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人工智能教学设计范文1
【关键词】机器人活动；创新能力；培养实施方法
0 引言
党的十提出实施创新驱动发展战略，并强调科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置，通过科技创新推动改革。高校是科技创新的主阵地，大学生创新意识和创新能力的培养已成为各高校教育教学的主要抓手。
机器人活动是典型的机电一体化技术，囊括了机械、电子、计算机、自动控制、传感器、通信、人工智能等学科的尖端技术，是一门跨专业、多学科交叉且高度综合的新兴事物。它具有创造性、趣味性、观赏性和对抗性等特点，是在学生具备基础能力的前提下，综合运用多学科知识，给学生广阔的发挥空间，提高学生的创新能力。机器人研究正处于不断完善、不断出新、不断深入的动态研究之中，这些未知领域也恰恰是大学生们的兴趣点所在。
笔者于2008年开始管理、指导学校机器人实践创新团队，从08年开始，连续7年参加了中国机器人大赛暨RoboCup公开赛。该项赛事是中国最具影响力、最权威的机器人技术大赛、学术大会和博览盛会。7年来，我校代表队一共获得冠军15项、亚军12项、季军7项。本文以实际指导与参赛的经验，就我校新设的交通设备与控制工程专业大学生创新能力培养进行探讨。
1 交通设备与控制工程专业情况
交通设备与控制工程专业为工科学科特设专业，主要培养适应国家交通运输设备现代化、智能交通工程建设的需要，具备交通设备、信息及控制工程方面专业知识与应用能力，能从事交通领域设备研发、设计、制造、智能交通系统集成、维护、运行管理的应用性高级工程技术人才。目前全国仅有10所左右的高校开设了此专业。我校交通设备与控制工程专业于2011年开始招生，目前有在校生191人。作为工科专业，学院十分重视学生创新能力、动手实践能力的培养，并将机器人活动作为抓手，促进学生素质全面提升。
2 机器人活动培养学生创新能力的优势
2.1 机器人活动营造良好的校园科技创新氛围
机器人活动丰富了同学们的课余文化生活，培养了同学们科技创新的浓厚兴趣，它作为一种参与面极广的大学生课外科技创新活动，能让同学们将平时所学的课本理论知识应用于实践活动，同时又扩大了知识面。特别是校团委每年一度的大学生科技节开幕式上的展演，把每年参加全国赛、省赛的获奖作品予以宣传展示，邀请相关指导教师开展机器人制作系列讲座，邀请获奖学生代表分享参赛心得等，营造良好的校园科技学术氛围，使得机器人活动被广大同学所了解、喜爱。
2.2 机器人活动激发学生的学习兴趣
在对交通设备与控制工程专业学生专业学习情况的调研中发现，学生对于自己所学的专业认识迷茫，方向不清楚，自然学习的兴趣不浓、动力不足。对于开设的很多专业课程，他们并不清楚课程的重要性，更谈不上灵活运用。有些十分重要的课程同学们感觉比较枯燥无味，难以理解，无的放矢。课堂教学和固定模式的试验并不能激发他们的学习兴趣，教学效果也不是很好。机器人团队的学生普遍反映，通过机器人活动，他们不仅巩固了学习过的课程，而且能将所学的课程与实际运用相结合，有助于他们理解知识点、掌握知识点。同时还具备了围绕具体的制作项目，搜集资料、自学新知识的技能。
2.3 机器人活动的各项赛事有完整的比赛规则
中国机器人大赛暨RoboCup公开赛已成功举办了15届，比赛规则完备，自始至终均保持着公平、公正的竞赛原则，除个别项目是通过评委打分来评判成绩之外，绝大多数项目是通过计时、计分等方式公正客观的来分出胜负，对于结果令人信服。在这样一个公平公正的全国大赛的竞技场上，参赛学生不受任何不良因素的干扰，不存在任何找关系、开后门等社会不良风气，只需关注自身机器人的稳定性，展现自己的设计成果和创新做法。
3 机器人活动促进学生多方面能力的提高
3.1 机器人活动提高学生的工程实践能力
每个机器人都是一个复杂的机电产品，它既是设计出来的，更是制造出来的，好的设计不见得就是好的产品，一个好的产品既依赖于好的设计、制造，也依赖于好的项目管理、质量控制等，这一切都依赖于对于过程的实践，它需要经验的积累，时间的考验。[1]同学们在机器人作品的设计制作过程中，通过反复观察、实践、总结来掌握核心技术、解决棘手问题，为解决工程实际问题打下基础。
在2013年的比赛中，我们进入决赛的一台旅游机器人在赛前适应场地的时候出现了问题，整台车处于不工作的状态，经过队员反复检测，发现主控板被烧掉，更换主控板需要把整台车全部拆掉，此时距离决赛开始还有20分钟，除了要将另外一台车上的主控板拆下换掉烧坏的主控板之外，还要留有时间适应场地。同学们齐心协力，拆车的拆车，焊接的焊接，编程的编程，紧张的15分钟之后，整车装备完毕，开始调试，最终我们获得冠军，同学们欣喜若狂。这与同学们在日常实际训练时，主动将所学课程知识融会贯通，综合运用，具备了一定的工程意识和工程实践能力分不开。
3.2 机器人活动培养学生团队协作的精神
