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人工智能與環境設計范文1
關鍵詞：油田；云計算；信息管理系統
中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 17-0000-03
1 云計算網絡架構方案
海外網絡采用三層網絡架構，北京匯接中心為海外網絡的核心層，上聯集團公司環網；五個海外區域網絡中心為匯聚層，上聯北京匯接中心，下聯本區域中心的分支機構；分支機構為用戶接入層，實現本機構的接入。通過三層網絡架構，最終使海外各區分支機構接入了集團環網，CNPC海外網絡骨干拓撲如下圖1所示：
北京匯接中心與5個海外區域中心核心路由設備為Cisco 7609，分支機構使用的接入路由設備為Cisco 2821。各區域中心與北京匯接中心采用矩形雙鏈路連接，鏈路帶寬為雙4M，沿途使用不同運營商的鏈路，保證冗余（即海外網絡骨干鏈路為10條4M鏈路）。整個海外網絡采用BGP協議，分為6個AS域，區域間使用eBGP協議，區域內使用iBGP路由協議，分支機構使用靜態路由指向區域網絡中心，在核心設備上使用重分布將分支機構網絡信息到海外網絡，完成整個海外網絡的路由。還建設了海外衛星、網絡、電話通信系統和全球音視頻系統。
2 云計算硬件方案
云計算的核心思想，是將大量用網絡連接的計算資源統一管理和調度，構成一個計算資源池向用戶提供所需的服務。這樣大大提高了計算機資源的利用率，降低了整體采購和運維成本，以相對較低的投入，搭建起了高水平的應用服務環境。服務器整合之后，資源實現動態部署，伸縮性調度方便，通過服務器虛擬化和存儲的整合，來提高計算資源的利用率，降低運維成本，提升整體管理效率，同時也保證了業務連續性和投資保護。用戶端計算機只需運行像網絡瀏覽器一樣簡單的云計算系統界面軟件，其余工作都由云計算系統中的計算機群負責。采用云計算的潛力是巨大的，云數據服務器提供前所未有的效率和性能，以適應企業大規模數據密集型計算應用服務需要。云計算架構圖見圖1。
2.1 生產環境設計
生產環境的硬件設施包括系統的應用服務器、數據庫服務器、Web服務器、磁盤存儲設備及其他網絡相關設備。Web服務器在并發用戶數較高的數據中心可采用多臺機架式服務器來實現集群及負載均衡；應用服務器主要實現生產動態、設備維護、生產分析、數據交換、數據處理、數據質量控制、用戶授權管理等功能；數據庫服務器負責存儲采油工程數據、地面工程動態數據和地面工程靜態數據。對于中國石油數據中心， Web服務器采用多臺機架式服務器實現群集、負載均衡訪問；數據庫服務器采用雙機熱備，實現用故障轉移的方式保證業務的連續性。對于海外地區公司、項目公司的應用服務器、數據庫服務器和Web服務器則根據公司用戶數等信息來決定服務器配置數量。除此之外，海外勘探開發分公司還應部署磁盤存儲設備，采用儲存區域網絡（SAN）技術，確保經審核的采集數據、應用加工的數據以及成果數據的安全高效存儲。系統生產環境硬件架構如圖2所示。
2.2 備份環境設計
為了確保云系統的數據完整性、安全性以及應用的不間斷穩定性，在硬件方案中設計了災備中心硬件方案，目標是實現應用系統的發生事故能及時接管、確保業務的連續性，速恢復系統運行。災備中心硬件部署結構見圖4。
生產環境采用數據雙機熱備方式；異地災備方式按100%數據備份以及1/2～1/3的并發處理能力設計。在減少投資的同時又能滿足系統性能的指標。
3 云計算軟件方案
3.1 數據庫方案
系統地對Oracle和DB2進行比選。綜合比較，通用性、開放性、安全性、操作簡便、使用風險、綜合性能等方面優于DB2，選用Oracle數據庫系統。
3.2 開發技術方案
