的投入,改善网络传递信息的效率,同时加强软件资源建设。鼓励师生上网搜索更多适合AI教学的网站,教师应整理出和AI相关的趣味小故事、电影、光盘等和教材相关的素材,以便更好的配合硬件教学。

(二)端正认识,增强支持

作为教师要树立对高中人工智能选修课程的正确认识。通过对课标中规定的相关内容的深入了解和学习,克服对人工智能的神秘感或恐惧感,理性而客观的看待人工智能技术及其应用,明确在高中开设该课程的目的。同时,教师也不能因为该课程的“选修”性质,从而轻视该课程的作用。

作为学生不应该仅仅看见这门课程的娱乐趣味性,应把一些重要的技术理论知识重视起来,不能过分的放松自己而偏离了我们的教学目标。家长也应该支持和赞同学生选择该课程,不能应认识不到这门课程的作用、怕耽误学生主干课的学习而反对学生积极参与。

校方领导也不应条件限制就轻易放弃这门课程的开设,应给予积极的配合。社会各界也应加强舆论与正确引导,让更多的人们认识人工智能并予以肯定。

总之,人工智能是一门逐渐成长的科学,开设好该课程需要广大教育工作者和校方领导不断努力,互相交流,共同克服困难。

参考文献:

[1]张剑平.人工智能技术与“问题解决”[J].中小学信息技术教育,2003(10).

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1传统的诊断学教学方法存在的问题

诊断学是学习临床基本技能最重要的一门课程,其内容包括症状学、体检检查、实验室检查及辅助检查等四大块,分为理论课和见习课,目前大多数医学院理论课采用的是以大班的形式在多媒体教室讲授,而见习课则采取分小组的模式进行,多年的教学实践发现该教学模式取得的教学效果不尽人意,尤其是近年来随着全国各大医学院校的扩招,出现了师资及教学资源配套的相对不足,上述教学模式的问题逐渐凸显。理论知识以老师讲授为主,采取的是“满堂灌”的教学模式,然而该部分教学内容知识点繁多,知识串联度不高,课堂灵活度、生动度较为薄弱,学生听完课以后对课程内容印象不深,知识掌握度差,同时由于学生的学习主观能动性差异大,不能进行课前充分预习的学生在课堂上更加难以跟上老师讲授的节奏。见习课是对理论知识进行实践,培养学生的实践操作能力,前期理论知识掌握度差又会影响见习的教学质量,导致教学过程形成恶性循环[9]。见习课主要采取老师讲授要领及演示操作流程,之后学生们互相练习的教学方法,该部分内容需反复加强练习,同样的动作要领反复锤炼才能熟练掌握,因课堂见习时间有限,而老师讲授及演示需占用大部分时间,学生动手实践机会不多,老师对学生的操作手法、操作内容、操作顺序等重要内容进行指导和勘误的时间少,学生操作的规范性难以保证,在以后的临床实践中,往往存在实践操作能力的缺陷。上述教学模式教师与学生们之间除了课堂时间,其余时间是脱节的,不能很好地沟通,学生们有疑问的知识点难以得到老师的及时解答,教学活动中没有充分反馈,各个教学环节难以进行教学反思,形成教学相长的良性循环。课后复习及阶段性总结复习是课堂知识内化及升华的重要方面,传统的教学模式通常是给学生布置课后作业,学生完成后上交由老师批改留档,这个环节学生与老师缺乏有效的沟通,且由于学生们学习主观能动性差异,课后没有老师的监督及针对性地辅导,课后作业的质量良莠不齐,教学质量欠佳是显而易见的。随着现代医学的发展及研究的开展,涌现了一大批新的诊断方法与手段,譬如关于肿瘤诊断的分子marker,评估预测疾病活动度及预后相关的指标,在临床上已经常规应用,但由于教材更新需要周期,很难跟新进展同步介绍,另外由于课时有限,难以全面地就学科前沿及新进展进行讲授[10]。

2人工智能应用于诊断学教学的重要意义

2.1教师方面

将人工智能应用于诊断学教学实践,削弱了教师的知识权威而强化了教师的价值引导,对教师的个人能力提出了更高的要求,促使教师踏实践行终身学习并持续更新自身知识结构。互联网高速发展的时代,知识呈几何指数更新并出现大爆炸,基于各种互联网即时通讯平台及手机APP,诊断学体格检查、理论知识讲授相关的小视频及研究进展不胜枚举,这就要求教师及时获取、更新知识并进行相应的知识储备。人工智能的应用促使教师从单人施教发展为团队施教,为开发更具个性化的课程教学注入团队的力量。基于大数据的人工智能可以减少诊断学教学过程中的机械性、重复性工作,如平时作业的批改、考勤统计等,减轻了教师的工作负担,教师可以将更多的精力投入到医德医风、医患沟通能力以及体格检查手法的规范化培养上,更多的心思放在丰富课程内容及教学形式上。同时大数据可以及时反应学生的学习动态,教师可以根据学生的反馈及课程评价有针对性地对学生进行相应的辅导。

2.2学生方面

将人工智能应用于诊断学教学实践,可以实时动态记录学生的学习情况及暴露的问题,如是否按时完成课程任务、测试中哪些知识点容易出错等,人工智能系统能够对这些数据进行关联分析和深度挖掘,并且可视化呈现相应的数据,有利于教师及时掌握学生的学习进度、参与度以及学习效果,并根据具体的学情分析数据来调整辅导和教学方案。基于人工智能强大的算法和分析,可以为学生定制个性化的教学内容及进度,提供更有针对性的课堂内容和随堂测试,并对测试及平时作业进行智能批改,真正做到查漏补缺。诊断学课程内容相对枯燥,学生们的学习兴趣有限,基于人工智能的教学方式可以寓教于乐,在课程中将一些比较零散的知识点可以设置成互动小游戏,营造出良好的课堂氛围,提高学生们的学习兴趣及学习效率。