团队协作精神是当今社会衡量大学生个人素质的重要因素，作为一个机器人活动小组成员，他们来自不同的年级、不同的专业，各自的特长也不尽相同，有的擅长硬件制作，有的擅长软件编程，在日常的训练比赛中，难免会出现意见不统一，方法不一致的情况，这就更需要团队的相互协作、各司其职。有时我们也会发现，出现问题之后，队员间相互埋怨，缺乏理解、沟通，严重影响了机器人的创作进程。经过指导教师的劝解、调节，促使他们走到相互协作的轨道上来，让同学们意识到只有团队合作才能顺利完成设计、制作、训练、参赛的任务。
3.3 机器人活动培养学生全面发展的个人品质
机器人活动综合了多学科的知识，在选题、策略分析、制作方案、设计加工、软硬件设计以及稳定性方面的工作量很大。同学们围绕核心主题各抒己见的时候，促进了自己的语言表达能力的提高。
在前期验证、中期制作、后期调试等过程中，促进了同学们思考问题、分析问题和解决问题的能力提高。
机器人调试时一个不断完善、追求完美的过程，它与普通的课程设计不同，需要实践的检验。所以同学们在运行调试过程中，通过反复多次的检测、修改，努力提高机器人的性能，潜移默化地培养了同学们对待工作追求完美、精益求精的品质。
机器人活动作为一项实践性很强的活动，对于学生的动手能力要求很高，在制作调试的过程中，一些纯手工的活儿给同学们带来了极大的挑战。不论男生女生，熟练使用锯子、手电钻、烙铁、钳子等工具都是必须的，这对大多数独生子女都是一个难得的生活体验。在此过程中，加班加点也并不稀奇，熬夜通宵更是家常便饭。调试累了，趁给机器人充电的时候，抓紧时间休息一会儿。在比赛过程中，为了了解竞争对手的机器人，同学们不停地观摩、拍摄、讨论，甚至通宵改进策略。整个过程无形中培养了学生不畏艰难、吃苦耐劳的优秀品质。
4 基于机器人活动的学生创新能力培养方法实施
4.1 创建专门的机器人创新实验室
高校想要在科技竟赛中取得好成绩，就必须注重人才梯队的培养。而依托开放性实验室不失为一种行之有效的方法[2]。目前，由于学校学生人数较多，大部分学校的实验室都在安排正常的实验教学，有的甚至从早安排到晚，无法满足学有余力的同学开展各类科技创新活动。为此，学院专门为机器人活动创建了创新实验室，该实验室不承担普通实验教学，全天候为机器人团队成员开放。实验室既是创新型人才的培养及选拔的基地，同时也为指导教师与学生之间的沟通提供了稳定的场所和条件。
我们将实验室划分为制作区、训练区和展示区。在制作区和训练区内，同学们可以放开手脚、充分发挥自身和团队的聪明才智，紧密围绕中心任务动手实践。展示区就是机器人创新团队的成长足迹，我们将同学们自己设计研发的机器人作品和历年比赛的奖状、奖杯、照片等按照时间顺序进行摆放展示，记录整个团队成长的点滴。我们还将实验室作为新生入学教育的阵地，尽早在他们心中点燃科技创新的火种。
4.2 组建机器人实践创新团队
在组建机器人实践创新团队的时候，我们实行“大手拉小手、左手拉右手”的管理模式，也就是整个团队的梯队式培养。高年级的老队员在知识储备、动手能力、比赛经验等方面有一定的积累，低年级的同学加入后，由老队员对他们进行相关内容的培训和指导，分享自己在机器人活动过程中所积累的丰富经验。即使今后老队员们面临着实习、就业、升学等问题，也不会影响整个团队的继续发展。此外我们还根据每个队员的特长进行合理组队，尽量做到每个队中都有一名有经验的高年级队员，并担任组长，带领小队员们进行理论学习、技术攻关、参加比赛。
4.3 充分给予学生发挥的空间
学生的创造力是无穷无尽的，在机器人的设计制作或优化改进的过程中，指导教师给予学生充分的信任，放开手脚让同学们自行设计、改进。指导教师仅在方案制定、测试调试、策略运用上给予指导和帮助，出现问题时鼓励学生坚持克服、树立自信，鼓励学生永不放弃、重整方案。使学生在机器人活动中真正成为一名设计者、而不仅仅是一名操作者。
4.4 教师的指导要把握好
总的来说，教师的指导原则是“到位不越位”，做好学生的参谋，审核设计的方案，督促制作的过程，协调团队的管理。教师应当常去创新实验室，抓住重点环节，给予具体建议。由于学生在实际工程设计经验等方面不足，有的学生甚至还不会绘图。在这种情况下，指导教师应把机器人关键零部件的制作和结构设计放在首位，把好重点关，使重点零部件和结构可靠、稳定、实用。指导教师还要和学生分享自己丰富的经验，尽量争取时间，少走弯路，提高效率。此外，指导教师还要深入研读比赛规则，根据实际情况选择机器人的制作、策略等，这个过程要给予足够的重视。
5 总结
机器人活动有效的激发了学生参与科技创新活动的热情，有利于学生将理论与实践相结合，促进学生实际分析问题、解决问题能力的提升，是大学生创新能力、实践能力培养的很好的切入点，为全面提升我校交通设备与控制工程专业创新人才培养的空间提供了很好载体和平台。
【参考文献】
[1]张东泉，等.以机器人大赛为载体 构建大学生科技创新训练体系[J].创新与创业教育.2011，2（4）.
[2]汤兆平.依托实验室加强大学生科技竞赛人才的培养[J].华东交通大学学报，2007（24）.
