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人工智能基礎教育范文1
人工智能技術及其應用的發展歷史雖然只有短短的50余年，但是它作為信息技術的前沿領域，對社會經濟和發展的影響卻越來越大。在基礎教育課程改革的大潮中，許多國家意識到基礎教育領域開展人工智能教育的必要性，努力把人工智能列入技術類教育的教學內容中。作為師范類院校，教授人工智能課是有必要的。?
（1）為部分優秀的學生將來做更深入的研究打堅實的基礎。在面向知識經濟的今天，研究獲取、表示和使用知識的人工智能學科越來越受到人們的重視。目前人工智能研究被列為中國高技術領域的重點之一。以專家系統為代表的智能化系統在信息技術中也占有重要地位。因此在高等教育中開展人工智能教育和智能化系統的研發，不僅是計算機科學的應用，也是促進各學科服務于國民經濟發展的必然趨勢。為使人工智能的理論、方法和技術的研究與應用普及和深入，教育重心必須要下移，即從研究生教育向本科教育普及。開展本科層次人工智能普及教育的有效途徑之一是在本科高年級開設相關選修課。開展人工智能教育，不僅能夠更好地發揮高等院校的育人和科學研究功能，而且能為學生拓寬專業路徑，擴大自主學習空間和發展個性創造條件，同時也為營造一個使學生不僅有寬厚、扎實的理論基礎，且具綜合分析和解決問題能力的環境。?
（2）為將來從教的學生積聚大量的知識。英國早在1999年，人工智能課程已經作為選修課出現在中學的信息與通訊技術（ICT）課程中。許多中小學還通過機器人競賽活動來激發中小學生學習人工智能的興趣，使學生不僅提高了用信息技術解決問題的能力，而且培養了多種思維方式，獲得了更多的創新空間。美國現行的中學信息技術課程設置中，將人工智能的內容作為“媒體與技術”層面對12年級學生的要求。澳大利亞的部分中學開設的信息處理與技術課程，人工智能、信息系統、算法和程序設計、社會和倫理道德、計算機系統分別作為5個主題共同構成了該課程的教學內容。在該課程的大綱中規定，人工智能部分的教學內容在高中第3學期為12年級的學生開設，教學時間為10周。?
在我國，多年以來中學奧林匹克信息學競賽中一直包含有人工智能相關的題目，涉及啟發式搜索、博弈、智能程序設計等問題。2003年4月，我國教育部正式頒布《普通高中技術課程標準（實驗）》，首次在信息技術科目中設立了“人工智能初步”選修模塊，標志著我國高中人工智能課程的正式起步。?
我國的新課程標準頒布后，教育部評審并通過了分別由教育科學出版社、廣東高教出版社、地圖出版社、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，并開發了相應的教輔材料，包括教師用書和配套光盤等。為了配合中學人工智能課程的實施，國內也推出了一些適合中學生學習與體驗的人工智能軟件和網絡資源。另一方面，一些高校的本科生、研究生也逐步關注中學人工智能教育的開展并將其作為畢業論文的研究選題。一些師范院校適應形勢要求，已為師范生開設了與此相關的選修課程。?
2 人工智能的教育及教學條件現狀?
通過對本人多年的教學過程進行總結，我校的《人工智能》課程教育現狀可總結為如下幾點：?
（1)理論知識充裕。但與實踐相脫節，特別是在智能科學技術的教育教學方面。盡管知識面相當廣泛，而人工智能理論的普及教育以及智能技術的開發與應用仍然十分滯后。?
(2)同其它普通高等院校一樣，在本校，人工智能技術的研究與應用尚未普及，甚至比不上其它院校。這不利于培養學生的科研興趣及創造精神。?
（3）缺乏配套實驗教材，實驗教學內容缺乏，無法培養學生的研究能力和創新能力。只有開設實驗項目，才能使人工智能的相關知識具有研究性和綜合性。?
（4）對中小學智能教育的深度及教學方式、教學特點缺乏研究。做為師范類院校，我認為在對學生進行基礎知識教育的基礎上，要緊抓中小學智能教育的特點對師范類學生進行相關的教育與培訓。?
相對于教育現狀，我校的《人工智能》課程教學條件現狀要稍好一些，其狀態如下：?
（1）教材使用國家級規劃教材，此教材非常系統地介紹了人工智能的基本原理、方法和應用技術，適合本科及研究生使用。在我們的授課過程中，也會適當為學生提供相關的國內其他先進教材，如中南大學蔡自興教授的《人工智能及其應用》等。?
（2）為了促進學生自主學習，我們準備了多種類型的擴充性學習資料，加強學生主動學習的意識，包括：課程相關雜志和書籍目錄，以及部分重要的參考文獻，與人工智能相關的網絡資源如優秀BBS、新聞組、網址等。 它們包括了大量的文獻資料、本領域研究的前沿動態等。 使用表明，學生非常樂于查閱這些資源。 使學生能通過使用這些資源進行一些人工智能程序設計，探討一些問題，在課堂討論中展示他們的收獲。?
(3）校園網的普及與不斷優化使本課程有優良的實踐性教學環境，能充分滿足教學需要。我們擁有較充足的多媒體教室和網絡教室，為實現本課程教學提供了物質保障。在網絡資源建設方面，全校辦公室、教室、學生宿舍和教師宿舍都以寬帶網相連，這些硬件設備對本課程教學發揮了重要作用，使本課程教學質量得以明顯提高。?
3 人工智能教學方法及手段的改革?
針對我們現在所采取的教學方法，我認為存在許多不足，如教學方式比較單一，教學內容偏重理論講解等，為此，提出以下教學方法的改革：?
（1）通過多種途徑激發學生的學習興趣。課程的學習效果，直接受到學生興趣和參與意識的影響。一般來講，《人工智能》作為一門前沿課程，開始學生學習興趣很大，當開始接觸到抽象理論知識及部分算法時，學生往往感到不易接受。 我們通過各種途徑和方法， 激發和培養學生的學習興趣，包括鼓勵學生參與某部分知識的擴充性資料查找,預留一定時間請學生負責對此內容進行講解，布置學生對某個基本成型的實驗進行糾錯及驗證，降低問題解決的難度。學生因此產生興趣從而做更深度研究。?
(2）進行啟發式教學。 我們可以嘗試在教學過程中不斷提出問題請學生思考，啟發學生求解這些問題，鼓勵學生提出自己的猜想和解決方案，然后擺出教材中的解決方案，并與同學所提出的觀點進行分析和比較，這足以加強學生學習的主動意識和參與意識，提高學生學習的積極性。?
(3）課堂辯論與交互式教學。 組織課堂辯論，討論的議題可定位為譬如人工智能是否能超過人類智能等有爭議的問題。學生通過對這些問題展開激烈爭論，激發了學習潛能，明確了學習目標。當然師生間的交流方式還有很多，如郵件互發、QQ留言等，也可在課程網站中的互動平臺進行交流。?
(4）分層次因材施教。 在授課過程中，通過對每個具體學生的學習進度、課堂作業情況進行及時評估，對學生提出進一步的學習建議和指導， 實現個性化的教學。 對優秀學生探討，可以在教學設計和實驗設計中要求其選作部分探索性、創新性的功課和實驗，以發揮學生個性優勢。對于有意于將來從事中小學教育的學生可以在機器人及人工智能技術發展現狀等知識層面對其做問題講解。而那些看似缺乏興趣的學生，我們可以用多媒體手段如播放人工智能相關電影及科學小片引起其興趣，實行逐步引導的教學過程。?