2.3教学过程

针对教学过程,人工智能亦发挥着至关重要的作用。第一,诊断学作为桥梁课程,是一门必修课,包括临床医学五年制、八年制、法医学、基础医学等相应专业的学生均需要学习,人工智能拥有超强的计算能力和强大的“记忆力”,面对众多不同专业的学生,可以根据大数据进行分析,制定出适合不同专业学生的完备教学目标。教学活动开展过程中,人工智能还可以根据学生的课堂及课后测试表现,依据分层教学的要求自动设置梯次教学目标,帮助学生们逐步提升学习能力和知识掌握度。第二,人工智能可以凭借自身信息化的特点,对各种教学资源进行分析,为教师和学生选择更优质更合适的资源提供依据,促进个性化的教与学。第三,传统的教学方式、教学内容相对有限,人工智能基于大数据能够启发新的教学思路,创新教学方法,为诊断学教学提供更多的可能性。

3人工智能在诊断学教学中的应用

3.1智能教学系统

智能教学系统是教育技术学中重要的研究领域,其根本宗旨是使得学生的学习环境更加优良和谐,智能教学系统能够及时有效地调用最新最全的网络资源并充分优化后供学生学习,使得学生能够更加全方位、多角度地学习专业知识,提高学习效果[11]。智能教学系统大致由领域知识部分、教师部分及学生部分3个部分构成[12],其中领域知识部分又称为专家部分,这一部分既包含了需要讲授的内容及掌握的技能,又可以添加专家的学术成果,既能够保证学生对于基本概念、基本理论及基本技能的掌握,又能够拓宽知识面,增加知识的广度。智能教学系统的教师及学生部分主要是为设计和制定教学方案及策略服务,基于大数据基础上,根据课程的特点、历年教学情况、学生身心发展特点及学习实际情况,制定更加个性化、高效的教学方案,促成教师因材施教,取得更加理想的教学效果。

3.2智能网络组卷阅卷系统

诊断学教学内容包括理论和见习两大块,教学过程中教师的大量时间用于出题、阅卷、批改平时作业等与考核相关的工作,并且在出题过程中需要围绕相对固定的重难点内容不断创新题型,消耗教师大量的精力。智能网络组卷阅卷系统能够充分发挥其优势,将教师从繁冗的考核相关工作中解脱出来,使得教师的教学更高效,教师能够把更多的时间。智能网络组卷系统能够有效收集和分析知名高校教学团队编写的在线题库,实现教学资源的共享,通过随机抽题组卷、答案随机排序、题型随机排序以及设置避免与历年考卷重复等,显著提升试卷的质量,亦能改善考试作弊的顽疾,客观地考核学生对知识的掌握度。智能网络阅卷系统有简明的阅卷流程,能够更有效地识别试卷及答案,能够明显降低传统人工阅卷方式因疲劳带来的出错率,使得工作效率更高、考核结果更公正。

3.3智能仿真教学系统

诊断学教学的见习部分是学生提高技能的重要环节,常常采用分小组在病房完成的方式进行,在课程的开展过程也凸显出了各种各样的问题,譬如因学生分组进行询问病史、体格检查,重复次数多,患者难以多次配合;在教学时间段内病房缺相应的病种,无法对所学的症状进行直观的学习;传染病流行期间出于对学生健康安全的保护,无法进入病房见习等等,此时智能仿真教学系统能够发挥重要的补充作用[13]。人工智能可以根据提供的海量真实临床病例,由医学专家整合其临床特征,联合计算机专家,根据相应的教学要求,形成虚拟病人学习系统,学生在仿真诊疗环境中,进行问诊、体格检查、诊断以及给出治疗方案,同时系统能够自动发现学生在问诊及诊断过程中的错误,通过实践、纠错再实践,提高学生采集病史、体格检查的能力,同时能够加强学生的临床思维的训练,夯实临床基本功[14-16]。

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近年社会对计算机专业人才能力的要求越来越高,而学生所学与实际需求存在不少差距,高校计算机专业课程教学因而遭遇诟病。依托信息与网络技术支撑的大规模网络开放课程(massive online open course,MOOC)较好贯彻了以学为中心的理念,其翻转教学模式与灵活有效的交互极大提升了学习兴趣[1]。搭建MOOC平台的计算机技术既是技术基础,也是热门MOOC课程。在此浪潮下传统高校计算机专业的教学首当其冲受到冲击,遇到前所未有的挑战。纵观国际三大MOOC巨头的课程建设均始于计算机类专业课程,同时也是所占比例较大的课程系列,其中人工智能(Artificial Intelligence,AI)课程在Coursera、Udacity[1]两个平台上均是最早开设的课程之一。采用何种教学模式更适应社会对人才的需求呢?这是应对挑战的关键问题。

1 人工智能课程的课堂教学困境

人工智能是研究模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用的前沿交叉学科,涉及面广、研究性强,还不断产生新的理论和方法。课程难度大理论强实践难,也是公认难讲的课程之一,该课程具有如下特点:

1.1 先导课多,知识抽象,涉及面广,更新快

前期知识包括:数据结构、离散数学、程序设计、图像处理等。如果前期知识不扎实,很难理解内容并融会贯通。传统内容包括:知识表示和推理、搜索策略、模糊理论、神经网络、机器学习、专家系统、遗传算法等,涉及大量抽象理论和复杂算法。教材普遍特点是:内容滞后,枯燥深奥的理论和解决现实问题的实践联系不紧密。

1.2 研究性强

该领域很多内容仍是科研热点,并不断涌现出新的研究方向、新内容、新方法、新技术和新应用。

1.3 教学方式单调

技术和管理的局限也制约了教学方式,教学方式基本以教为中心,停留在讲授、问答等简单互动上,教学方法单一。很少能提供学生自学、讨论、合作和实践的一整套互动实践机会,难以真正体现以学为中心的理念。