人工智能教学设计范文2
关键词： ICAI；B/S；智能化
中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）04-0136-010引言
ICAI系统是以学生为中心，计算机为媒介，采用“知识库”、“学生模型”和“教师模型”等模块模拟教学专家的思维过程，形成的开放式人机交互系统。ICAI系统是一个综合性很强的系统工程，它是以教育科学、心理科学和认知科学等作为理论基础，采用人工智能、多媒体技术、数据可视化技术等多方面计算机相关技术，通过研究人类学习思维的特征和过程，寻求学习认知的模式；通过设计智能化计算机辅助教学系统，帮助教师实现因材施教、进行有针对性的指导以及按照不同的认知能力，使学生进行个别化自适应性学习。
1ICAI体系结构
研究ICAI的动机就是为了创造出与优秀教师相媲美的“智能导师”，所以需要赋予机器高级智能。因此，尽管ICAI系统的形式各不相同，但主要都是由4个部分组成：知识库（Expert Knowlege）、学生模型（Student Model）、教师模块（Tutorial Model）、智能接口（Interface）。
1.1 学生模型模块学生模型用于表示在特定领域学习的有关因素，能准确、客观、真实的反映出学生当前的知识水平和认知能力，是学生知识结构的反映。学生模型在智能化的个别教学中扮演着非常重要的角色，它提供的信息是教师模块做出的教学决策的依据，也为系统实现个别化教学提供了依据。
1.2 教师模块是操纵教学内容以一定的形式呈现给学习者的推理结构，即根据学生模型所反映的情况采取有效的行动指导学习情况，包含修正错误、选择例子、模拟。其任务是：结合教学策略和课堂结构方面的知识，为学生选择要解决的问题，监察并评价学生的行为，按学生的请求提供帮助并选择辅助材料。即解决如何教的问题。
1.3 专家模块（知识库）知识库是整个系统的核心。是人工智能与数据库结合的产物，并将大量的知识信息素材提供给教师和学生在课堂教学中自由使用。该模块包含的知识包括两方面的知识：一是这个领域内说明事物概念的陈述性知识，二是有关利用这些概念解决问题的过程性知识（运用领域知识对问题的正确解答以及求解问题的知识）。其任务是作为系统全部知识的来源，为其他模块调用，以实时完成用户行为的响应。通过知识库，组成教材、生成问题并评价学生解答的正确性。这个部分相当于一个根据事实进行演绎推理求出解答的专家部件。
1.4 通信模块这是计算机系统与学生之间相互进行信息交换的人机接口（即用户界面），是ICAI的外表，也是学生唯一用肉眼可看到的单元。一方面它所提供的知识和信息易于被学生所理解，并可指导学生自主的学习；另一方面也使系统能理解和接受学生的提问。为了增加人机交互的灵活性，一般采用自然语言和图形相结合的接口，允许学生与计算机进行人机对话，使得人机交流更加流畅、生动、直观。
2ICAI系统的理论基础与相关理论依据
目前ICAI系统就是以建构主义教学理论为基础的；其次，根据“ICAI=AI+CAI”这一原则，ICAI还须在人工智能原理的指导下，利用专家系统的开发策略来开发，因此，下面就是从这两大方面来阐述ICAI的开发原理。
2.1 ICAI的心理学基础：建构主义学习理论建构主义学习理论认为，学习是学习者主动地建构内部信息表征的过程。学习者不再是被动地接受外来信息，而是主动地进行选择加工，学习者从不同背景、角度出发，根据外在信息，基于自己的背景知识，在教师和他人的协助下，通过独特的信息加工活动，建构自己的意义的过程。建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习，也就是说，既强调学习者的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用，教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与灌输者。学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象，学生成为了意义的主动建构者。
2.2 ICAI的“双主”教学模式设计的理论双主教学设计就是“主导-主体”教学系统设计模式（简称“双主”模式），是以学生为主体、教师为主导相结合的新型教学系统设计模式。此模式将以教为主和以学为主的教学设计模式有机结合，避免了在教学过程中单纯使用一种教学设计模式而产生的教学时单方面（教师或学生）主宰教学而出现的“满堂灌”或“盲目学”的现象，使学生能够采用更合理的学习策略掌握学习内容和提高自学能力，优化了教学过程。
2.3 专家系统专家系统（expert system）其实是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。专家系统是人工智能中最重要的也是最活跃的一个应用领域，它实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的重大突破。专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6个部分构成。
3系统B/S体系结构的设计
B/S结构是目前网络应用软件技术的发展趋势，具有使用简单、良好的可扩展性、易于维护、可靠的安全性、效率高、可共享性、开放性等特性。其最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件，只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。其体系结构如图1所示。
4结束语
综上所述，一个好的ICAI系统能够促进教学方法的改进。教师对具体学生制定合适的教学决策，达到智能化、个别化的教学目的。随着技术的发展智能化计算机辅助教学的研究将向超媒体网络化、智能化于一体的目标不断迈进。
参考文献：
[1]田凤杰.人工智能的CAI（ICAI）系统；沈阳工业学院.沈阳工业学院硕士论文.2003：36～37.