另外，我們可以嘗試雙語教學。 采用中文教材和講授的同時，注重在課程中的關鍵詞同時用英文表示，并適當指定英文參考短文和英文參考書。使學生能夠接觸國外文獻資料，加深對學習內容的理解，獲得更寬廣的知識。我們也可以在教學內容安排上，注重理論聯系實際，將一些人工智能網絡上的虛擬實驗給學生進行課外上網練習，從而使學生了解算法的具體運行過程， 通過參與達到知識的理解，掌握基本方法和技術。?
根據現有的條件，我們在教學中可以采用多媒體教學和網絡課程教學相結合的方法，充分利用多媒體的豐富表現形式，利用網絡課程的交互性、情景化等特點，構筑以學生為主體的《人工智能》課程現代教學模式。 對于抽象知識，可通過動畫和視頻演示，通過聲音和圖像展示人工智能的歷史、人物和前景，做到學生直接而深刻地看到知識的內涵外延。網絡課程能較好地實現交互并使學習過程情景化，通過網絡課程的課堂練習和章節練習，教師可以評價學生的學習情況，并給學生提出學習建議，從而提高學生的研究力和創新力。我們也可以給學生播放中學《人工智能》課程課堂教學錄像，以使學生看到初高中學生的知識范圍及深度；同時給學生播放現有的《人工智能》科學成果，讓學生看到理論背后的實踐；也可以播放科幻片，激發學生想象的翅膀從而有興趣把人工智能作為將來深造的方向。《人工智能》是一門較新的課程，改進教學方法和手段不僅要靠教師，也應增加硬件設備的投入。如果人工智能能采用智能輔助教學系統或機器人輔助教學過程逼真、形象，一目了然，這樣可大大提高學生的學習效率，尤其是提高學生的觀察判斷能力、發現問題和解決問題的能力。?
4 人工智能實踐教學設計的探討?
我們可以在教學過程中，適量開設一些實驗和設計，提高學生的動手能力，并加深他們對理論知識的理解，降低理論的抽象度，提升理論的實用性。在近兩年的教學過程中，我們會適量加入一些人工智能語言的教學過程。例如，在講解了“野人與傳教士過河”等問題后，我們可以讓學生使用Visual Prolog或者C ?++?對算法進行實現；在講解 TSP 問題的遺傳算法解決案例后，指出編碼方案、初始種群大小、進化代數、交叉率變異率等因素對求解結果的影響，并要求學生通過實驗的方式來分析、理解這些問題，并提出“尋找更有利的解決方案”等問題。把學生的興趣激發后，為解決這些問題，學生會在課外主動查閱相關文獻、相互討論以實現他們所設計的方案，這樣既培養了學生善于鉆研和勇于創新的精神又提高了學生的實踐與創新能力。?
參考文獻：?
［1］ 熊德蘭,李梅蓮,鄢靖豐.人工智能中實踐教學的探討［J］.宿州學院學報,2008(1).?
［2］ 何元烈,汪玲.“Visual C ?++?”在“人工智能”教學中的應用與探討［J］.廣東工業大學學報:社會科學版,2008(8).?
人工智能基礎教育范文2
[關鍵詞]智能機器人 師范院校 教師教育 師范模式
一、引言
20世紀90年代以來,隨著科技的進步,人工智能技術的發展,智能機器人在全世界范圍內掀起了一股熱潮。隨著機器人技術理念的逐步完善和相關設備更新,人們也將越來越重視智能機器人的教學和競賽活動。正是因為看到了這一點,我國的高等教育以及中小學教育在這方面也都投入了巨大的熱情和精力,智能機器人教育在學校教育中的地位也越來越重要。筆者通過文獻檢索發現,智能機器人教育在國內外已不是少數學校的事。
1.國內外高校智能機器人教育開展現狀
無論國內還是國外,在高校開設智能機器人教育課程的現象已經非常普遍。但主要是一些綜合性大學。比如日本是世界上機器人教育和機器人文化普及最高的國家之一,在日本不僅每所大學具有高水平的機器人研究和教學內容,且每年舉行多種不同檔次的機器人設計和制作大賽,通過大賽培養了大批機器人技術研究和應用人才,使日本的機器人技術走到了世界前列。其他再比如一些歐美國家,亞太地區等都有該類項目的開設。
在國內,據不完全統計也有為數相當的高校有開設這項課程。其中有包括清華大學、北京大學、北京理工大學、西安理工大學等綜合型大學,也有北京師范大學、浙江師范大學等師范類大學,其他還有一些職業技術學院等等?？梢哉f我們的教育界還是注意到了這門新興的學科,也在這塊領域投入了相當的支持和關注。
2.國內外中小學智能機器人教育開展現狀
國外青少年熱中于機器人基于他們的歷史文化環境:一是高新科技(尤其是IT的超速發展);二是漫畫、電影、電視、體育競賽、電子游戲以及互聯網的影響。也正是由于這些文化因素的影響,智能機器人教育在國外開展地如火如荼,發展也比較迅速。目前,各國都有舉辦不同級別、科目、門類的比賽:比如日本的ROBO―ONE比賽至今已經舉辦了7屆,還有“青少年機器人大賽”等,其主要參賽者都是年輕人。與此同時韓國的青少年也在掀起一股機器人熱潮,韓國政府和企業也正在投入大量資金開發機器人產業,并使之商品化。而在美、德、法等國家,機器人產業也正在受到重視,一般采取“官產學”形式?！肮佟奔凑闹С趾驼{節,“產”即產業界的自我分類的研究和開發,“學”即學校專門設置的課程,進行學校教育。在如此龐大的體系下,機器人產業在國外已占非常重要的地位,尤其在當今的信息技術時代。
我國的智能機器人教育現狀又如何呢?據不完全統計,在2005年全國已有2.5萬余所中小學、320余萬學生參與到智能機器人教育當中來。隨著這幾年經濟的快速發展,目前我國中小學參與到機器人教育這個項目當中的人遠遠超過了上述數據,而且還在不斷上升。特別是沿海發達地區,比如上海、廣東、浙江、江蘇等地區。目前的主要開設形式是校本課程或者興趣小組等,參與的學生也大多是出于個人興趣愛好。
3.中小學智能機器人教育的師資現狀
由于智能技術是信息技術的核心領域,智能機器人也成為了培養學生動手能力、創新能力、協作能力和邏輯思維能力,提高學生綜合素質,開拓智力的平臺;同時,也是進行程序設計形象化、成果化教育的平臺。
目前就已開展智能機器人教育的學校來看,其主要的指導老師就是信息技術老師。智能機器人教育主要多個學科的知識,由于沒有專門的機器人教育專業,使得我國基礎教育領域機器人方面的師資處于接近真空狀態?？梢钥吹街行W信息技術教育在師資方面還存在著諸多欠缺的地方。而計算機科學與技術、教育技術這兩類專業在培養目標和培養模式上都帶有局限性。比如計算機科學與技術專業,他們培養的人才往往有雙重性:一是培養具有教書育人的良好素質,能勝任中小學計算機教育的教師;二是可從事計算機行業的相關人才。而教育技術專業雖然把培養目標調整為“具有良好的信息素質,勝任中小學信息技術課程的教學工作”,但是,目前多數教育技術專業、計算機科學與技術專業的培養模式培養大批“勝任”智能機器人教育課程的教師顯然不切實際。
4.關于師范院校開展智能機器人教育的情況