針對系統用戶分布范圍廣，運行環境復雜多樣的條件，采用B/S體系結構（Browser/Server的簡稱，瀏覽器/服務器模式）。
基于Web的B/S方式是一種客戶機/服務器方式，它的客戶端是瀏覽器。傳統的基于頁面的系統不能滿足A5的基于表單、流程、報表等的業務系統的需要。
在客戶端采用RIA（富互聯網應用）模式開發，RIA具有的桌面應用程序的特點，包括豐富的用戶界面；在無刷新頁面之下提供快捷的界面響應時間；提供在線和離線操作能力。
服務器端采用采用SOA架構。所有后臺服務可以相應RIA客戶端發來的請求，后臺模塊間的不同功能單元（稱為服務）通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯系起來。這使得構建在各種這樣的系統中的服務可以以一種統一和通用的方式進行交互。降低開發和部署成本，A5系統主要采用SOA框架進行開發。
3.3 工具軟件方案
該系統是一個企業級的大型應用系統，所涉及的業務流程復雜，用戶眾多，而且隨著采油和地面工程建設的持續開展，業務量、數據量和用戶量將進一步增加，所以應用軟件產品選型上，立足于選擇穩定而且更切合中國業務實際的應用系統。經過調研，我們對各種應用軟件對業務的支持情況進行了對比分析，統計表見表1。
表中：?、?、?表示該模塊滿足中國石油需求的百分比，√表示該模塊可以滿足需求，X表示沒有滿足需求的模塊。
可以看出，沒有一家國外公司可以提供覆蓋所有中國石油業務需求的應用軟件。中國石油充分利用系統內部專家、支持單位信息化資源，自主開發了具有獨立自主創新技術的采油與地面工程信息管理系統。
參考文獻：
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人工智能與環境設計范文2
[關鍵詞]學習環境；虛實融合；學習環境設計；關聯主義；物聯網
[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-0008f2013）03-0003-07
一、引言
學習環境的研究最早可追溯到心理學家勒溫（KurtLewin，1890-1947），他認為學習環境的設計應滿足學習者的心理需求，與之充分互動，從而影響其外在行為表現。隨著研究的深入。學者們將學習環境的概念延伸到課堂氛圍、學校文化等方面，認為教與學的過程類似于社會交往。需要一定的文化氛圍起外在引導作用。
20世紀90年代以來，以網絡、多媒體為代表的信息技術得到迅速發展，信息技術工具已將“現實”的學習環境拓展到基于網絡和多媒體的“虛擬”學習環境，打破了傳統教學活動的時空限制，可以有效地激發學習者的學習熱情，促進協作和分布式學習。然而，單純的現實環境和網絡中的虛擬環境對教學的影響各有利弊，在增強學習者臨場體驗、培育學習者實際操作能力、拓寬學習者視野、培育學習者協作式解決問題能力等等方面，實和虛的學習環境不可兼得。
為此，有必要在關聯主義學習理論的支撐下，結合物聯網傳感器技術的應用，將課堂內/外的“現實”學習環境與基于網絡/多媒體的“虛擬”學習環境進行“融合”，使之成為有機的整體。營造“虛實融合”的學習環境。該環境既能滿足學習者獲取真實的學習體驗，促進開展基于網絡的協作學習，又有利于教師在探究過程中為學習者提供多方位的指導。拓展學習者的視野。
二、學習環境及其構成要素
（一）學習環境的內涵
隨著建構主義理論的興起，教學范式的關注點逐步從“教”轉向“學”，在強化情境認知理論的同時，學習環境的重要性日益受到關注。