人工智能教学设计范文3
【关键词】人工智能；计算机；辅助教学；应用
计算机辅助教学是一种新兴的教学手段，帮助课堂进入到一种更加智能化和现代化的环境与条件中，将传统的教学模式和方法与多媒体和网络结合起来，为学生营造更好更有趣的教学氛围。但是由于技术的不成熟以及经验的不充分，导致其依旧存在问题和不足。
1计算机辅助教学开展现状和发展困境
1.1缺少开放包容的特性
近年来，计算机辅助教学的开发和应用已取得了一些较好的成绩，但由于我国计算机网络工程和相关领域的技术革新起步较晚，对于计算机教学的发展与改革依旧存在较多的不足和缺陷。首先是在开放包容性上的缺失。这一缺失的原因主要来自于两个方面，第一个方面是思想上的落后和闭塞，人们对于计算机辅助教学的态度依旧存在负面和抵触的情绪，这是由于害怕计算机的加入让课堂和教学秩序失控，所以并没有充分开发和展现出计算机在教学中的优势。第二个方面是技术层面上的限制，我国对于计算机辅助教学的课件和软件技术都只是按照一种最传统和安全的方式进行，缺少探索和冒险的精神、开放和包容的态度[1]。
1.2缺少人机交互的能力
计算机辅助教学过程中，计算机不仅仅是一个信息的载体，更应该将其当作课堂的一份子，能够充分参与到整个课堂的活动和教学工作中。但是大多数的智慧课堂在使用计算机时，仅仅利用其多媒体的播放功能，教学的主体和主要角色依旧是教师，只是把课本和板书照搬到了多媒体课件中。教学的内容仍然是枯燥和单一的，学生依旧带有一种被强迫的学习心理。这种教学缺乏人机之间的交互，机器不能自主获取学生学习的状态和对知识的掌握情况，学生也无法通过计算机主动地得到反馈和解答，让人机之间仅仅是流程化的配合和交流。在这种刻板的学习模式下，甚至会让一部分学生丧失学习的乐趣和兴趣。
1.3缺少课程教学的特点
不同的课程有着不同的教学重点和偏向，这就对教师的教学工作提出了更高的要求，计算机的加入，本来应该能够为教师提供一个新的教学方向和思路，但是由于计算机的便捷性导致一部分教师产生偷懒和敷衍的教学心态，在教学过程中全程使用多媒体播放课件，丧失了课程自身的特性和特质。尤其是一些对实践能力要求较高的课程，教师过度使用计算机只会导致教学趣味性的流失。
1.4缺少师生互动的乐趣
教师作为课堂教学的主要角色，不仅仅是要把知识以一种通俗外化的形式传递给学生，更是应该做学生心理特征的发掘者、学生学习习惯的纠正者和帮助者。教师的鼓励和赞许都会对学生起到重要作用。但是计算机辅助教学之后，教师将更多的精力放到了如何制作精美的教学课件上，而忽略了与学生之间最直接的感情和语言交流，丧失师生互动的乐趣。
1.5缺少有序的教学策略
教学策略是保证一节课是否能够有序开展和进行的重要条件与因素。但是计算机参与和设计的教学环节，只是一个程式化的展示，在课堂上会遇到多种多变的教学情况，一旦在某一个环节出现问题，就有可能导致计算机设计的教学步骤全部打乱，陷入一种无序的状态中[2]。1.6缺少灵活的智能性能计算机技术的开发和应用在我国已经逐渐形成了一套完善和成熟的体系，但是计算机在教学中的应用与引进时间并不长，导致当前多数计算机辅助下的课堂并不具备充分的灵活和智能性，大部分的教学工作和考核评价工作依旧是由教师人工完成，对于不同学生的学习状态掌握也有所偏差。
2人工智能在计算机辅助教学中的应用
2.1建立知识库
人工智能在计算机辅助教学中应用的主要原则，就是将深度学习与认知学的理论知识作为整个程序模块设计开发的基础，通过建立一个知识库，将收集到的知识案例进行分类，训练机器进行自动识别，从而提取和分析出不同学生在不同的知识中所表现出来的学习能力与掌握熟练程度，进而可以有针对性和有选择性地进行复习与巩固，达到机器代替部分人工教学、缓解教师压力的目的。第一步就需要进行知识库的建立，主要包括了专家决策的核心系统对所输入的知识进行判断与筛选调取。同时知识库还可以实现共享的功能，对知识进行简化与提炼，做到精益求精。知识库的搭建应该要尽量简单和易修改[3]。
2.2打造专家模块
在建立了知识库之后，就需要围绕人工智能教学的主要目的进行专家模块的打造，专家模块存在的意义在于能够将其比喻为整个学习系统中的推理机。在需要和使用的情况下，由专家模块自动随机地生成问题，并且可以通过知识库的相关内容调取形成答案并充分解释。其次，专家模块的另一个作用就在于能够帮助评价和考核学生的学习情况，实现一种更加公正透明的评价过程。在进行专家模块打造时，通常使用的是两种方法，一种是固定算法，即根据题库的问题模板，循规蹈矩、规规范范地进行问题的设立和解答的编写。而另一种就是启发策略，这种专家模块更多的是引导学生通过简单和有限的提示信息，自己推理摸索找寻正确的答案和解决方案。除此之外，专家模块还可以自动匹配，依据学生能力分配问题。
2.3建立学生模块
与专家模块相互配合相互辅助的就是学生模块。学生模块的本质其实也属于专家系统，模块内部所存储和容纳的是学生的不同学习习惯和学习行为特征。这个模块建立的目的主要是两个，一个是为了让学生在学习的过程中可能出现的错误习惯和方法被快速识别，并且能够通过机器语言进行记忆与编译，从而建立一个比较完整和全面的错误类型数据库，进而深层分析找到错误的原因。第二个目的就是为了帮助学生对错误学习行为和习惯进行解释，从更加深层次的角度挖掘学生由于知识理论掌握不充分而导致错误的原因。学生模式的建立一般依靠的就是人工智能的自我学习和接受训练让系统能够建立起模型对学生的学习习惯进行模拟。这样在上一步打造的专家模型就可以为学生模型提供一个对比的样本，专家模型的两种运算和教学方式可以分别评估学生的学习能力和学习错误[4]。
2.4优化教学模块
教学模块是人工智能在计算机辅助教学模式中必不可少的一个环节，教学模块的内容是基于传统教学设计和规划之上的。在计算机与人进行交互的过程中，教学策略主要是由教学的不同分支来体现，能够达到较好的发散性和综合性的效果。但是其不足的地方也比较明显，那就是只能按照某一类型或者某一个的教学方法进行，系统不能快速地根据不同内容识别和选择最适合最有效率的教学模式。具体的应用和实现过程就是将专家模块和学生模块的内容进行连接和合并，将专家模块生成的问题及答案与学生模块中上传和学习到的进行对比，选择覆盖或者是分析提取，能够比较客观地发现学生学习中存在的理解性偏差和实践性错误。之后再将结果传回到知识库中，调用相关的知识内容，形成一个完整的反馈链，帮助教师做出教学决策，调整教学进度和教学规划。但是这个模块的设计也应该充分考虑到诸多情况和因素，因此在条件判断时应加入更多的循环。
2.5开发智能接口模块
人工智能在计算机辅助教学模式中的应用和融合最后一步就是要开发出一个稳定和高效能的智能接口模块，主要作用是为了连接学生和计算机之间的信息交换和沟通，即进行信息的输入与传出。在接收到学生传递的学习信号后，接口模块要及时调动起教学模块、专家模块和学生模块，把信息传递给不同模块处理，之后再由教学模块所作出的教学决策和结果论证信息输出反馈给人，实现了机器语言与人类语言之间的转化。一个能够正常运转并且具备较高实用性和参考性的教学系统，一定融汇了思想教学、策略和心理学等多方面的因素和知识内容体系，所以智能接口模块的设计与开发，一定要全面考虑这些成分，开发出更加灵活多变的接口模块[5]。
3结语
人工智能在近年来获得了快速的发展和进步，成为我国当前各个行业领域之内炙手可热的先进技术。对于计算机辅助教学的开展和改革来说，人工智能的融入与应用有着重要的价值与意义。
参考文献
[1]张镒麟.关于计算机辅助教学中人工智能技术的应用研究[J].当代旅游,2019(1):239.