在我們國家而言,智能機器人還屬于比較新興的項目,作為科研重要基地的大學起步也較晚,大家的水平差距相對較小。如果師范院校現在開設該項目,以時機來看,比較恰當。正因為大家處于同一起點,相互之間的差距不是很大,更加有競爭。師范類院校作為為社會培養人才的基地,更應該看到這一事實。目前師范類院校較綜合大學來實力上看處于劣勢狀態,但師范院校由于和基礎教育結合緊密,在發展機器人教育方面事實上具有先天優勢。為提高師范類院校的競爭地位,增強培養人才的實際能力,創造出師范特色的新的人才培養模式,都值得我們思考并加以實施。
二、師范院校開展智能機器人教育的價值
1.師范類院校提高本身競爭力的需要
在師范類院校開設智能機器人教育正是順應了師范教育改革的潮流。不僅可以為基礎教育提供更好的師資力量,也為師范類院校在人才培養模式上帶來了新的思考。拓寬了師范生的就業渠道,增強了社會競爭力。
2.中小學智能機器人教育的需要
智能機器人教育引入中小學,不僅有利于信息技術的發展;有利于我們探索教育改革和人才培養的新途徑、新方法;有利于高素質人才的培養;同時,也將推動我國智能機器人知識和技術的普及;促進我國智能機器人事業的發展和專業人才的培養;促使新興的智能機器人產業的形成。因此智能機器人進入中小學已成為一種必然趨勢。我們可以通過智能機器人教育這個平臺挖掘學生的創造潛能培養造就創新人才。不久的將來,智能機器人教學必將進入我們的周圍,越來越多的人員便會參與到其中。如果師范類院校開設智能機器人教學,那么等到這些人員從事到中小學教育以后,他們發揮出來的作用將不可限量。
3.培養學生的諸多能力需要
智能機器人技術是世界強國重點發展的高技術,也是世界公認的打開21世紀大門的鑰匙。智能機器人融合了機械、電子、人工智能等技術。如果把它引入教育,不僅有利于信息技術教育的發展;有利于我們探索人才改革和人才培養的新途徑、新方法;有利于高素質人才的培養;同時將推動我國智能機器人知識和技術的普及;促進我國智能機器人事業的發展和專業人才的培養;促進新興產業的形成。實踐證明它不僅可以激發學生的想象力,培養學生的設計能力、創造能力、動手能力和跨專業的綜合應用能力而且還培養了學生的協作精神。把智能機器人引入師范教育,不僅培養了學生的諸多能力,同時又為師范類院校學生在就業競爭中提供了一項優勢,何樂不為?
4.師范性和專業性結合,培養更全面人才的需要
師范教育的根本目的不在于培養文學家、科學家,而是培養能培育文學家、科學家的教育家。在師范類院校開設智能機器人課程便是培養模式上的一種嘗試和創新。由于師范類院校其本身的特殊性,它主要為基礎教育培養師資力量,側重點在于培養教師而不是培養研究性人才。師范類院校要培養智能機器人教育的人才,勢必要調整培養目標和培養模式,把專業性和師范性更好到結合在一起,只有這樣才能優化人才,增加競爭力。師范類院校要看到自己的缺點的同時也注意發揮自己的優勢。目前中小學存在的問題就是專業教師的缺乏。為中小學智能機器人教育提供更優的師資,也為師范類院校學生提供更多的就業機會而言,在師范類院校開設智能機器人教育也就非常必要而且也很有利。
三、要研究智能機器人教育發展的師范模式
1.要總結開設智能機器人教育的做法和經驗
湖州師范學院于2004年開始智能機器人教育,目前擁有機器人儀器80臺,實驗室兩個。主要以學科競賽、興趣小組形式開展設,目前正在課程開設試驗。舉辦過六次機器人院級比賽,五次機器人校級比賽,舉辦過兩期暑期培訓,并代表學校參加過7次全國性的比賽,參與到這項教育活動的學生數大約有600人,獲得了全國一等獎多項,引起社會、其它學校的關注。
作為師范院校,開展智能機器人教育的主要目的是為突出專業特色,增強社會競爭力。雖然我們開展的時間并不是很長,但無論是自己舉辦活動還是參加大規模的比賽,我們的師生都認真努力,收獲頗多。在教學實踐和理論方面都有了很大的提高,積累了一定的經驗。
從筆者的走訪來看,無論是參與到其中的教師還是學生,都得到了一定的鍛煉。一些同學甚至還受到了一些中小學的邀請,去擔任他們的興趣小組指導教練,參加省級比賽,也取得了不錯的成績。智能機器人教育開闊了學生的視野,培養了學生的能力,同時打造了學校品牌,為學生就業提供了多一條的途徑。
但同時在教育對象、課程設置、實驗室管理等方面也都還存在著一定的問題。比如智能機器人是融合了多種技術的綜合性課程,開設培訓課程以前,需要學生有一定理論基礎。所以需要開設一定的前序課程。由于受到實驗室、師資等問題的限制,目前我們學院開設的項目還比較少,學生參與面還不夠寬等等。
2.要明確培養目標,更好地開展機器人教育,形成師范模式
就師范類院校開展智能機器人教育而言,筆者認為我們要按師范專業的特點開展一系列智能機器人教育課程、活動,形成一種師范模式,更好地普及機器人教育,為基礎教育培養優秀人才。
(1)在師范專業開設一些信息技術課,培養學生信息素養
當今時代,對學生的信息技術素養要求越來越高。根據我院實際經驗,學生在參與到機器人活動中時需要一定的信息技術基礎,比如C語言編程,而我們師范生缺少的就是這方面的知識。如果師范院校在這方面能開設一些系列課程,使學生的理論知識水平有所積累,對于我們開展機器人教育必將有極大的幫助。我們在從小學教育專業、教育技術專業本科生中開展智能機器人教育,就十分重視學生信息技術課程知識的補充,因此師范生在智能機器人教育的一系列活動、選修課程中理解能力、動手能力就迅速提升。
(2)建立配套完備的機器人教育實驗室
智能機器人是技術的前沿之一,集成了數學、物理、化學、生物、機械、電子、材料、能源、計算機硬件、軟件等眾多領域的科學和技術知識,沒有一種技術平臺比智能機器人更綜合。所以為了使現在的師范生能夠更適應未來信息時代的要求,在教學實驗環節中及時地增加教學實驗內容是非常有必要和可行的。況且,機器人教學需要有實際的場地設備等要求,機器人教育實驗室的創辦非常需要。加強機器人教育實驗室建設,重點在對學生進行機器人教育指導能力的訓練,同時要注意實驗室的專業完備程度,規范管理等,并提高機器人實驗室的軟件建設、社會服務能力。
(3)成立大學生機器人教育協會,組織機器人學科競賽
機器人比賽是一項很好的科技創新活動,不僅易于激發興趣,而且還可以培養學生的多種能力。學生們在研討爭論中,逐漸提高了語言表達能力;在策略方案分析中,鍛煉了思考、分析問題和解決的能力;在具體設計和安裝調試中,綜合運用各門課程知識,提高了工程設計和工程實施的安裝能力。我們目前建立大學生機器人教育協會,吸引學生參加這方面的活動,學習機器人原理,掌握機器人制作、編程、操作技能,活動形式主要是開展機器人學科競賽。這樣既可以檢驗我們學生學到的實際的知識以及獲得的能力,也能贏得更多的榮譽,得到學校領導的重視,擴大師范院校在機器人競賽的影響,更重要的是從親身實踐中學會和發展智能機器人教育活動的組織能力。
人工智能基礎教育范文3