1.4 学生缺乏兴趣

一方面,课程本身特点使得课程容易陷入枯燥的纸上谈兵的尴尬。另一方面,即将毕业的高年级本科生对未来规划明确,抽象的人工智能课程无论从职业发展还是继续深造对学生并没有立竿见影的效果,进一步拉低兴趣。此外,教材滞后,教学方法单一等也会影响兴趣。

如火如荼发展的MOOC的课程,尤其Udacity的课程设计之初就立足于解决实际问题的导向,做法上的独特之处成功吸引了大批学生。课堂教学中借鉴在MOOC上被证明有效的教学模式和方法,不啻为一种尝试,以期摆脱教学困境,提高学习兴趣,最终提升教学质量。

2 MOOC的教学模式

MOOC的教学模式分为三种:cMOOC、xMOOC 和 tMOOC[2]。早期的cMOOC的教学模式特点是学习者完全做主,但复杂的网络互动产生庞大而混杂的知识网,缺乏识别主次和归纳总结能力学生常因信息过载陷入茫然无措的境地。2011年Udacity 创始人之一在网上开设的“人工智能导论”课程改变了表现风格,把互联网作为教学媒体的呈现潜力发挥到极致,按知识点分割内容成短小视频,其间插入现场对问题的解决,突出了Udacity有别于传统教育机构及其先行者的地方:注重发现并解决问题。这就是xMOOC的教学模式,沿袭并创新了熟悉的学习风格,使得MOOC如鱼得水渐渐发展壮大。随着MOOC逐步成熟,为了适合具有专业基础的职业技能培训,发展培养针对具体任务的探究学习教学模式,即tMOOC模式,这是Udacity网站课程的另一个设计目标。表1显示了MOOC的三种模式的对比。

以Udacity的人工智能导论课程为例,只要高中毕业具有概率论和数理统计基础的学生就可以学习,该课程适合入门,但难度较低,内容较少。清华大学的马少平编写的人工智能教材是很多大学,包括我院人工智能课程的教材,清华大学的人工智能课程经过多年发展已经形成了一个系列教学资源库,包括教材、课程视频、教学课件、作业及答案和实验设计等。根据Udacity网站的人工智能导论课程的展示,表2从几方面对比了Udacity人工智能课程与清华大学马少平版的人工智能课程情况:

从表2可以发现Udacity的人工智能视频采用了按知识块分割成短小视频,在期间和完毕之后都准备了测试,细节上体现了以学为主的理念。纵观类似人工智能的国家精品课程[3],学习资源多为文本类,重用难,对教学重难点没有拓展和转化。这种以内容共享为中心的呈现模式,缺乏与学习者充分交互,难以体现以学为中心的教学理念。

在MOOC的教学设计中,调动学习者极大热情的是翻转课堂,在学习环境中引入了自主协作[4-5],在交流机制中融入了多元互动,给学习者带来积极、主动、高效的学习,翻转课堂和传统课堂的区别如表3所示:

3 MOOC的教学模式对人工智能课堂教学的启示

3.1 教学内容的优化与调整

MOOC的教学通过把理论抽象的知识点分割成小段录制的微课视频,时长不超过15分钟,内容衔接处具有一定交互性,讲解形象化,提供给学生反复观看,这种用技术处理分解知识点和把难点从抽象变成具象的过程降低了理解难度。

课堂教学也可以通过分而治之的方式对教学内容优化调整。人工智能涉及内容与范围多而杂,作为入门课程并不要面面俱到,根据学生层次,可以区分重点掌握和一般介绍的内容,以点带面铺开,因此,根据学生特点,把成熟的基础理论和这些理论的实际应用整合,辅以其他新技术的穿插介绍,主要分三块:

①人工智能的概念和发展,熟悉人工智能的研究和应用领域;

②人工智能的基本技术,包括知识表示,逻辑推理、搜索策略、模糊理论等;

③涉及现实应用,如:机器学习,模式识别,自然语言理解,智能控制等。

为了反映人工智能领域最新进展,教师还可以收集学生感兴趣的最新成果专题信息,及时更新、调整教学内容,通过与实际更紧密的融合接轨,对课堂上没时间介绍而又较热点的新知识,通过提供方向和资料解决,注重提高兴趣的同时,也展示出课程学科特点、主流技术及发展趋势。

3.2 紧密结合实际

Udacity的开设之初的目的就是学习为了解决现实问题,其人工智能课程设计也不例外,包含有实际遇到问题的解决,这种立竿见影的好处就是极大激发了兴趣。

考虑到高年级学生对解决实际问题技术的兴趣远远大于技术理论等细节,不想花太多时间去理解复杂而难以看到实践效果的理论上,更想通过实际体验解决问题增强成就感。教学内容的设计尤其紧密结合实际运用。

传统人工智能讲授通过实例解答或推证式讲述理论,如知识表示和搜索推理技术,该部分理论强,应用实例少,往往学生感觉枯燥乏味,教师也感觉晦涩抽象,学生对所讲内容基本靠死记方法和步骤,这种僵化的教与学影响了教学效果。

因此,设计教学时尤其注重内容的实用性。除了讲授至今仍沿用和有效的基本原理和方法外,引入近年发展起来的方法和技术,如智能算法等,对这些内容重点在技术的具体实现上,强调与实际的融合贯通。教学过程中加入与课程内容对应又可以用计算机实现的试用内容。如模式识别应用于手写数字识别,通过仿真软件模拟实现算法,获得立竿见影的效果体验,加深对算法的认识,引起学生浓厚的兴趣。同时也对某些很有发展前景的技术兴趣导入,如目前人工智能研究侧重人类理性逻辑功能的模拟,而如果把情感智能考虑进去,才更有人性化的智能决策。这就是经过了将近20年发展的情感计算,随着可穿戴技术渐渐渗透进生活,引起更多关注,这些接地气的内容提升了兴趣。