[2]刘荫.人工智能在计算机网络技术中的应用研究[J].科学与信息化,2019(2):20-21.
[3]孙玉梅,赵骏,王美春,等.基于人工智能技术的《单片机原理及应用》课程CAI软件研制[J].教育教学论坛,2016(45):268-270.
[4]张园.人工智能技术在计算机辅助教学中的应用研究[J].科技资讯,2007(34):108-109.
人工智能教学设计范文4
关键词：人工智能 计算机辅助教学 教学与控制
一、人工智能的定义
人工智能也称机器智能，它是计算机科学、控制论、神经生理学、心理学、语言学等多种学科互相渗透而发展起来的一门综合性学科。从计算机应用系统角度来看，人工智能是研究如何制造出智能机器或智能系统，实现模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。人工智能是一门交叉科学，逐渐形成一门涉及心理学、认知科学、思维可循、信息科学、系统科学和生物学科等多学科的综合性技术学科。
二、计算辅助教学体系和现状
计算救助教学是利用多媒体计算机的功能与特点，利用计算机辅助教师完成各个教学环节，并通过与计算机之间的交互活动，激发学生的学习积极性和主动性，帮助学生更有效地学习。实用计算机辅助教学，有利于认识主体作用的发挥，它所提供的图像、声音、动画等信息由利于学生知识的获得与保持，达到提高教学教学的目的。
目前为止，所实用的绝大多数传统以及理论证明等均被应用于计算机辅助教学系统，以提高其智能性和实用性。早期绝大多数计算机辅助教学将全部教学信息以编程方式预置于课件中，这样的以及理论证明等均被应用于计算机辅助教学系统，以提高其智能性和实用性。因此现有的以及理论证明等均被应用于计算机辅助教学系统，以提高其智能性和实用性。早期绝大多数计算机辅助教学系统面临许多挑战，它主要存在以下几个方面的问题。
1.计算机辅助教学系统的闭塞性
不具有开放性是目前以及理论证明等均被应用于计算机辅助教学系统，以提高其智能性和实用性。其弊端在于固定内容的局限性使课件的适用面狭窄，而且设定的运行路线使授课缺乏自主性;授课的针对性不强;无法利用新出现的资源在较高起点上进行二次开发。
2.智能性的欠缺
现有的计算机智能辅助课件系统不能对不同何曾度的学生进行有针对性的教育，学生的学习是被动的，不能由系统自动提供助学信息而使学生有选择地学习。
3.人机交互能力较弱
现有计算机智能辅助大多以光盘作为信息的载体，将材料中的内容以多媒体的形式展现出来，教学信息是按预置的教学流程机械式地提供给学者，学习者使用计算机智能辅助课件学习是完全被动的。
4.教师与学生的互动在教学中的缺乏
现有计算机智能辅助课件在学生自学以及进行操作使用时，如何学习都是学生自己的事。教师不能全完了解学习者的情况，学生在蹦到问题时不能向教师求教，师生之间互相封闭，谈不上师生互动，因此课件所起的效果大打折扣。
5.课程特点没有突出
各门课程在教学上有不同的要求，但现有课件对于这些不同要求完全不予理会。例如很多课程都要涉及到大量的曲线或曲面，对有些课程来说，将这些曲线或曲面给出了一个简单的展示就足够了，而有些课程这样的展示不能达到教学目的的要求。
6.教学计划的欠缺
在课件的开发过程中实际上离不开教学策略的设计，但课件的制作者往往并未意识到这一点。例如：现有的绝大多数课件都是单一的展播式，这样的可见制作“精美”，但它不可逆、不能互动。实际上运用课件教学只是手段而不是目的，应该在教学设计理论的指导下讲求课件的实效性，着眼点在于学生学习新知识、掌握新技术、培养各种能力有帮助，而不是表面上的制作“精美”。
综上所述，现有的计算机智能辅助存在许多问题，随着新技术的不断出现，这些问题将使计算机智能辅助越来越不能适应新的要求。因此以智能计算机智能辅助为代表的心的计算机辅助教学系统将成为教育技术上需要不断探求、努力实现的发展方向。
三、智能计算机辅助教学系统
智能计算机辅助教学系统(Intelligent ComputerAided Instruction)，简称ICAI。教学过程是一个复杂的教与学的思维过程，它需要教师以专门知识和经验为依据，经过吸取、讲解、推理、示例、综合等多个步骤才能较好地完成。计算机辅助教学实际上是一个由计算机系统辅助教师进行教学以及学生进行学习并得以实现的系统。在智能ICAI中，教学思想、方法、学习内容可用知识形式表示，如何解决知识的形式化表示以及知识的访问与调用问题，是人工智能的核心技术之一，也是将ICAI引入教育技术领域中所要面临的一个问题。知识库是实现知识推理与专家系统的基础，可以用知识库作为智能ICAI的构建环境。在知识库中，教学内容等的有关知识可以用事实与规则表示，并存储于知识库内，教学与学习过程既是对知识库中知识进行推理，并最终得出所需结果的过程。ICAI系统的一般包括以下几个模块：
1.知识库。知识库是关于教学内容的模块，解决“教什么”问题。知识库中的教学内容有待于教学与控制模块和学生模块进行选取、调用。
2.学生模块。学生模块是用于记录学生的学习情况，对学生学习的各个环节信息进行搜集，以便系统对学生的学习情况进行自动评估，提出具有针对性的学习建议和个别化的辅导。学生模块描述学生对教学内容理解、掌握的程度，系统可以根据学生模块的具体情况调整教学策略并提供适当的反馈。
3.用户接口模块。这是系统与用户交流的界面。整个系统依靠用户接口模块把教学内容呈现给用户、接受用户输入的信息、并向用户提供反馈。