隨著“科學素質教育綜合示范?！苯ㄔO的落實與實施，學校進一步制定了“科技教育中長期發展規劃”，培養和引進了一批在全市乃至全國有一定影響的科技與學科教育領域的專家型教師，同時聘請中科院、國家天文館、北京大學、清華大學、天津大學、南開大學和國外著名大學的專家、學者作為學校的兼職導師，并以9個優勢科研領域為核心，建設了30多間創新實驗室，為學生提供了科學體驗和實踐平臺，超前達到適應高中新課程發展和科技創新型人才培養需求的標準，同時積累了一些寶貴經驗。
實驗中學的歷任校長都始終倡導、支持科技創新教育工作。學校連續18年被評為市級科技活動先進校，獲得“全國科技活動先進?！?、“全國創建綠色學校先進單位”、“全國青少年科普創新示范?！?、“青少年科技創新人才培養項目實驗學?！薄ⅰ爸袊倌昕茖W院科普基地”、“全國電腦機器人教育實踐基地”等稱號。培養了許多在各級大賽中獲獎的科技特長生，多名學生在各級科技競賽中創造佳績。
從2010年起，學校在天津市率先組建了“科技創新實驗班”，并在此基礎上進行基礎教育階段科技創新型未來人才培養的科研與嘗試。隨著天津市特色高中建設項目的實施，學校出臺了“科技創新人才培養計劃”，積極穩妥地推進學?？萍紕撔陆逃ぷ鞯拈_展。
構建目標策略體系
培養目標
培養未來的科技創新型人才，是實驗中學貫徹“以人為本、力行創新，為學生的終身發展奠基”辦學理念的具體體現。實驗中學的教育者認為，科技創新教育最需要體現的是“三創”，即創意、創造、創業。創意表現為新觀念、新思想、新設計；創造是指動手能力，表現為新發明、新突破；創業是指開創新事業，所以，把未來的科技創新型人才可以定義為“有創意，能創造，善創業”的人。
實驗中學“科技創新實驗班”采取“雙主線”教育模式（即育人教育和成才教育），緊緊圍繞“國家興亡、匹夫有責”的育人目標和“堅實的基礎，良好的素質，發展的潛能，廣泛的特長”的成才標準，培養未來的科技創新型人才。這類人才除了具備堅定的信念、較強的動手操作能力、科學的思維與研究方法、健康的體魄、健全的人格外，還應具備強烈的創新意識、創新精神和創新能力；對科學研究興趣濃厚，具有無盡的求知欲、探索欲和責任感；逐步培養向往科學、探索科學、敢于革新、不怕失敗、堅忍不拔、善于合作的精神；在不斷追求真理、探索新知的同時，在創新感知力、創新記憶力、創新想象力和創新思維力等方面也表現突出。
計劃分解
實驗中學的科技創新教育具有鮮明的研究性質，“科技創新人才培養計劃”主要通過宏觀與微觀、理念與實踐、橫向比較與縱向梳理、整體與局部四個維度的對比研究，探究國外發達國家創新型人才培養的先進理念和制度，對比分析我國創新型人才培養的主客觀條件，力求探索具有中國特色的科技創新型未來人才培養模式。該計劃分為以下四個方面。
一是基礎教育階段培養模式的研究。根據基礎教育階段學生的具體情況，根據學生的特點和特長，進行“案例式”和“項目式”培養方式的研究，以項目帶動方式，讓學生參與整個科研流程，在科研過程中提高學生溝通、交流與合作的能力，使學生的綜合素質和科研潛能得到全面健康發展。
二是課程設置與科技創新型未來人才培養關系的研究。整合課程資源，突破現有學科知識框架，構建新型的課程結構，實施學分制自主型管理模式，并嘗試對課程設置與培養模式的關系加以研究。根據不同項目組學生的不同需要，創設科技創新型課程設置模式。
三是校本課程研究。立足數學、物理、化學、生物、信息、化學工程、生物工程、人工智能、地球與空間科學這9大科技創新優勢領域，學校構建了科技創新型人才校本課程體系，開發出1～2門科技創新教育課程。
四是評價體系研究。根據未來科技創新型人才的潛力和特長，積極為學生搭建交流成果與展示能力的舞臺，采取開放性、流動性的動態管理和評價方式，讓學生在全面發展的基礎上，盡早進入帶有個性色彩的科學研究領域，力爭為國家培養出更多的優秀人才。
培養策略
第一，改革新生遴選機制。
打破傳統的選拔和培養機制，探索科技創新型人才早期培養的普遍性規律，培養一批具有良好創新素養、科學精神與人文底蘊的優秀學生?！翱萍紕撔聦嶒灠唷睂W生的選拔和培養改變以往傳統意義上的“理科班”、“特長班”模式，對學生的綜合素質提出更高的要求。學生自愿報名，每年5月，符合條件的學生集中培訓、活動3～5天。成立專家組，以科技論文、動手實驗、技術設計、基礎知識綜合測試等方式確定初選名單，再由專家組面試、組織答辯，確定最終入選名單。
人工智能基礎教育范文4
關鍵詞：教學模式；知識模型；學生模型；教師模型；智能教學系統
中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)12-20ppp-0c
The Research of the Intelligent Tutoring Systems of Computer Foundation Course Based on the Web
QIN Yue-xing1,2
(1. College of Computer Science & Information Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China; 2. Department of Mathematics and Computer Science, Qinzhou College, Qinzhou 535000, China)
Abstract: Because of the neglect of the students' leading role and differences, the traditional CAI teaching pattern couldn't teach students in accordance with their aptitude. While ICAI pattern follows the principle of "people oriented, student first", with the purpose of teaching students in accordance with their characteristic and the fulfillment of the self-adapted teaching, it respects students' individual differences and attaches great importance to the students' central role. Through the combination of the characteristic of ICAI, this paper puts forward a structural model for the intelligent teaching of Computer Foundation course based on the Web.