3.3 实践能力的培养

Udacity 创始人史蒂芬斯博士的说过,“即使是最好的大学,其计算机课程所传授的技能也是浮于理论的”。学习的目的是为了解决实际问题,带着问题学习和思考,有利于主动学习的激发。这些方面,可以参考Udacity人工智能课程的实验内容修正。强调学习是为了解决实际问题服务的目标。

3.4 教学模式及教学方法的变化

3.4.1 实例教学法

人工智能内容的抽象性决定了知识点的难度,Udacity人工智能课程教学中尽量把难懂的知识点结合现实中有趣实例,通过感性体验提高理性理解,让学生容易接受。笔者进行了一些化难为易的尝试:如利用汉诺塔问题讲解状态空间的知识表示,通过野人过河的游戏程序步步领会理论精髓;结合下棋软件体验模拟人脑思考的计算机博弈的极大极小搜索思路,这些实例教学激起了兴趣,扩展了学生思路,拓宽了视野。

3.4.2 翻转教学法

整门课程录制课程小视频还有一定难度,作为尝试,选择少量知识点录制视频进行翻转教学。如抽象的理论部分,借鉴网上已有视频资源融入教学过程,分解知识点破解难点,形象化与短时间的重复讲解,增加学生对抽象内容的理解,期间穿插核查对理解内容的核查,并留出思考时间,强化学习效果。

3.4.3 交互环境的营造,辅助教学过程完善

1)基于联通主义的学习交互[6-7]

在MOOC课程中,提供在线交流论坛,学习者建立课程组,学习组等方式交流,这种教与学、学与学的交互不但是网状进行的,而且是即时的。学生将互动产生的内容作为学习的中心,通过学习者不同认识的交互,建立新的认知结构,拓宽了视野,更有利于问题的有效解决。这种互动交流分成三种形式:

①教师对统一回答提问集中且意义较大的疑难问题;

②学习者分享学习感悟;

③学生间交流带来不同认知的碰撞。

以上三种情况的互动在课堂教学中也可以运用于课堂教学:及时分析整理共同问题,集中回复;课堂教学的互动除了课堂上及时了解学生反馈的互动,还有对解决问题的互动。课下互动可以利用学者网建立课程组,提供了较好的师生交流形式与效果,同时利用学习组在小组中分享互助,小组成员的交流引起认知碰撞,这种实际参与的体验加深了理解,并巩固学到内容,这些资料的逐渐积累还可以复用。

2)基于行为主义的学习反馈[8]

MOOC 遵循了程序教学的一般原则,尤其注重学生反馈,像游戏一样关卡设置让整个过程充满挑战性,一些机器评分实现了及时学习反馈,摆脱了单向提供课程资源的弊端。课堂教学可以借鉴这种借助技术手段互动了解学生学习的情况,促使有意义学习的发生。

4 教学改革的实施

利用以上措施在《人工智能》课程的教学中实践,通过在xMOOC教学模式中部分适当内容引入翻转教学法与利用学者网的课程交互,探索提高兴趣,促进理论与实践的融合,促进有意义学习的发生,提高学生实践能力的途径。通过观察,调查与访谈等方式,了解学生在该教学模式中兴趣与能力改善状况,同时研究教师教学法转变与教学水平变化的关系,根据追踪研究效果,发现这种改善调动了学习兴趣,促进了教学效果。实践中通过建立实验组(班)与对照组(班)、评价教学模式和教学效果等因素,不断总结、修正和完善,期望建立适应当前形势与环境的有效的该课程的教学模式与教学方法。

5 结束语

笔者结合人工智能课程的教学实践,针对本科高年级的教学特点和人工智能课程学科特点,提出在设计人工智能教学时,通过MOOC的教学模式和教学方法完善课堂教学,注重内容的实用性和新颖性,适当穿插新方向的内容,目标是将难学、枯燥、难理解的问题,变得易学、有趣、易理解。从学生反馈来看,这些方法起到了积极的实际效果,有效地提高了学习积极性。

【参考文献】

[1]udacity的人工智能导论课程网[EB/OL].https:///course/cs271.

[2]王萍.大规模在线开放课程的新发展与应用:从cMOOC 到xMOOC[J].现代远程教育研究,2013(03):13-19.

[3]国家精品课程资源网[DB/OL].[2013-04-22].http://.

[4]徐明,龙军.基于 MOOC 理念的网络信息安全系列课程教学改革[J].高等教育研究学报,2013,36(03).

[5]王文礼.MOOC 的发展及其对高等教育的影响[J].江苏高教,2013(2):53-57.

篇11

智能化建筑的发展日新月异,其是人们生活质量提高的重要标志,人们对智能化住宅的需求促进了智能化建筑的发展。目前,世界各地的智能化工程技术正逐步走向创新阶段[1]。我国加入WTO后,国内建筑业市场正融入国际大市场,这就需要我们迅速提高竞争力,而关键则在于培养高素质的技术与管理人才[1]。然而,智能化楼宇系统实际的应用中与目前的研究现状仍然存在一定差距。为了适应智能化发展,满足企业对智能楼宇技术人员的需要,本文对智能楼宇系统课程的开发与实践展开研究。

一、楼宇智能化技术课程建设思路

高等职业教育是以“为企业培养用得上的人才为目标、以就业为导向”的一种全新的教育类型。这就决定了我们的建设思路。

1.主要通过调研、归纳、排序、重组四个阶段进行专业课程体系的设置,并且采用校企合作的方式共同制定人才培养方案。

2.课程的资源与教学平台是基于智能楼宇系统项目的课程开发,主要采用“校企共建合作”的方式进行;教学设计分学习领域、学习情境、学习任务三层进行。组织教学采取咨询、决策、计划,实施、检查、评价六步法。

3.在校内,实施六步法中资询、决策、计划前三步,教学环境采用校企共建的智能楼宇实训室;在校外,实施六步法中实施、检查、评价后三步,充分利用顶岗实习中企业在建的工程项目进行[2]。