4.教学与控制模块。这是教学过程与整个系统的控制模块，涉及到“如何教”的问题。它具有领域知识、教学策略和人机对话等方面的知识。根据学生模型提供的学生学习情况，通过智能系统的搜索与推理，得出智能化的教学方法与教学策略，能够较科学地评估学生的学习水平，可以通过分析学生以往的学习兴趣和学习习惯，预测学生的知识需求和常犯错误，动态地将不同的学习内容、学习方法与不同的学生匹配，智能地分析学生错误的原因进而针对地提出合理的教学建议、学习建议以及改进方法。
新世纪的教学将是以智能化的ICAI为主线，是多学科、多方位发展的新技术的体现。随着人工智能技术的发展、计算机辅助教学的成效将更加明显。
参考文献：
人工智能教学设计范文5
【关键词】 教育技术；信息技术教育
【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097 (2009) 02―0107―03
引言
对于一些重点院校，教育技术专业的招生和就业目前还不存在太大压力，但对内蒙古师范大学的教育技术专业来说，近年来的招生和就业形式十分严峻。与本校其他专业相比，在招生上，教育技术专业不仅少有第一志愿或上一本线的考生，而且还基本是从其他各专业调剂来的；在就业上，真实的一次就业率数字极低。这种情况使我们不能不想，教育技术专业还有社会需求吗？还有存在的必要吗？
教育技术专业培养出来的人员到底干什么？仁者见仁、智者见智。但招不到学生、学生找不到工作，这可不是见仁见智的问题了。教育部03年出台文件，允许中小学信息技术课教师由计算机专业和教育技术专业共同培养，使我们看到了生机；而由教育技术界人士领衔制定的《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》也于07年了，更使我们感到振奋。但在阅读《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》后，我们不禁汗颜：教育技术专业的学生能承担这样的任务吗？或者说，为承担这样的任务，还要做哪些努力？
《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》中提到，信息技术教育已经超越了单纯的计算机技术训练阶段，发展成为与信息社会人才需求相适应的信息素养教育（信息技术与计算机技术有什么不同？信息技术（即IT）行业的人士很少讨论，他们只是努力跟上和推动信息技术的发展，至于名称是什么无关紧要。既然从事IT行业的人士都这样，这里就更没必要讨论什么是信息技术、什么是计算机技术了）。《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》对信息素养是这样描述的：学生信息素养应该表现在具备信息的获取、加工、管理、呈现与交流的能力；对信息及信息活动的过程、方法、结果进行评价的能力；流畅地发表观点、交流思想、开展合作并解决学习和生活中的实际问题的能力；遵守道德与法律法规，形成与信息社会适应的价值观和责任感。笔者认为，《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》所指的信息素养更确切的表示可能是信息技术素养――因为各学科领域信息的获取、加工、管理、呈现与交流的能力绝不是信息技术课所能解决的。例如，各学科领域信息的筛选、关键词的提取等信息素养要由各个学科进行培养提高。学生的信息技术素养最重要应该表现在当他们具有不同学科的基本信息素养后，具备应用信息技术处理各学科领域信息的能力和意识。当然，学科信息素养和信息技术素养两者之间存在相辅相成的关系，《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》对此进行了说明。
一 《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》对信息技术教师的信息技术能力要求
《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》规定，高中信息技术课程包括必修与选修两个部分，共六个模块。必修部分只有“信息技术基础”一个模块，选修的五个模块是：算法与程序设计、多媒体技术应用、网络技术应用、数据管理技术和人工智能初步。其中，信息技术基础模块的知识技能最为简单，既使对其他学科的教师，大部分也能熟练应用Windows。但能熟练应用Windows并不意味着能讲授Windows，因为要给人一杯水，自己得有一桶水。试想，信息技术教师如果不知道分时操作，如何向中学生解释多项任务是同时完成的？所以讲解Windows时，信息技术教师必须具备操作系统原理的知识，这才是信息技术教师的一桶水！
同样，讲授算法与程序设计时，信息技术教师要引导学生理解数学模型、领会软件工程的思想和方法；讲授多媒体软件使用时，信息技术教师要渗透数据压缩和处理的方法；在讲授网络技术应用时，信息技术教师要说明网络中的服务器和计算机是如何协同工作的、要说明在页面设计完成后，还能用程序扩展哪些功能；在讲授数据管理技术时，信息技术教师要知道各种关系模型；在讲授人工智能初步时，信息技术教师不但要指导学生使用现成的人工智能系统，还要向学生介绍该系统的设计原理、设计要点和难点。也就是说，对于《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》规定的六个模块，信息技术教师不但要知其然，还要知其所以然，这样才能更好地激发学生对信息技术的兴趣。