Key words: teaching pattern; knowledge model; student model; teacher model; intelligent tutoring systems
1 引言
21世紀是一個信息社會的時代，計算機技術的日益普及和“信息高速公路”的開通將會給人類帶來一個嶄新的信息化社會，信息資源的共享更是當今世界發展的大勢所趨。這就要求當代大學生熟練掌握計算機技術，通過它學會獲取信息、加工、處理信息的能力，學會分析問題和解決實際問題的能力。《計算機文化基礎》作為高等院校學生接受計算機基礎教育的入門公共課程，它的內容是當代大學生必須要掌握的計算機基本知識和基本操作，其目的是為了提高學生的綜合素質，使學生掌握計算機應用技能，把計算機作為一種有效的工具，應用到學習生活和以后的工作中。而目前《計算機文化基礎》的上課主要是計算機＋大屏幕投影，采用以同一本教材、以教師為中心、學生圍著教師轉的“你教我學”的“演播式”教學模式。這種教學模式相對呆板，師生之間的交互性差，學生完全處于一種被動的學習狀態，而學生又都是來自全國各地，城鄉差別，地區差別較大，計算機水平參差不齊。教師把教學內容“滿堂灌”式地傳輸給學生，而入學前計算機水平較高的學生則會感覺到課堂內容太淺，沒有學習興趣；入學前計算機水平較低的學生卻又感覺課堂內容太深，上課聽不太懂、跟不上，難以理解和消化。所以，實際上這樣的教學模式仍然沒有走出傳統上課的教師“教”學生“學”的舊有模式，學生過份地依賴于教師，沒有學習的積極性和主動性。這種模式忽視學生的主體性和差異性，泯滅學生的學習興趣，面對不同的學習對象，不能做到因材施教。而智能教學則堅持“以人為本，學生第一”的教學原則，充分尊重學生的個體差異性，根據學生不同的特點，實現因人施教，充分發揮學生的主體作用，讓學生積極、主動地去學習，在有效調動學生的學習主動性基礎上，注重培養學生分析、解決問題和實踐創新的能力。為了實現《計算機文化基礎》課最好的教學效果，使學生真正掌握到計算機知識與技能，本文提出了基于Web的《計算機文化基礎》的智能教學并進行了系統的簡單研究與設計。
2 智能教學概況
智能教學，也稱智能計算機輔助教學，簡稱ICAI (Intelligent Computer Assisted Instruction)是計算機輔助教學的一個重要發展方向，是利用計算機技術模仿人類的教學能力，以學生為中心，計算機為媒介形成的一種開放式的交互教學。智能教學系統是以人工智能、計算機科學、認知科學、思維科學、教育學、心理學和行為科學等為理論基礎，根據學生的實際情況，自動選取適合學生的教學內容和教學方法，對學生進行個別化教學，實現了教育界提倡的“因人施教”“自適應教學”，讓學生積極、主動地去獲取知識，體現了智能性。實際上智能教學就相當于是賦予計算機系統以智能，由計算機系統在一定程度上代替人類教師實現最佳的教學效果。
智能教學系統最顯著的特征是它具有自適應性。它能根據每個學生的基礎知識、水平和能力，制定相應的學習計劃，面對不同個性的學生有針對性地進行個別化指導，并在學習過程中根據學生的具體學習情況和進度自動調整適合學生的教學內容和教學策略，以達到最好的教學效果。理想的智能教學系統應能夠根據學生的實際情況選取教學內容、教學模式，對學生實施個別化教學，做到“因人施教”，將教學資源、教學模式優化組合起來，建立一個良好的教與學的互動環境，激發教與學雙方的主動性和創造性。
目前隨著Web技術的不斷發展和成熟，基于Web的智能教學系統研究越來越受到人們的重視。在Web上構建智能教學系統，利用網絡的功能實現分布式教學，可以不受時間和空間上的限制，同時可以接受多個用戶的并發訪問，用戶可以隨時隨地享受教學資源，充分實現信息資源的共享，又可以在最大程度上滿足每個用戶的需求，真正做到“因材施教”，因此得到教育領域的廣泛應用。
3 基于Web的《計算機文化基礎》智能教學系統設計的構成
針對基于Web的《計算機文化基礎》教學系統的特點，本文采用4個相互作用的模塊：知識模型、學生模型、教師模型和交互模型來設計該系統。
3.1 知識模型
知識模型將領域知識以一種特定的結構存儲在計算機中，根據不同的知識類型采用不同的存儲結構。知識庫作為智能教學系統的重要組成部分，主要解決教什么的問題（教學內容），表示教學領域的相關知識，以及相關問題的求解知識。實際上，知識表示是智能化系統首先要實現的部分。用于智能教學的教材內容的組織不是簡單地將書本電子化，而是通過對學習內容模塊化來確定知識的內在聯系和認知順序。
本系統的知識模型模塊，對《計算機文化基礎》教學內容知識庫的表示，可以采用超文本表示方法，根據教學把課程內容分解成小單元，設置相應的內容鏈接。其特點包括：教學內容被組織成包含文字、聲音、圖形、圖像、動畫和視頻等多媒體集成的超文本文件（HTML）文件，使教學內容更為豐富、形象、生動、充實。例如，《計算機文化基礎》講解格式化磁盤或安裝操作系統的相關知識時，由于硬件和時間條件的關系，教師不可能把上課所用的機子格式化后重裝系統演示給學生看，一般都是口頭隨便講解，草草帶過。但學生對這些內容又比較感興趣，這樣，想教無法教，想學又沒學到，教與學出現矛盾！但是現在通過智能教學系統，可以把這些知識點做成步驟詳細的flas作品掛在校園網上，學生通過校園網可以反復多次地觀看，甚至可以下載保存到自己的電腦上，這樣讓學生積極、主動地去學習，從而達到掌握知識和形成技能的目的。通過智能教學系統，我們可以把一些在課堂上很難實現的知識很輕松、容易地教會學生，提高學生的學習積極性。
3.2 學生模型
學生模型是記錄學生的基本信息和學習情況的模塊，根據學生的學習基礎、能力特征和個性特點智能教學系統要提供最適合學生需要的教學，針對不同的學習個體，做到因材施教，系統就必須充分了解當前的學習對象，需要把學習對象的各種認知特征、知識水平、學習能力等用適當的數據結構記錄下來，作為選擇教學內容和教學方法的依據。
學生模型在ICAI中構造了一種可靠的表示學生知識水平程度的數據結構，它記錄著學生對知識的掌握程度，是學生知識結構的反映。學生模型監控學生的學習情況，依據學習的進度和學生的知識水平能力從試題庫中調出相應的測試內容進行測試，并將測試結果的詳細情況存儲到學生信息庫中，方便教師模型對學生信息的調用。學生模型的構造目的是評估學生的認知狀態，并發現學生在認知過程中出現的錯誤。
本系統的學生模型模塊主要用于幫助學生進行個性化的學習活動。主要有兩個方面：(1)學生學習：系統提供多種學習方式供學生進行選擇，根據學生的選擇系統提供相應的學習資料或課件，給出相應的學習指導。比如，如果學生選擇傳授式學習，那么整個學習過程都處于計算機導師的直接控制之下，相當于傳統的課堂教學下的學習；如果學生選擇探索式學習，那么計算機導師就會提出相應的問題和提示，學生自主地瀏覽相關網頁內容，在這些問題和提示下，完成主動性的學習；(2)學生練習：學生完成一個單元或階段的學習后，系統提供相應的練習題給學生進行練習；在學生提交練習結果后，系統進行評估，給出進一步的學習建議，如果系統評估不過，則學生要重新進行該練習，直到學生掌握了該知識點才能進行下一步的學習，如果系統評估通過，則形成新的有針對性的練習，或者引導學生進入下一單元的學習；同時建立學生的個性化知識庫，使系統能夠進行有效的推理，形成啟發式的自學策略。