二、楼宇智能化技术课程设置

楼宇智能化工程技术教研是深入学习国内基于工作过程课程开发的最新成果,借鉴了先进的教学理念以及其他课程开发方法,以工作过程为主导,采用调研、归纳、排序、重组的开发方法形成专业课程体系[3]。楼宇智能化工程技术专业课程开发方法如下图所示。

《楼字智能化技术》课程主要介绍楼宇控制系统。楼宇控制系统的主要功能是对建筑物内部的能源使用、环境、交通以及供电进行统一监控与管理,以便提供一个既安全可靠又节约能源的舒适工作和居住环境,主要包括对中央空调、给排水、变配电、照明、电梯等系统的监控。这些系统一般运用在商场、宾馆、体育馆等大型的公共场所里[1]。因此要求我们培养能够熟练掌握智能楼宇系统的职业人才,而《楼宇智能化技术》是楼宇专业的专业核心课程。

三、教学内容设计

基于工作过程的课程开发方法,通过学习情境设计和学习任务设计来实现课程教学内容设计。

1.学习情境设计。针对典型工作岗位和工作任务建立以下九个学习情境作为本课程的教学内容,分别是“智能建筑工程认知”、“智能建筑相关技术”、“智能建筑设备自动化控制系统”、“安全防范系统与消防监控联网”、“通信自动化系统”、“智能建筑办公自动化系统”、“住宅小区智能化系统”、“智能建筑系统工程的实施”、“建筑智能化工程管理”。对每个学习情境要具体设计,包括使用工具与所需设备、能力目标、教学方案、教学重点、考核与评价标准等。每个学习情境中都要有任务描述、任务分析、方法与步骤这几个环节,让学生通过咨询、决策、计划、实施、检查、评价六步法学会智能楼宇系统的规划与实施过程,掌握这一能力从而为学生长期的发展奠定良好的基础。

2.学习情境中的学习任务设计。以楼宇智能化工程技术的典型工作任务和工作过程为依据,遵循学生职业能力培养的基本原则来设计学习任务。每个学习情境由几部分学习任务组成,如“智能建筑设备自动化控制系统”学习情境是由“给排水设备监控系统”、“暖通空调监控系统”、“建筑供配电监控系统”、“照明监控系统”、“电梯监控系统”共5个学习任务构成,学生完成这5个学习任务,即经历了一次智能楼字系统中的建筑设备自动化控制系统工程规划与实施的工作过程。

3.通过学习任务设计卡与学习任务书来完成学习任务的教学。教师按课前编好的学习任务设计卡中的学习目标组织教学,下放学习任务书,明确学习要求,指导学生实训,完成学习任务,每一阶段完成之后要按考核标准对学生完成情况进行考核。

四、教学组织安排

本课程以顶岗实习项目和智能楼字新型实训室为载体,按六步法对每个学习情境组织教学,把现场教学内容和顶岗实习结合起来,把校内理论教学和校外实践教学结合起来,把在建工程项目的教学内容和竣工工程案例的分析对比结合起来。具体教学组织安排如下表所示。

五、教学方法

1.学习情境六步教学法。本课程选取“智能建筑工程认知”、“智能建筑相关技术”、“智能建筑设备自动化控制系统”、“安全防范系统与消防监控联网”、“通信自动化系统”、“智能建筑办公自动化系统”、“住宅小区智能化系统”、“智能建筑系统工程的实施”、“建筑智能化工程管理”九个学习情境,分别对应于智能楼宇系统典型工作任务的工作过程,对每个学习情境课程采用项目式教学法。如:消防监控系统工程实施作为一个工程项目案例,再将工程项目的分析、施工准备、施工、检测和验收作为学习情境中的若干学习任务。学习情境教学按咨询、决策、计划、实施、检查、评价六步法进行,采取“以学生为主,教师为辅”的方式来开展每个学习情境下的任务教学。

2.智能楼宇实训室与顶岗实习的项目教学法。将校内理论教学与工程的现场教学有机结合起来。本课程主要以智能楼宇实训室和顶岗实习的工程项目作为载体,采用教与学相结合的教学法来实施。比如消防监控系统的工程实施,就选择了某商场在建的消防监控系统来作为工程的一个项目。消防监控系统的分析与消防监控系统的工程施工准备任务学习在学校智能楼宇实训室来进行,而消防监控系统工程施工与工程验收在学生顶岗实习工程的现场进行,使学生能够真实地体验工程项目的实施和规划的整个过程。

综合企业进行施工过程中学生人数以及能力的缺乏等因素开设了楼宇智能化工程技术专业,并且在顶岗实习期间利用企业的配套设施来组织教学。这样不但实现了人才培养的教学目标,而且也实现了企业施工的现场需要。采用校企合作共同建立智能楼宇系统实训室,形成智能楼宇系统课程资源,保障课程教学质量。

参考文献:

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智能建筑(Intelligent Building)其技术基础主要由现代建筑技术、现代网络技术、现代通讯技术和现代控制技术所组成,运用自动化、通信、信息技术等智能化手段,通过将建筑物的结构、系统、服务和管理根据用户的需求进行最优化组合,是集现代科学技术之大成的产物。从而为用户提供一个节能高效、舒适智慧、配置更新,实用愉悦的人性化建筑环境。智能建筑具有系统集成特点,发展历史短,但涉及范围广,进展速度快,是动态和相对的概念,随着高新技术发展而不断变化。

产业信息网的《2012-2016年中国智能建筑市场分析与投资方向研究报告》显示:中国智能建筑行业市场在2005年首次突破200亿,2012年为861亿,年复合增长率为23.2%。如果未来房地产开发投资增速每年保持15%增速,如果智能化工程投资占投资额1%,那么智能化工程投资总额2013年在830亿左右,2015年为1100亿左右,2020年将达到4400亿左右。随着新一轮的经济刺激政策聚焦在新兴产业,尤其是信息产业。智能建筑作为智慧城市的细胞,发展势头很强。