根据上述观点，应用自顶向下的层次分析法对高中信息技术课程六个模块分别进行简单分析，可得出各模块要求信息技术教师具备的能力体系，如表1所示（只进行了直接专业知识和获取专业知识所需直接基础二层分析）。
以上是从信息技术能力方面说明了《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》对信息技术教师的要求，对信息技术教师应用信息技术的意识和信息技术教学法方面的要求在下一部分讨论。
二 教育技术专业本科生所具备的能力
从表面上看，很多院校教育技术专业的本科生能达到或超过《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》规定的水平，这是否意味着教育技术专业的本科毕业生能胜任信息技术教师的工作呢？注意：《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》是要求中学生达到的水平！谁都明白，一个理科中学生虽然学完了中学数理化，但他并不能胜任中学数理化的教学工作（临时充数的情况是有的，但那是不得以而为之），这样的道理对信息技术教育同样适用。
在我国教育技术界，长期把教学设计能力当作教育技术专业培养的核心能力。众所周知，教学设计是系统设计，包含了需求分析、教学分析、学习者和环境分析、绩效目标及考核量规的制定、教学策略和教学材料的开发和选择、形成性评价的设计等多个成分，那么学生相应的要具备需求分析能力、教学分析能力、学习者和环境分析能力、绩效目标和考核量规的制定能力、教学策略和教学材料的开发和选择能力、形成性评价的设计能力，而这些能力与《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》对信息技术教师的知识能力要求相去甚远，所以，以目前的知识结构，教育技术专业学生无法全面承担信息技术教学任务。
既使是根据笔者对社会需求的调查，教育技术所培养的核心能力当前应该是媒体资源开发技术[1]，内容包括从视、音频的摄、录到后期制作；从多媒体软件开发到程序设计；从网页制作到网站的全面建设等，教育技术专业本科生也只是具备了《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》对信息技术教师能力要求的一部分，而不是全部。
为了适应培养信息技术教师的要求，很多教育技术专业开设了“信息技术教育”课，这门课主要结合信息技术基础知识讲解了多种信息技术的教学方法，如任务驱动、基于问题的学习、研究性学习和合作学习等等。在这些教学方法中，又大量渗透了学科知识，它们对提高学生在各学科领域应用信息技术的意识有很好的促进作用。在《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》中，这些内容都有明确说明。但信息技术意识必须建立在信息技术能力基础之上，《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》也体现了这一点，与原来的中小学信息技术课程指导纲要(试行)相比，《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》对计算机技术的要求不但没有降低，而且有了较大的提高（主要反映在人工智能部分）。试想，如果一个人打一个字需要一分钟或上网查资料比从图书馆查资料还要费劲，那他即使对信息技术的认识再深刻，也很难做到主动使用信息技术；如果一个人对人工智能没有深入的认识，自己尚不完全清楚人工智能有何用、发展如何，那他对应用人工智能的意识只能停留在想象上。对于未成年人，多些想象不是坏事，但如果信息技术教师也停留在这样的初步水平，那不仅培养、引导不了学生的信息技术意识，而且会误导大批学生。
在教育技术人员培养中，我们有过这样的倾向：在几乎没有学科背景的情况下，仅仅向学生传授了一些教学设计方面的知识，就希望他们能够成为为各个学科的教师做全面教学设计的人员。即使在美国，也对此进行了反思，在05定义中，将研究对象从94定义中泛指的过程和资源改为技术过程和技术资源；将研究范畴从全面的设计、开发、利用、管理和评价改为创建、利用和管理；将教育技术是理论和实践改为教育技术是研究和实践。在我国的教育技术领域，教育技术专业是独一家，即使我们犯错误，也还不怕别人抢饭碗（可能会砸自己饭碗）。但在信息技术课教师的培养中，我们如果还幻想仅仅凭信息技术教育和一些信息技术基础的知识，就能使教育技术专业的本科生成为合格的信息技术教师，那将仍然是无米之饮、无根之水。也许短时间内这样做还能充数，但随着时间的推移，教育技术专业必将失去这个发展领域。
三 结束语
教育部允许教育技术专业培养信息技术教师，为教育技术专业的发展指出了一个方向。对教育技术专业现行的课程体系来说，培养信息技术教师不仅仅是换一个名称、增加几门课程就能做到的。当然，教育技术的现状与信息技术教育的要求之间的差距不可能一下消除，但我们不能长期处于充数状态。我们一定要对教育技术专业和信息技术教育有一个清醒的认识，看清自己的长处与不足，克服浮燥炒作的作风，脚踏实地，按《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》要求完成信息技术教师的培养工作。这样，教育技术专业培养的信息技术教师才有可能得到社会认可。如果教育技术专业总是跟着潮流走，在多个方向上需要什么教什么，急功近利，长此以往是难以摆脱领域发展模式而形成一个稳定的学科的。