3.3 教師模型
教師模型是模仿人類教師工作的一組程序，存放指導教學序列和教學方法，通過人機交互對知識模型和學生模型的分析，啟動推理機工作，評價學生領域知識的掌握程度，提供指導的教學序列，并在最適當的時候顯示最好的指導，進行啟發式的高水平教學。
本系統的教師模型主要用于輔助教師編寫教案。主要包括：(1)教案生成管理：系統根據教學知識模型和學生模型，結合已有的教學資源，通過一定的推理機制生成相應的教學策略，輔助教師作出有針對性的教學計劃，編寫個性化的計算機教案，同時提供教案庫的管理和維護功能；(2)素材組織：按照教學知識模型庫將各種類型的教學素材（如聲音、圖形、圖像、視頻等）進行組織和管理，建立教學素材與教學知識點之間的有機聯系，并提供與常見多媒體課件編輯工具（如PowerPoint、Authorware、Flash）的鏈接，能夠在常見的課件編輯工具中有效地利用已有教學素材。
3.4 交互模型
交互模型實現學生與知識、系統之間的交流，是教與學雙向活動的人機界面。交互模型包括學生交互界面和教師交互界面。
本系統主要有兩種基本的交流工具：(1)教師信箱：學生通過電子郵件的方式與教師之進行交流；(2)電子白板:電子白板是一個虛擬的協同的交互空間，供教師和學生進行同步或異步方式的交流。對在交流過程中產生的有價值的信息，用戶將其作為知識進行提取存儲起來，供以后再利用。
4 結束語
《計算機文化基礎》是一門基礎性、應用性、操作性比較強的學科，我們要找出一條適合《計算機文化基礎》教學的新路子,充分發揮學生的主體作用。目前，有關基于Web的智能教學系統的研究和開發逐漸成為國內外研究的熱點，本文針對《計算機文化基礎》這門課研究探討了一種基于Web的智能教學系統的構造方法，希望能構造出一個高效的基于Web的智能教學系統，從而真正實現《計算機文化基礎》的智能化教學。
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人工智能基礎教育范文5
關鍵詞：新工科；計算機基礎；創新
引言
基于智能和信息技術的新工科建設引起了高校和教師的關注和討論。軟件工程專業計算機基礎作為一門基礎工程課程，不僅是培養軟件工程專業學生信息和智力的重要手段和渠道，也是軟件工程的重要組成部分。軟件工程專業大學的計算機基礎課程面臨著課程簡化、壓縮甚至直接應用的問題。教學與實際應用的脫節制約了計算機基礎課程的發展。
1新工科概況
1.1新工科的意義
新工科與經濟發展有著重要關系。在新常態背景下，積極推進我國現代經濟建設發展，需著力發展實體經濟。所謂實體經濟，就是在積極優化產業結構的基礎上，推動經濟發展方式轉變。其中，新工科是實體經濟發展的強大動力。新工科中的“新”可從以下幾個方面來理解。在互聯網時代的大背景下，信息處理方式發生了巨大的變化，正朝著移動化、智能化、個性化的方向發展。在新工科背景下，計算機計算的發展模式發生了重大變化，體現在新一代信息技術的發展由原來的縱向升級向橫向滲透轉變，如金融、制造等領域；此外，計算機技術的研究方向也發生了重大變化，從原來的產品技術轉向服務技術。上述新的開發模式是“新”在新工科背景下的體現。因此，計算機信息技術正逐步滲透到生產、生活的方方面面。在新的發展背景下，有必要對高校計算機工程教育的內涵進行解讀。在這樣的背景下，可促進企業的全面升級和發展，帶動社會經濟的發展。
1.2新工科發展歷程
新的工程概念一經提出，就受到教育研究者的高度重視。這一新課題的研究取得了良好的成果。例如，在綜合性大學的新工科開發中，相關學者為新工科的開發開辟了新的路徑。如利用區域優勢開發新工科、多學科發展模式。這種教育發展模式最早在中山大學實施；此外，在地方高校的發展過程中，相關學者依托產業集群整合教育發展模式，院校教育要完善院校的教育功能，形成具有特色的工程教育新體系。其中，高校新設工程教育專業集工程教育、學科、科教、創業等為一體。它將新的要素融入到新工科體系的發展中，豐富了人才培養體系。專業課程是新工科發展的基礎。為促進新工科的創新和發展，需要對課程和課程建設進行改革。計算機基礎教育是高校專業課程的重要組成部分。在網絡環境下，物聯網工程和人工智能產業呈現出新的發展趨勢，為計算機基礎教育奠定技術基礎。立足當前時展趨勢，積極推進新工科背景下高校計算機基礎專業改革，為物聯網工程和人工智能產業建立完善的平臺支撐。近年來，新工科取得令人矚目的成就，但在戰略改革方面，專業和課程設置還不夠完善。這也是阻礙高等教育發展的重要原因。
2新工科背景下計算機基礎課教學應注意的問題
2.1課程內容比較陳舊
目前，一些計算機基礎課教師對新工科的概念、新工科人才的特點以及計算機基礎課的改革認識不深。因此，一些教師對計算機基礎課的教學內容進行了調整，以適應時代的發展。隨著IT技術的飛速發展，教學內容也發生了變化，計算機基礎課程的教學仍以辦公自動化軟件的操作技能為基礎。除軟件版本的更新，教學內容幾乎沒有變化。
2.2教學法是傳統
目前，軟件工程專業的許多計算機基礎課程分為理論和實驗兩部分。教師采用的主要教學形式是理論課以教師為主體，實驗課以學生為主體。這種教師講課、學生重復教師操作的教學形式，很難調動學生的學習積極性；此外，高校學生的地域性、類型性差異導致新生計算機水平存在較大差異。采用傳統的教學方法會導致一些學生抱怨計算機基礎課太簡單，學不到東西，學習積極性不高。因此，強調共性而忽視個性的一刀切教學方法已不能適應當代學生的需要。
2.3統一課程目標
不同的高校有不同的計算機基礎課程，如軟件工程專業計算機基礎、信息素養導論、計算機文化基礎、信息技術基礎等。其理論知識一般涉及計算機硬件、軟件等。本課程的教學內容一般集中在上述相關領域，缺乏針對不同專業的必要深入開發。由于沒有為不同專業的學生規劃不同的知識點，學生在后續課程中缺乏必要的專業銜接而感到困難。
2.4評價方法過于片面
目前，軟件工程專業的許多計算機基礎課程主要以終結性評價為主，往往采用期末統一的論文理論考試或計算機實踐考試，稱為期末考試?？荚噧热蓦y免泛化，但也忽視了學生學習的實際表現，沒有對學生的學習過程進行記錄和評價。在這種情況下，很易造成學生平時離課，考前臨時突擊，導致學習氛圍不濃厚，學習效果不明顯。
3軟件工程專業計算機基礎課程改革措施
3.1計算機基礎課教學內容的創新