教育部于2006年在土建类学科开设了建筑电气与智能化专业,希望在培养建筑类人才的基础上,加强对电气智能专业技能知识的掌握。我校以此为契机,通过大量的市场调研、着重对智能建筑解决方案的前期设计、工程施工建设到后期的运行维护,围绕建筑的全生命周期中,运行维护的费用占到全部费用的60%-70%数据分析、人才使用分析,开设智能建筑专业方向,面向建筑、物业管理行业。为与该专业的培养目标相结合,在对“智能建筑”课程教学内容设计上以建筑为平台,依照建设部2003年颁发的《建筑智能工程质量验收规范》的技术标准要求,住建部2013 年《智能化系统工程运行维护技术规范》,结合《智能建筑设计标准》、《智能建筑工程施工规范》、《智能建筑工程质量验收规范》共同对智能建筑的设计、施工、验收、运维一系列过程形成规范,制定人才培养方案,基于典型工作任务的模块式课程开发,编写《智能建筑设计与维护》教材,探讨教材教法,强化智能建筑中智能弱电各子系统的原理、设计与工程实施实践。加强学生对智能化系统设计、建设、运行及维护中实践技术的传授,使本专业的同学获得对智能建筑的整体体系及系统原理的掌握。我们的课程主要包含了智能建筑中涉及到的主要内容:综合布线系统、建筑设备自动化系统、消防自动报警及联动系统、安全防范系统、通信自动化系统及办公自动化系统等 。重点讲授这些智能系统的原理、组成、设计原则、工程实施及维护运行等,使学生对每一个子系统的原理、设计、建设、运行、维护等各环节都进行学习掌握,培养建筑、物业管理行业建筑智能技术方面的综合技术人员。以满足智能建筑行业不同环节对专业技术人才的需求。

《智能建筑设计与维护》课程内容包括智能建筑的基本概念、智能建筑的用户需求与基本要求、建筑智能化系统的子系统组成、建筑智能化系统的主要任务、建筑智能化系统的设计与会审、建筑智能化系统的专业协调、智能建筑的系统集成、建筑智能化系统的技术要点、智能建筑的建设管理、智能建筑的工程招投标、智能建筑的施工与调试、智能建筑的工程验收与人员培训、智能建筑的物业管理、建筑智能化系统的安全运行等。

建筑智能化弱电系统涉及的知识面广、工程性强,既要培养学生对理论知识的掌握,又要把握实践技能的学习,确实是一件不容易的事情。通过近几年的教学实践,归结的主要问题有:

(1) 《智能建筑设计与维护》课程知识点多面广,增加了学生对所涉及的技术与系统掌握的难度。智能建筑弱电系统涉及到计算机技术、通信技术、自动化技术、传感器技术等,对于每一个系统,不仅要让学生掌握其原理,还需要根据用户需求进行系统的设计,因此学生就要掌握系统的构成、设备的选型,同时在系统设计、设备选型时还要考虑工程实施的具体因素。

(2) 课程实践环节的教学投入,实训设备运用与技术升级、更新,教师的知识架构与实践教学的要求不匹配。学生对这种工程背景较强课程的学习理解与知识掌握难度增加。因此建立并改善专业的智能建筑综合实验室对于该课程是非常有必要的。

(3) 课程考核所涉及理论知识、实践技能的考核无法展示学生处理工作现场各方面及各种问题的能力,无法完整体现出课程的工程实践背景。

(4) 学生理解《智能建筑设计与维护》课程所涉及的一些设施与设备还可能看不到、摸不着。学生在教学实践中无法切身体会,影响学生的学习兴趣与主动进取。

教学实施与改进:

1、紧密结合智能建筑行业发展需要,不拘一格提升教师素质。

结合智能建筑专业课程体系建设需要、人才培养要求,分析《智能建筑设计与维护》课程教与学全过程,根据学院当前本专业建设现状,以师资队伍建设为重点,改善本专业教师的知识架构,实行多条腿走路,分几步落实,聘任本专业专职教师、校内兼职教师、校外兼职教师。

《智能建筑设计与维护》课程专业实践性强,切忌闭门造车,可以考虑聘请校外兼职教师,将智能建筑专业领域业内专家、其他大学相关专业教授、建筑公司负责人、建筑行业协会负责人、系统及技术运维负责人聘为客座教授或者教师。通过举办专题讲座或者授课,鼓励一些相关专业的中青年教师转行,到国内重点大学相关专业进行单科进修,改善行业专业人才运用与学院人才培养效果。

2、以就业为导向,以教学改革为抓手,坚持职业能力培养为目标

(1)深化“工学结合、校企合作” 的人才培养模式

通过开展企业交流与合作,与行业企业建立紧密联系,校企合作共同确定本专业人才培养目标,构建基于工作过程系统化课程体系按照工作过程系统化思想及开放性开发方法,重构工学结合、能力本位的课程体系。

(2) 通过构建企业岗位认知、理论实践一体化情境教学、校内生产性实训、校外顶岗实习的完整教学环节,依据“学生培养重在职业能力、内容选择基于工作过程、教师结构趋于专兼结合、教学环境模拟职业场所、教学方法遵循职教规律”五大核心理念进行教学情境设计,实现职业能力的递进与工作过程的结合。

(3) 教学项目实施设计采取:设计的学习情景单元,理论教学和实践教学都在同一实训场所完成,通过“资讯、计划、决策、实施、检查、评价”六步实施法来支撑。

(4) 教学考评体系坚持:注重职业能力考核,根据任务完成、项目实施情况等五项指标综合评定。

实践教学与效果:

1.优化课程结构,增强课程设置的专业性和针对性

依照高职教学“必需、够用”的原则,结合智能建筑专业行业企业人才使用需求,调整课程体系与教学内容,增加实践教学课时,构建适应学生个性发展的人才培养模式。

2.改进课程考核方式,帮助学生在知识与能力等方面得到较全面的发展。

通过改革教学方法和考试方法,除笔试外,还包括口试(日常提问记录)、笔记、制定工作任务各项目的独立作业、现场测试、实际操作等多种综合考试形式,着重考核学生综合运用所学知识、解决实际问题的能力和对所学知识的综合归纳总结能力。

3.落实好教学实训实习实践过程三阶段工作。

(1) 实训实习实践前(计划准备):制订实训实习实践方案;公布实训实习实践的行业企业用人要求;宣传动员,学生结合实训实习实践岗位,拟订实习计划;有针对性地进行三方面教育:一是目的性教育;二是责任、义务和权利教育;三是安全教育等。

(2) 实训实习实践中(过程监控):职业道德教育、企业规章制度教育、岗位技术知识运用、操作工艺、技能训练;教师现场指导学生作业;教师和企业指导学生撰写业务报告(技术小结和业务总结报告);教师和企业共同对学生进行考核。每个同学按照所领取的任务在确定的岗位,按要求完成课题和规定的作业文件。

(3) 实训实习实践后(评价总结):评价、总结、交流和表彰。

经过多年来对《智能建筑设计与维护》课程的实践教学,逐步探索对课程教学内容及教学方法的改革。加强教学内容的更新,适应建筑智能化技术的发展;同时,加强教学方式及手段的创新,积极建设小型实践平台;最后,完善考核环节,注重理论与实践并重。

注重围绕课程体系建设师资队伍,任课老师一直从事智能建筑中相关弱电子系统的实践教学,并承担企业项目生产的技术组织、工作,比如安全防范系统、综合布线系统等,不仅参与这些系统的方案设计与方案评价,而且还到工程现场进行技术指导,积累了丰富的工程实践经验。

结合智能建筑专业技术运用,开展对一些系统的理论问题进行研究,比如视频监控中的智能视频分析、人脸识别等。教师能够很好地结合实际工程案例,在课程理论内容授课时,对案例涉及到的典型系统应用来讲解涉及的系统原理、设计思想及工程实施。并运用实际项目中遇到的问题及一些小的故事来活跃课堂氛围、激发学生兴趣,并对工程中遇到的可以提升为学术问题的困难传递给同学,让他们多思考,学会从工程中提高分析问题解决问题的能力和思路。

比如通过建设社区的安保系统来讲解智能建筑中的安全防范系统的视频监控、门禁系统、自动报警、安检等内容,同时讲授安保系统应用的一些新的智能技术比如射频识别技术、人像比对及定位技术等。通过将教师的技术成果融合到平时的教学工作中去,工作促教,项目帮教,教与学促进,加强教学内容的更新与活力,激发学生的学习兴趣。

智能建筑的蓬勃发展是社会进步和科技发展的一个体现,为智能建筑的良好建设、运行与维护提供专业的技术人才是我们高等教育教育的本职工作。本文从一个非建筑类工科专业开设智能建筑课程的角度,阐述了我们课程建设的思路以及对该课程实践教学方法的一些探索,希望对非建筑电气与智能化专业培养智能弱电系统相关专业人才提供一些参考。

【参考文献】

[1] 陈富川.建筑智能化系统集成研究设计与实现《电子科技大学》 2008年

[2] 林建军,金炳尧.基于项目的实验室工作室模式的探索与实践[J].实验室研究与探索,2012,31(5):111-113

[3] 高建华,胡振宇.物联网技术在智能建筑中的应用《建筑技术》 2013年02期

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一、我国电力信息化现状及智能电网的目标

电力信息化是指计算机、通讯等信息技术在电力工业各个环节应用全过程的统称。我国当今电力信息化现状是实施电力工业生产过程各个环节的信息化,包括电力工业规划、设计、施工、发电生产、输电、变电、配电、用电、电网调度、供电营销、物资及管理等各个环节。由此可见,信息技术是电力信息化的基础,各类电力资源的开发和利用是电力信息化的核心。提高电力企业的经营决策水平和经济效益是电力信息化的宗旨。智能电网将使电力信息化从数字化向智能化发展。智能电网是电力信息化的延续和飞跃。智能电网是飞速发展的信息技术与新能源变革融合在一起的产物。中国的智能电网目标是分三个阶段推进:2009年至2010年为规划试点阶段,重点开展“坚强智能电网”发展规划工作,制定技术和管理标准,开展关键技术研发和设备研制及各环节试点工作;2011年至2015年为全面建设阶段,加快特高压电网和城乡配电网建设,初步形成智能电网运行控制和互动服务体系,关键技术、装备实现重大突破和广泛应用并自主可控;2016年至2020年为引领提升阶段,全面建成统一的“坚强智能电网”,技术和装备全面达到国际先进水平。

通过分析我国电力信息化现状及智能电网的目标可见,各国探索智能电网建设的先行策略是信息技术应用。为实现智能电网的战略目标,电力企业将需要大量高水平的既精通信息技术又懂电力信息化业务的复合型人才,因此,对计算机专业学生开展电力特色教学是非常必要的。

二、电力大学计算机专业电力特色教学模式

面对电力行业信息化飞速发展的形势,特别是智能电网席卷全球,电力大学计算机专业的教学模式在保有原有优势的基础上创建特色,开展以计算机技术为主、电力专业背景为辅的特色教学模式。2010年学校设立了计算机专业电力特色教学模式研究和实践的教改项目,以实现计算机专业的电力特色及工程应用能力的培养。电力特色教学重点要放在计算机技术和电力专业交叉点上,电力特色教学的先行策略是由电力信息化这门课程承担此重任。2010年学校将电力信息化课程列入433门核心课程中。修改后的2008版教学大纲中电力信息化这门课程是计算机专业学生的必修课程,这不但要求电力信息化这门课程的内容不断优化,同时也要求对电力信息化课程的教学进行改革。