國外學者大多從學習活動的視角來定義學習環境，認為學習環境是促進學習有效開展的活動空間。較早關注學習環境設計的學者（Jonassen，D.H，1999）從建構主義的視角出發。認為學習環境是一種以技術為支持的環境，有利于學習者開展有益的學習。Hannafin（1992）將學習環境看作是一個全面、綜合的系統，它通過以學習者為中心的活動來促進人們參與學習。
國內學者更多的是通過描述學習環境的要素來界定該概念。例如，何克抗、李文光（2002）將學習環境具體化為學習資源和人際關系的組合。其中，學習資源包括學習材料（即信息）、幫助學習者學習的認知工具（獲取、加工、保存信息的工具）、學習空間（比如教室或虛擬網上學校）等等；人際關系則包括學生之間和師生之間的人際交往。鐘志賢（2005）認為學習環境是為促進學習者發展，“特別是為高階能力發展而創設的學習空間”。包括物質空間+活動空間+心理空間。
（二）學習環境的構成要素
新的理論與技術為學習環境的設計研究提供了新的視角，同時也豐富和拓展了學習環境的構成。由于人們立足于不同的基礎理論與支持技術。其關注點各不相同，對構成要素的理解也有所不同。表1列出了根據時間順序，研究者們對學習環境構成要素的不同觀點。
目前，國內外關于學習環境構成要素的研究大多基于計算機網絡技術與建構主義理論，主要關注學習環境的設計，協作學習、基于資源的學習的有效支持等。通過文獻分析可知，研究者們對學習環境要素的理解有廣義和狹義兩個方面。在廣義上，學習環境包含了教學系統的各個要素，例如，教師、學生、內容、方法和媒體等；在狹義上，學習環境為某一類型的學習活動提供相關工具、資源與教學策略支持。此外，學習環境要素的描述也受到研究者關注視角的影響。例如，在建構主義視角下，學習環境離不開資源、工具與情境等要素（鐘志賢的“7+2”模型與Jonassen的建構主義學習環境）：在協作學習的視角下，學習環境需具備協作學習的空間、工具或硬件等（李繼穎、張振亭，2001；葉賜添；李克東，2009；安維琪，2011）。
三、虛實融合學習環境及其特征
（一）虛實融合環境的內涵
隨著現代網絡技術和虛擬現實技術的發展，基于網絡和多媒體的虛擬學習環境逐步走入人們的視野，早在1999年就有研究者討論了學習環境由實變虛的歷程，具體表現在學習伙伴、學習資源與學習方法三個方面。隨著技術的革新、教學理念的轉變，現實的物理教學環境與虛擬的網絡教學平臺都暴露出各自的不足之處，為了支持開展有效的教學活動，需要將二者進行融合?，F實的物理世界能為學習者提供真實的體驗，在提升學習者情感和動機方面要優于虛擬的網絡環境，虛擬的網絡平臺和工具則能夠打破限制，極大地拓展學習者的探究與學習領域。
在本文中，將支持現場講授、演示、操作練習的方法開展教學活動的真實環境稱之為“現實”學習環境，而借助于網絡和多媒體手段、支持非面對面形式的學習活動的場所稱之為“虛擬”學習環境。由于這兩類學習環境在學習者的能力培養方面各有長處和短處，十分有必要將其進行融合，從而構建“虛實融合”的學習環境。
所謂虛實融合的學習環境，是指一類通過傳感器設備識別、獲取真實環境中與學習活動相關的客觀信息，通過互聯網將基于課堂和社會的真實學習環境與基于網絡和多媒體的虛擬學習環境融為一體的新型學習環境。
虛實融合的學習環境主要借助于傳感器，通過互聯網連接現實世界與虛擬世界。傳感器設備作為物聯網的重要組成部分，識別、獲取真實世界中對促進學習活動開展起著重要作用的信息，經過數字化處理后直接為學習者所采用。互聯網和多媒體技術的應用，主要表現在虛擬學習環境和數字化學習資源的構建，學習者通過個性化學習環境獲得學習主題相關的資源，避免了在海量的網上資源中迷航，提高學習效率，并有效支持協作學習活動的開展。