在計算機基礎課程的教學過程中，教師可以重新規劃軟件工程專業計算機基礎課程的基本理論，并對計算結果進行分析。引入物聯網傳感器提高學生學習效率，計算機網絡不僅包括結構和網絡分類，還涉及WiFi和軟件工程專業計算機基礎課第二模塊的內容可視為計算機的基本操作。教師需根據高校本身的特點甚至專業特點來講解這本書的內容。為了學習，還需用計算機基礎課程對學生進行專業啟蒙，使學生掌握計算機基礎課程相關知識。
3.2改革傳統教學方法
軟件工程專業的計算機基礎課程可用教學進行合理翻轉課堂。同時，也要把學生融入到教學中去分成小組。首先，分組有助于減輕學生的學習壓力，加強學生的團隊合作意識。但在分組的過程中，需填寫每個小組所有成員信息，不應包括太多的學生，否則會出現渾水摸魚情況。如果小組里的學生太少，教學任務也會顯得太多，想要教學實踐得到一定程度的拓展，教師要有強烈的責任感，然后采取合理的方法控制練習，準確評價和激發學生的興趣。因此，翻轉課堂對教師提出了更高的要求；其次，翻轉課堂能使學生充分發揮自己的能力，它還可讓學生充分認識到自己的不足，督促他們今后努力學習，在學習中積極探索。
3.3制訂合理的培訓目標
隨著科學技術的飛速發展，大多數人在手機上安裝Office辦公軟件進行移動辦公。對普通的軟件工程專業學生，教師可幫助他們通過綜合學習任務，學生可通過軟件提前學習。在課堂教學中，教師為學生講解重點和難點后，進行教學。只有加強訓練才能掌握知識。目前，我國高校數量眾多的軟件工程專業改變計算機基礎課程或軟件工程專業的電腦思維。這對學生的創造性思維起著基礎性的作用，高校應注重思維的訓練，而不僅是知識的學習。教師在講解知識時，能將創造性思維與知識融為一體，它的使用實際上構成了思維。它對學習起到很好的指導作用，也可在非計算機專業人員中實現復合創新，在創新目的中起重要作用。對比軟件工程專業的計算機思維課程和計算機基礎課程可理解計算機學習過程中存在的一些困難，教師可根據自己的情況進行學習，根據院校、專業和學生的具體情況，設計合理的學習內容。但為了優化和改革軟件工程專業計算機基礎課程的教學體系，需不斷提高教學質量。
人工智能基礎教育范文6
關鍵詞：機器人教育；虛擬機器人；社團；合作學習；研究
一、機器人發展現狀
1.機器人教育的價值及影響
機器人教育的核心基礎是人工智能技術在教育領域以人性化、智能化的形式加以利用。由于人工智能技術是信息技術發展的一次重大飛躍，因此信息技術教育必將走向機器人教育。我國頒布的義務教育階段信息技術課程標準和《國家九年義務教育課程綜合實踐活動指導綱要》中，機器人設計和制作被列入信息技術課程選修內容。由此可見，機器人教育已經納入了中小學信息技術教育內容中。此外，全國各地的機器人比賽蓬勃開展，比賽內容不斷完善，參加的人數不斷增多，規模不斷擴大，影響力也在逐步提高。從技術的綜合性、先進性、自主體驗和興趣激發等方面學生都能有極大的收獲進而實現極大的教育價值。
2.虛擬技術的發展及在教育領域的應用
虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真）是近年來出現的高新技術，也稱靈境技術或人工環境。虛擬現實是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般。
目前，虛擬技術在大眾教育、軍事、醫學、航空，旅游等各行業得到了廣泛的應用，利用虛擬技術可以建立各種虛擬實驗室，虛擬環境。隨著虛擬技術逐漸成熟，虛擬技術逐漸普及化，大眾化。虛擬技術以其強大的交互性、隨意性、安全性等人性化特性，必將對教育領域產生深遠的影響。虛擬機器人作為虛擬領域的一部分也得到了快速發展。
3.實物機器人存在的問題
各國的機器人競賽開展得如火如荼，機器人的教育價值也逐漸得到認可。雖然我國開展機器人教育已經有十多年，但進展緩慢，仍游離于基礎教育教學之外，通過分析可發現其主要原因是經費問題，學校沒有財力購買大量的實物機器人用于教學。雖然有學校購買了實物機器人，但數量有限，只是用于參加比賽的學生。實物機器人的價格、后期的升級、維護、場地、工作環境等都制約著實物機器人進入學校教學。
二、開設虛擬機器人社團的原因
1.概念界定
虛擬機器人是近年來得到人們重視的一類新興機器人教育載體，英文簡稱為“Virtual Robot”。目前，還沒有一個統一的定義。根據互聯網上的描述和Michael Somby對機器人軟件開發平臺的界定，就相當于虛擬機器人平臺。所謂的“機器人軟件開發平臺”指的是用來給多種機器人開發程序的軟件包，一般包括下列內容（1）統一的編程環境；（2）統一的編譯執行環境；（3）可重用的組建庫；（4）完備的調試仿真環境；（5）對多種機器人硬件設備的“驅動”程序支持；（6）通用的常用功能控制組件。
2.實物機器人現狀
機器人技術融合了機械原理、電子傳感器、計算機軟硬件及人工智能等眾多先進技術，為學生能力、素質的培養承載著新的使命。機器人教育在教學中體現了以下幾個方面的作用：
（1）讓學生了解機器人的發展和應用現狀，理解機器人的概念和工作方式。
（2）讓學生了解機器人各個傳感器的功能，學習編寫簡單的機器人控制程序，提高學生分析問題和解決問題的能力。
（3）通過機器人競賽和完成各項任務，使學生在搭建機器人和編制程序的過程中培養動手能力、協作能力和創造能力，有目的地培養學生的科學素養。
（4）迎接機器人時代的到來。機器人的廣泛應用將極大促進社會生產力的發展與產業結構的調整。開展機器人教育，有助于使我們在機器人時代走向世界前列。
實物機器人已經成為呼聲很高的創新教育平臺，并且正在走向基礎教育。機器人教育在國內尚處在起步階段，把實物機器人作為課程，在現階段遇到了諸多方面的制約：
（1）實物機器人產品缺乏規范性。國內外機器人制造商開發的實物機器人品牌十分繁雜，且自成體系，互不兼容，開放度較低。
（2）實物機器人價格高，場地有嚴格要求，而學校資金嚴重缺乏，也沒有相應的場地作為實物機器人的教學場地，配套組件及設施不夠，給普及增加了難度。
（3）機器人教學所使用的“教材”質量不高，大多屬于“產品說明”或“用戶指南”等，缺少課程與教學專家的參與和指導，每個學校要獨立開發各自的校本教材，難度較高。
（4）師資隊伍的良莠不齊。
3.虛擬機器人在線仿真平臺
iRobotQ 3D機器人在線仿真平臺的出現，解決了學校開展機器人教學的一個最重要問題，即資金和場地問題。iRobotQ 3D機器人在線仿真平臺是全球首款基于網絡互動模式設計，以強大物理引擎作為技術支撐，以機器人為載體的科技創新平臺。它對資金、環境的要求不高，只要有網絡的地方都可以使用。平臺通過先進的3D虛擬技術對機器人應用的各個環節進行高度的3D模擬，實物機器人所擁有的功能都可以在該平臺實現。
國外機器人教學實驗證明，機器人競賽不僅活動主題有趣，