其实，按笔者观点，教育技术研究的长远目标是实现教学自动化，相应地，教育技术专业培养的是具有一定教与学理论基础（内容不必很多，目的是要能与各学科教师在教育层面进行沟通，这也是与计算机专业的主要不同之处）的信息技术人才，他们要能够将各学科教师的教学内容和方法技术化。按这样的思路，教育技术专业本科生至少要达到《普通高中技术领域课程标准（信息技术部分）》对信息技术教师的能力要求，只是教育技术专业本科现行的培养目标、核心能力、课程体系并没有向这个最高目标发展。如果教育技术专业能够调整到这个方向，教育技术专业将是培养信息技术教师的首选专业。
本文主要从信息技术能力和在各学科领域应用信息技术的意识两个方面对教育技术专业培养信息技术教师应考虑的问题进行了一定的论述，对信息技术素养的其他方面，如开展合作并解决学习和生活中实际问题的能力；遵守道德与法律法规、形成与信息社会适应的价值观和责任感等，都是深层次的、综合的复杂问题，本文没有探讨。
人工智能教学设计范文6
关键词：电气工程训练；电工电子技术；应用
引言
我国开展工程教育专业认证的目的是促进工程教育改革，加强工程教育实践，进一步提高工程教育的质量；建立与注册工程师制度相衔接的工程教育专业认证体系；吸引工业界广泛参与，进一步密切工程教育与工业界的联系；促进我国工程教育实现国际互认。
一、电气工程训练与电工电子技术教学现状分析
（一）电气工程训练现状
电气工程训练在电气工程的实际教学过程中起着重要的作用。利用电气工程培训可以提高学生维护、管理和实际操作相关电气工程实验装置、设备和工程技术的能力，这也是提高学生实践能力的一个非常重要的途径。在相关的教学过程中，电气工程专业增设实训课程的主要目的是让学生接触到一些实际的环境，对相关的操作和实验步骤有一个基本的了解。电气工程的培训内容一般包括实际操作和电气电子技术、电气安全常识等基础知识。目前电子工程相关的培训课程安排很不合理，缺乏相关的实践内容，让学生学以致用。
（二）电工电子技术教学现状
电工电子技术课程是一门涉及电工电子学基本知识和实践技能的学科，是高职高专机电类专业必须掌握的一门专业基础课程。电工电子专业与其他专业不同，其实践性比较强，只有多进行实践教学，才能让学生更好地掌握所学知识。然而，在实际进行电工电子专业教学时，大部分教师依然采用传统讲授式的教学方式，即教学模式依然停留在概念讲解、列举实例与做习题三点一线的阶段。电工电子专业理论知识本身比较复杂难懂，用这种传统讲授式的教学方式，学生只能被动性地接收教师所教知识，长时期的学模式下，学生对电工电子的学习积极性也会降低。尽管现阶段大部分职业院校开始利用多媒体设备，播放课件进行电工电子教学，但很多教师由于专业素养比较低，很少根据学生的学习情况进行课件制作，多是从网上下载课件进行教学。在这种枯燥乏味的教学氛围下，学生的创新能力与主动学习积极性难免会出现下降情况。
二、提高电气工程训练与电工电子技术教学效果的建议
（一）重视实践教学，强化能力培养
强化实验实践教学，构建“实验教学、综合实践和创新创业训练”三位一体的实践教学体系。结合专业实际科学设置创新创业综合实践模块，充分挖掘模块中的创新思维与创业能力提升的元素或内涵。通过开展创新创业实践、学科竞赛、学术报告、、专利和自主创业等情况均可折算学分，多修学分可以置换选修课程学分。根据专业培养实际，灵活设计课程见习、毕业实习（实训）、社会实践等活动；充分利用寒暑假时间灵活开展相关实习（实训）、实践活动；积极开展校内外实践协同育人，合作共建专业、实验与实训平台，推动师资与课程等资源共享；鼓励同国内外知名学校开展学分互认、访学、第二校园经历等类型多样的交流学习。
（二）创建智能学习助理，提高学生学习针对性
在电子电工技术教学活动融入人工智能技术，创建互助式智能学习助理。该助理可根据用户当前和历史的学习行为，为用户自动地提供相适应的学习内容的重难、难点，同时实现智能批改、自动答疑等功能。这不仅增加了教学活动的趣味性，更发挥了学生的主观能动性。智能学习助理还会对学生的学习态度和学习行为进行智能分析。智能学习助理要充分运用人工智能技术，依据学生的课堂表现、作业情况、实验操作等模块做出综合分析与评估，给学生提出针对性的意见和建议，不断提高学生的电子电工技术课程学习成績。智能学习助理要类似于“天猫精灵”“小爱音箱”等智能助手，涵盖电子电工技术课程所需的学习资源，便于学生在学习过程实时搜索查询。
（三）推进课程改革，强化以学生为中心
以培养目标和毕业要求为出发点，以专业认证标准为指导，基于社会需求，以倒推的方式设计课程体系和教学内容，加强横向联系，跨学科、跨专业建立基础平台课程，开展分层分类教学改革，加强纵向贯通，在不同模块间开展教学研讨。构建“课程-能力”关系矩阵，突出课程设置与教学内容对毕业要求达成的支撑作用，课程整合、课程、课程优化、课程趋新，解决因人设课、课程内容重复、课程内容陈旧等问题，形成层层相扣、紧密支撑的课程结构。
（四）以任务驱动进行教学设计教学设计是为了实现课程的教学目标，依据课程内容、学生特征和环境条件，将教学诸要素有序安排，确定合适的教学方案的设想和计划。本课程针对8个不同的项目，依据行为导向原则，以任务为最小单元，将每个任务按照资料获取、任务方案设计、任务的实施与测试、任务评价的完整过程进行。职业院校的学生最大的弱点就是理论基础薄弱，如何贯彻好职业教育“实用为主，够用为度”的原则，是值得深思的。很多职业项目化课程在设计过程中过度弱化了理论知识的传授，导致很多学生没有形成系统的理论知识，无法举一反三。因此，教学项目设计过程中注重理论教学与实践教学一体化，匹配本门课程知识能力目标和专业能力目标。