當前，支持學校開展科學探究活動的學習環境主要有兩類：一是基于學校課堂內/外的“現實世界”。二是基于網絡/多媒體的“虛擬世界”。在圖1所示的“學習環境一學習模式”坐標系中。傳統的課堂教學活動、傳統的研究性學習活動分別位于A、D兩個象限之中；基于信息技術的教學演示活動位于B象限：基于信息技術的研究性學習活動則位于c象限。其中包括網絡探究（WebQuest）、網絡探究科學環境（Web-basedInquiry Science Environment，簡稱WISE）、信息問題解決模式（BIG6）等典型的研究性學習模式。
圖中虛線勾畫出的橢圓是“虛實融合環境中的研究性學習”活動，它將虛擬環境與現實環境有機地結合起來，既充分利用虛擬環境中豐富的網絡信息資源、認知與交互工具來開展研究性學習活動，又將學習活動置于現實環境中的真實情景，使得學習任務更具真實性與挑戰性，更加激發學習者的動機與興趣。
（二）虛實融合環境的特征
一般說來，本文所討論的虛實融合的學習環境具有以下特征：（1）基于傳感設備與互聯網技術的支持，實現真實學習環境與虛擬學習環境的有機結合；（2）通過虛擬環境向學習者提供真實環境中難以獲取的數據，將基于校內的正式學習活動與基于社會的非正式學習活動有機結合；（3）支持現實環境中的問題解決型教學活動，借助虛擬化的工具和手段開展科學探究。通過協作與互動解決現實世界中的真實問題：（4）通過傳感器和網絡實時獲取和傳遞現實環境中的數據，擁有虛擬環境中海量的數字化學習資源，有利于開展跨時空的自主學習：（5）參與者能夠最大限度地參與學習活動并有所收益，參與者既是某一領域的學習者也可能是某一領域的專家。
總之，虛實融合的學習環境結合了真實環境與虛擬環境的優勢，可以彌補二者在培養學習者協作創新與滿足學生真實體驗等方面的不足。使用基于傳感器和通信網絡的物聯網技術為學習者提供真實、同步的科學探究工具與手段，利用互聯網技術編織起巨大的知識網絡，使所有參與者都能從中學到知識。獲得體驗。拓展視野。從而滿足不同層次的學習需求。
基于課堂的“現實”學習環境、基于網絡和多媒體的“虛擬”學習環境，以及“虛實融合”學習環境三者在理論基礎、技術支持等方面均有所不同，但在促進學習者有效學習的根本目標上是一致的，如表2所示。
四、虛實融合學習環境的理論與技術支持
（一）情境認知理論與分布式認知
建構主義理論的四要素（情境、會話、協作、意義建構）奠定了學習環境的理論基礎。建構主義認為，情境在促進學習者意義建構過程中的作用不容忽視，學是與一定的社會文化背景即“情境”相聯系的，學習者在實際情境下進行學習，通過“同化”與“順應”才能達到對新知識意義的建構。會建構主義理論觀點更是認為，學校中的學習應該在一種有意義的情境中發生，它不可能與兒童在“真實世界”中所獲得的知識相分離。因此。學習過程類似于社會交往過程。社會文化氛圍與學習情境對存在于其中的主體有很大的影響，舒適融洽的情境能夠滿足主體的心理需求，促進有意義的交流。
情境認知理論認為，學習者的生活經驗以及在新知識的獲得與應用中利用這一生活經驗對于學習是十分重要的。事實上，情境認知的研究正是試圖通過設置基于工作的、模仿從業者真實活動的學習環境。或借助信息技術設計的逼真、仿真環境和虛擬實境來提高學習的有效性，并保證知識向真實情境的遷移。
雖然。目前現代信息技術工具已經實現了對真實情境的復制和虛擬化，但在滿足學習者的真實感和臨場體驗方面，真實的情境與活動仍然不可替代。因此。在重視基于網絡的虛擬學習環境的同時，也要重視真實環境中的活動、情境與評價，二者相輔相成。
分布式認知是一種認知活動，既是對內部和外部表征的信息加工過程，也是一個包括認知主體和認知環境的學習系統。分布式認知強調認知現象在認知主體和環境間分布的本質，它認為認知分布于學習者個體的大腦內。大腦是一個復雜的動態系統，具有社會性。該理論把人的學習過程與大腦的自然學習過程類比，強調要設計合適的學習環境以使人類學習過程與大腦的自然學習過程相一致。隨著信息技術的發展，基于計算機和網絡的學習環境正在分布式認知學習中扮演著愈來愈重要的角色。