更重要的是其問題解決方案是開放性的，學生可以用不同的方法完成同一個目標，虛擬機器人擁有實物機器人的絕大部分功能，而且擁有實物機器人所不具備的零件永不磨損的優勢，因而虛擬機器人教學活動能激發學生充分發揮想象力、創造力，有利于培養學生的開放性思維。在機器人教學中，學生主要是通過動手實踐獲取知識。他們就像真正的工程師一樣，針對項目主題進行研究、策劃、設計、組裝和測試。他們以小組為單位，使用積木、傳感器、馬達等組件設計自己的機器人，并為機器人編寫程序，讓它完成自己想讓它做的事情。學生通過主動探索、動手實踐，親身體驗了抽象的理論知識如何變成了觸手可及的答案，享受成功的興奮。在活動中，學生不僅可以學到有關機械、電子、計算機等技術知識，還可以培養多方面的能力和素養，如與人溝通合作的能力，合理利用時間的能力，毅力與自信心的樹立等。
三、虛擬機器人社團項目合作學習范式
新一輪課程改革的重點之一，就是要讓學生的學習產生實質性的變化，逐漸改變以教師為中心、課堂為中心和以書本為中心的局面，促進學生創新意識和實踐能力的發展。小組合作學習成為當代深受關注和歡迎的教學理論與策略，它能有效培養學生的自主創新能力，適應國家培養創新人才。
本人在虛擬機器人教學實踐中進行了一些小組合作學習的探索，下面從小組合作學習來談談自己的認識。
所謂小組合作學習是以班級授課為前導結構，以小組活動為基本教學形式，系統利用教學動態因素之間的互動來促進學習，共同達成教學目標的活動。
在小組合作學習的過程中逐步培養學生的自主創新能力。具體表現在以下幾個階段中。
1.明確目標：為培養自主創新能力做好鋪墊
由于學生各具不同的性格、知識、思想，所以他們會以各自不同的表達方式去處理各種不同種類的信息。因此，教學過程中，教師首先要了解學生通過什么途徑可以學得更快、更好，再決定如何利用學生優勢帶動發展其他有待發展的潛能。因此，教師需采用多元途徑進行個性化的教育。除個別化教學外，教師還應組合不同性格類型和水平的學生進行小組活動，利用他們互補的潛能，通過多元虛擬的教育途徑進行合作學習。
我的虛擬機器人社團總共20位學生，在教師的指導下，以小組合作的形式，把學生分成5個小組。每個小組由4名不同能力、性別、性格、文化背景的學生組成。在合作學習之前，師生從心理、思想、內容等方面都要有明確的目標，為激發學生的自主創新意識和熱情鋪平道路。
教師要為學生培養自主創新能力鋪路搭橋。一方面給學生提出合作學習中培養自主創新能力的明確要求。即學習的內容和目標是什么，怎樣完成任務，評價的標準是什么；另一方面，通過設計具有挑戰性的問題，激發學生學習的積極性，啟發學生運用已有知識和經驗解決問題，促進學習的遷移、自主創新能力的培養。
例如，我在社團課中給學生制訂了關于“汽車總動員”項目學習的相關內容（如下表）。
項目學習計劃表
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項目學習評價量規
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項目活動記錄表
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項目評價表
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學生根據教師制訂的項目學習計劃，每個小組再制訂自己小組的項目實施計劃，并把項目進行分解，分配給小組的每位同學。
2.合作探究：培養自主創新能力的重要環節
每個小組成員明確了學習任務之后，根據分工進入合作探究階段，由于虛擬機器人是對現實的一個仿真，學生在進行機器人的搭建和編程過程中就要充分考慮到馬達的性能、車輪的摩擦系數、軸距對車子的影響、速度的快慢等各種物理因素，促使學生要靈活運用科學知識及生活常識。每個學生知識掌握不同，生活經歷不同，對項目實施過程中的理解也不同，這樣，每個學生就會根據自己的理解進行互相交流、討論，甚至爭辯，在這一過程中，教師進行適當的引導，小組成員間經過多次的磨合，逐漸形成小組的學習成果。在討論過程中，讓學有余力的學生充分發揮自己的潛能，并帶動學習有一定困難的學生多思考、多發言，保證他們達到基本要求；同時，教師要在巡視時，針對學習過程中出現的各種問題及時指導，幫助學生提高分析問題的技巧與能力。這一合作過程，既是類似科學研究的體驗過程，更是提升學生自主創新能力的過程。
例如，在“汽車總動員”這個項目任務中，在實施汽車的搭建這個小任務時，我給學生以下提示和問題，讓學生根據這些問題去尋找合理的答案。
（1）整條道路由普通道路路面、能量補充站路面、快速過彎路面、飛車路面，這些路面的顏色值都不相同，如何讓汽車知道行駛在什么路面上（使用什么傳感器來判斷）？
（2）道路兩邊都有柵欄，能否在汽車行駛過程中合理利用這些柵欄？如果能利用柵欄，那應該使用什么傳感器？
（3）道路上有得分物，怎樣讓汽車判斷得分物在哪（應該使用什么傳感器）？
（4）汽車使用什么樣的馬達和輪子比較好？
我把上述幾個問題交給各小組長，由各小組長再具體分解，分配到每個組員，學生依據一些有待研究的問題，自己去思考，自己去體驗。在合作中，學生有了探索與創造的機會，學生的學習活動更具有自覺、能動、創新的特征，學生在合作學習、解決問題的過程中，學習按照一定規則開展討論，明確表達自己的觀點，與他人進行交流，學會傾聽別人的想法，修正自己的觀點，激發新的靈感，在共同參與中，主動地獲取知識、應用知識、解決問題。通過與同伴共同努力來整理資料、分析處理和尋求問題的答案或結論，最終形成小組的汽車搭建方案。
3.成果交流：培養自主創新能力的收獲階段
合作學習后，由小組長代表全組學生對自己小組的汽車搭建方案進行展示，并對選用的部件進行詳細介紹，即為什么要選用這些裝置，這些裝置的作用。展示完畢，由其他各組成員對其進行點評，并對該組進行評分。同時，組內每個成員對自己的表現進行自我評分，并對小組其他成員進行評分。最后，教師對各組進行評價，指出各組的優勢和不足之處供學生參考。
虛擬機器人本身就提供了給學生的充分想象空間，再加以使用小組合作學習，充分調動了學生學習的主動性、創意性，學會與他人進行交流，學會傾聽別人的想法，修正自己的觀點，激發出新的靈感。合作中的傾聽、分享、交流、互助與反思，擴展了生生之間、師生之間的溝通網絡，從而在教學中構建了立體動態的溝通途徑。成果交流中學生之間會有比較鑒別，會互相取長補短、優勢互補，提高了學生的自評和他評能力，促進學生進一步動手探索機器人奧秘的能力。拓展了學生個性化思維，鍛煉了學生的多向思維能力與創新精神，也展示了學生的創新能力，滿足學生對歸屬感和自尊感的需要。
通過半年來的實踐，根據調查，發現學生對信息技術的愛好有明顯的提高，這些社團的成員玩電腦游戲的少了，利用課余時間進行開發虛擬機器發的學生多了，原先家長是不允許孩子在家使用電腦的，現在多數家長已經同意學生玩虛擬機器人2個小
時。在小組合作學習的實踐過程中使學生受益匪淺，每個學生在學習過程中都多了一份責任與自信，虛擬機器人強大的便利性和對學生的創造要求，使學生學習后創新能力有所提高。
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