电力大学计算机专业电力特色教学模式的后行策略是在电力信息化这门课程改革和研究的基础上进行课程群建设,开设代表计算机技术和电力专业最新技术交叉点的“电力云平台”、“电力物联网技术”等课程,并将“电力信息化”、“电力云平台”及“电力物联网技术”三门课程纳入到一个课程群来建设。可见电力大学亟待探索并建立适合计算机专业的电力特色及工程应用能力的培养模式。

三、电力信息化课程特点与教学现状分析

1.电力信息化课程的特点

电力信息化这门课程具有如下特点:

(1)涉及面广。电力信息化这门课程内容涵盖电力工业生产发电、输电、变电、配电、用电、电网调度等全过程的信息化与智能化。课程内容包括发电企业的信息化与智能化、变电站的信息化与智能化、电力调度中心信息化与智能化、配用电生产管理信息化和智能化、电力信息安全技术及物联网在智能电网中的应用等。

(2)技术先进前沿。电力信息化这门课程内容涵盖当今信息和电力领域的前沿技术、热点技术。如在讲解变电站的信息化与智能化这部分内容时要详细分析电力领域的热点技术iec61850。在讲解电力调度中心信息化与智能化这部分内容时要详细分析信息领域的热点技术soa和电力领域的热点技术cim及其在电力调度的应用。在讲解物联网在智能电网中的应用这部分内容时要详细分析当今信息和电力领域的前沿技术物联网、智能电网及云平台。

(3)与电力行业实际工程紧密结合。在讲解课程的各部分内容时紧密结合实际工程。如在讲解发电企业的信息化与智能化这部分内容时紧密结合发电企业的实际工程,如水电站厂级监控系统、火电站的dcs系统、发电厂?sis系统、发电厂智能管理信息系统等。

(4)多学科的交叉。电力信息化课程是计算机技术、通讯技术、控制技术、电力系统背景知识的融合与交叉。在讲解课程的各部分内容时处处是多学科的交叉,如在水电站厂级监控系统中涉及计算机的网络通讯技术,涉及控制领域的plc技术和现场总线技术,涉及水力发电特性专业背景知识等。

(5)电力信息化课程的教学内容是动态的,是与时俱进的,随着电力信息化和智能化的发展而不断地补充新内容,没有现成的教材。当今世界电力信息化和智能化发展非常迅速,如国家电网公司已经开展广域全景分布式一体化的电网智能调度技术支持系统研制。在讲解电力调度中心信息化与智能化这部分内容时就必须补充这部分新技术。

2.电力信息化课程教学现状分析

(1)没有现成的教材,课程难度大,师资紧缺。从上述分析的电力信息化这门课程的特点可见,要求老师具备丰富的知识储备及电力工程经验。

(2)课程内容与电力实际紧密结合,学生没有现场工程概念,又是多学科的交叉,学生感觉课程难度大且抽象,学习兴趣不足。很多学生很想学好这门课,但他们中只了解信息技术,没有其他学科技术知识的积累。本课程开设在大三的第六学期,很多学生感觉困难后就放弃了,准备考研复习。

四、电力信息化教学改革的思想和方法

电力信息化这门课程是综合应用课程,教学思想和方法的改革是必要的,具体措施如下:

1.组建一支优秀的教学团队

通过引进发掘培养人才,组建一支优秀的教学团队。吸纳不同学科的拥有前沿的信息技术、丰富的电力背景和工程经验的老师进入团队,可以根据老师的特长安排讲解相应的章节。电力信息化这门课程可由若干老师共同完成。由于国内市场几乎没有相关专著和教材,已经组织讲课团队老师撰写并出版电力信息化教材。教材包含当今电力信息化和智能化最新技术并提供老师们的最新研究成果。该团队的老师需要及时了解电力行业的信息化和智能化最新动态的最新技术。除了合作项目途径外,老师要利用一切机会参加合作、进修和交流。通过团队的力量来解决没有现成的教材、课程难度大的问题。

2.补充课程中需要的其他学科知识

鉴于计算机专业学生的知识结构比较单一,在学习电力信息化课程时先为学生补充必需的计算机控制与通讯基础技术知识,包括计算机控制通道接口技术、plc技术、串行通讯技术、现场总线技术及工业以太网技术等。在学习电力信息化的具体相关内容时为学生铺垫必需的电力背景知识和工程背景内容,如讲解水电站厂级监控系统时要先补充水力发电厂相关内容。通过利用一定的学时补充课程中需要的其他学科知识来降低学生课程学习的难度,使学生能快速全面地了解并掌握电力信息化技术。

3.新技术、新理念的引入

由于没有现场工程概念,学生在学习电力信息化课程时会感觉抽象、难以理解,老师有必要与时俱进地将新的技术和理念引入课堂中。例如可以引入当今电力行业流行的先进仿真培训软件,比如三维变电站仿真培训软件,让学生在软件上仿真漫游变电站并模拟各种操作。通过仿真软件让学生模拟接触电力工业现场,建立对电力工业现场的感性认识,提高学生的学习兴趣。

为了加强学生课后巩固教学环节,帮助学生消化和应用所学知识,可以将新的理念引入课堂中。借鉴西方本科教学及我国研究生培养的经验,本课程课后作业巩固环节可以尝试不同于常规计算机专业课程的方法。本课程要求学生在课后查阅大量的文献资料。每章的作业是查阅与本章相关的文献资料并撰写提交小论文,期末每个学生制作ppt文件并开展讨论。

在学生课后巩固教学环节中老师起着重要的引导作用。指导本科学生查阅相关文献资料时,首先要教会学生如何在海量信息中查找到需要的优秀文献,如何充分利用校图书馆提供的优质库资源,然后指导学生如何读文献,如何写小论文。要求学生在每章节后阅读15篇以上相关文献资料并提交小论文。教师要认真批阅学生的小论文,总结学生容易出现的普遍性问题,在下次写小论文时提醒学生注意。

4.实施案例教学

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