在分布式認知的相關理論中，制品（artifact）被理解為支持分布式學習的設備或學習技術，學習者與制品的交互過程促進了有效學習，人與制品構成了動態的學習環境系統，這是一個復雜的分布式學習系統。分布式學習環境中的“制品”被認為帶有認知能力，例如，智能教學系統中的智能被認為擁有類似于專家的“智力”，當學習者帶著大腦中的知識參與到分布式的學習環境中，將與“制品”產生交互。為了促進學習者知識體系的完善與提升，就必須科學設計和正確使用“制品”，使之與學習者的大腦知識互補。從而有效提升學習效率。
（二）關聯主義學習觀與物聯網技術
加拿大學者喬治·西門斯（George Siemens）于2005年提出一種有別于傳統學習理論的數字化時代的學習觀，即關聯主義（connectivism）的學習觀。其基本原理包括：學習與知識建立于各種觀點之上：學習是一種將不同專業節點或信息源連接起來的過程：學習可能存在于非人的工具設施中；學習的能力比當前知識的掌握更重要：為促進持續學習，需要培養與保持各種連接；發現不同領域、理念與概念之間聯系的能力至關重要：知識的流通是所有關聯主義學習活動的目的。該學習觀認為。數字化時代的學習建立在與信息節點保持高度連通的基礎上，知道“從哪里尋找答案”比知道“答案是什么”更加重要。根據關聯主義的觀點，在學習環境的構建與應用中，應當更加注重個體知識的有效管理，支持快速獲取信息、加工信息。例如。在相關的研究中所提出的關注信息節點的聚合、打造嵌入型的學習場域、注重個人知識管理以及延展社會網絡等等。
物聯網（The Internet of Things。IOT）近年來互聯網技術與應用的拓展與延伸，國際電信聯盟（1TU）2005年的報告認為，物聯網主要解決物品到物品（Thing to Thing，T2T1、人到物品（Human to Thing，H2T）、人到人（Human to Human，H2H）之間的互連。t23r2008年，歐洲信息社會與媒體委員會的報告《2020年的物聯網：未來之路》中，將物聯網定義為：由一些“具有身份標識與虛擬的個性化特征，可以利用智能化接口在智能空間進行相關操作，并可以與社會的、環境的、用戶的上下文相互連接并進行有效溝通”的物體所構成的網絡。鑒于此，將物聯網技術應用于學習環境建設，應當是以傳感器為基礎元件，實時采集現實環境中人們難以直接獲得的、與學習活動相關的數據并進行可視化，與基于網絡和多媒體的虛擬學習環境中大量的社群節點進行無縫的關聯（連接），進而構建起一個高度連通的、有效支持協作學習活動的龐大的學習環境。
物聯網體系通常由圖2所示的感知層、網絡層和應用層三部分構成。在這里。感知層是基礎，通過無線射頻識別（RFID）標簽或各類傳感器。實時采集現實環境或真實物體的相關信息，實現物物相連，感應器將其與網絡接口連接；在網絡層，云計算平臺實現數據信息的最大范圍共享，并進行信息加工與處理，最后在應用層使用并推廣；在應用層，就學習環境的應用而言，可以進行針對特定主題的探究學習，與異地學習者開展協作式學習，在虛擬仿真平臺上編程并對實體機器人進行運行調試。進行數字化科學實驗等等。
在基于物聯網技術的虛實融合學習環境中，包含有各種類型的信息節點，例如，參與者個體所代表的專業知識庫，虛擬網絡空間的資源庫，以及傳感設備提供的信息數據庫等等。應當在關聯主義學習觀的指導下，合理利用這些資源節點構建符合“數字化一物物相連”特點的有效學習環境。
基于關聯主義學習觀的虛實融合的學習環境，可以支持學習者快速獲取學習資源，管理個人知識空間，提高學習效率，在加強與拓展知識節點的同時。提高協作解決實際問題的能力和多視角的探究能力?；陉P聯主義學習觀的視角，虛實融合的學習環境既繼承了傳統學習環境的關鍵要素，又豐富和發展了其結構與內涵。
五、虛實融合學習環境的應用實例
近年來，隨著現代信息技術與現代教學理念的發展，國內外先后出現了一些典型的虛實融合學習環境實例。臺北市的校園數字氣象站就是一個較早將傳感設備應用于中小學氣象數據觀測和教學活動的典型例子，其他的例子還有：東北師范大學的基于概念構圖的網絡協作學習環境、香港培正中學的e一小區協作學習環境、臺灣科技大學研究團隊圍繞科學探究主題構建的情境感知泛在學習環境、美國面向科學教育的可視化協作學習環境（covis）等等?？梢?，虛實融合的數字化學習環境的研究已逐步從理論走向實踐，在各種新型的信息技術硬、軟件的支持下，其內涵與結構將更加豐富和多樣。
（一）校園環境信息觀測與研究性學習
“基于社區/校園的環境信息監測系統及其教育應用”是我們承擔的一項浙江省公益性技術應用項目。校園環境信息觀測系統（Campus Environment Information System。以下簡稱CEIS）是其中的主要成果之一。
CEIS系統將單純的環境數據的觀察與應用進行拓展，利用物聯網技術，建立一個虛實融合的，集硬/軟件、環境信息服務、環境知識普及、在線協作探究為一體的區域環境觀測與環境教育信息化平臺。
CEIS系統的總體構成如圖3所示。整個系統由室外采集器、網絡數據庫、信息門戶構成，學習者既可利用在線工具開展探究學習。也可通過移動設備查詢實時數據開展活動。其中，室外采集器（如圖4左圖所示）由太陽能供電、分布式傳感器網絡感知和無線數據傳輸三個部分組成，可以實時或定時采集本區域的各類環境數據并上傳到遠程服務器中，包括氣象要素（溫度、濕度、風速、風向、雨量、氣壓和總輻射）、環境噪聲、空氣質量（二氧化碳、臭氧、有毒有害氣體和粉塵顆粒物）等12個環境要素。此外，本系統具有較好的擴展性，可以根據需要增減傳感器的類型和數量。信息門戶網站（如圖4右圖所示）向用戶提供環境要素的實時數據信息以及相關的學習資源，如科普知識，供學習者在線開展科學探究。
CEIS系統將虛擬環境（包含了在線的信息資源、在線協作學習工具）與真實的校園環境（包含了真實的校園、基于真實情景的環境數據）有機融合，學習者既可以基于真實的環境問題，在真實的世界中，通過真實的評價反饋開展研究性學習。又能夠充分利用虛擬的在線學習平臺及網絡工具，跨越時空界限，進行無障礙的交流與協作。在學校環境教育領域，可以較好地解決傳統的課堂教學中的難點，通過該系統采集難以直接從真實情景中獲取的環境信息，開展跨校間的分布式協作學習，在學習活動過程中逐步積累相關數據和優秀案例，促進學習者知識的吸收與內化，以及科學探究能力的提升。在這里，我們以面向小學3-6年級的環境教育為例，列出利用CEIS系統開展科學探究的活動設計方案如表3所示。
（二）GLOBE全球性學習與觀察
“有益于環境的全球性學習與觀察”（Global Learning andObservations to Benefit the Environment，簡稱GLOBE）是美國副總統戈爾在1994年世界地球日發起的一個國際性的環境教育遠程合作項目。截至到目前，已有112個國家參與到GLOBE項目中，包含分布在2.4萬個學校中的約5.8萬個受過GLOBE項目訓練的教師。此外，通過在線參與全球性的科學探究項目，150萬的學生貢獻并分享了多達2300萬的數據。GLOBE項目通過GLOBE學校網絡將學生、教師以及科學家聯系在一起，同時，鼓勵家長、科學家以及參與過GLOBE項目的校友支持學生開展活動。
2006年，我國的首都師大團隊參與了GLOBE項目中的“夜晚觀星”（GLOBE at Night）子項目。該子項目要求在全球范圍內對星空的清晰度進行觀察，通過收集的數據來評估夜晚照明對星空的污染程度。分布在全球各地的參與者在網站平臺上根據學習指導，下載活動信息手冊。選擇觀測周期內的一個時間。觀察記錄當地的信息數據，與參與者通過網絡工具匯報、共享觀測情況。最后通過郵件收到組織者對此次活觀測活動的總結報告。
隨著信息技術的發展，GLOBE項目也在不斷地完善發展。如圖5右所示。利用谷歌地球。篩選科學探究中所需的數據類別，如大氣、地質、水文等，選取州、學校所在的地理位置，即可下載獲取這些開放共享的數據資源。
GLOBE項目在社會各界人士的支持下，構建了一個全球范圍的、開展科學探究活動的“虛實融合”學習環境，具有如下特征：（1）提供網絡平臺開展分布式學習活動，同時，使用物聯傳感設備獲取、加工、共享真實情境的數據信息；（2）為學習者構建豐富的人際關系網絡，如教師、參與者、科學家、伙伴等，學習者可以隨時與這些擁有豐富信息資源的知識節點溝通交流。獲取指導：（3）在全球范圍內開展基于現實生活主題的探究活動，提供輔助認知的技術工具，如將獲得數據信息實時生成圖表（需要項目參與者身份），從而激發學習者的動機。促進有效學習：（4）使用“實踐檢驗法”來評價學習效果。學習者的成果轉化為真實問題的解決方案，其學習結果可直接在現實中得到檢驗。
（三）虛實融合的機器人教育
所謂機器人教育通常是指學習機器人的基本知識與基本技能，或利用教育機器人優化教育教學效果的理論與實踐，這是人工智能技術在教育領域中的應用，是信息技術教育的一個領域，近年來已成為培養學生編程能力、創新技能的重要載體。由于傳統的機器人教育大都基于實體機器人開展教學與實踐活動，設備成本比較高，加之地區之間在經濟和師資水平等方面的差異，難以大面積推廣，在較大程度上制約了機器人教育活動的開展。
虛擬機器人的出現不僅解決實體機器人教育存在的一些問題。而且已有研究發現，在信息技術課程中利用虛擬機器人教學起到一舉兩得的作用，使學生不僅學習了程序設計的基本知識，也學習了機器人相關的知識，同時利用虛擬機器人與程序設計教學，在一定程度上提高了學生學習程序設計的興趣和動力。以機器人足球比賽為例，它融合了實時視覺系統、機器人控制、無線通訊、多機器人控制等多個領域的技術，是一個有趣且復雜的人工智能研究領域。然而，真實的足球機器人比賽所需的硬件設備比較昂貴。為了降低研究機器人足球比賽相關領域的成本，一方面，人們開發了虛擬的足球機器人仿真平臺（如圖6左圖所示），能夠完全模擬實際足球機器人和比賽場地的尺寸、比例關系，調節摩擦、反彈、線性阻尼、能量消耗等物理參數。能夠使仿真平臺具有很高的仿真度。隨著機器人足球的迅猛發展，虛擬機器人足球比賽已成為一項獨立的、參加人數最多的機器人足球比賽類別。
近年來，將虛擬機器人和實體機器人結合而成的“虛實融合”機器人的教學環境，正在受到人們的重視，在學校的機器人教育中具有十分廣闊的前景。例如，微軟的機器人平臺M-icrosoft Robotics Studio能以多種方式遠程控制實體機器人，還可以利用PC通過電纜或者無線傳輸（藍牙，wifi，ZigBee）等。
虛擬的機器人教育仿真平臺與實體機器人的結合，有利于構建一個功能相對完善的虛實融合的機器人教學環境。在實踐教學中，可借助上述環境采用“虛擬一實體一創新”的教學策略，即第一階段開展以虛擬機器人為載體的程序設計教學；第二階段結合實體機器人，進行設計、編程、調試等步驟，完善實體的運作，培養學生的動手能力、解決問題的能力；第三階段，學生制作自己的創新機器人作品，多角度地培養學生的分析問題、解決問題的能力，同時增加學生的動手能力和團結合作能力。
（四）數字化探究實驗室
