時間：2023-10-10 15:58:51
導語：在人工智能與課堂的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
關鍵詞:教學改革;人工智能;游戲設計;游戲編程
人工智能(Artificial Intelligence,AI)是計算機科學的一個分支,是研究、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學[1]。人工智能技術研究領域包括機器人、模式識別、自然語言處理、機器學習、數據挖掘、人工神經網絡和專家系統等[2],其最為廣泛的應用之一就是游戲設計[3]。游戲設計雖然涉及多門學科,但其作為應用并沒有形成一門單獨的理論[4-5]。由于游戲存在較大的市場以及其作為人工智能的一個重要應用,國外已有多所大學開設了游戲設計課程。如卡內基梅隆大學(Carnegie Mellon University)于1999年設立了娛樂科技碩士學位,并開設了相關課程;南加州大學(The University of Southern California)設立了為期3年的互動媒體藝術(fine arts in interactive media)碩士學位課程,并于大學部設立電子游戲設計(video-game design)副修課程。該校也為美國軍隊創作訓練士兵的電子游戲,透過戰斗情境模擬來進行沙盤演練。麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)提供多種電子游戲設計相關課程,并研發將電玩游戲納入教室教學的方法。斯坦福大學(Stanford University)提供電子游戲設計史及包含最佳電子游戲競賽獎的計算機繪圖課程。華盛頓藝術學院(The Art Institute of Washington)為亞特蘭大藝術學院的分校,提供授予學士學位的視覺及游戲程序設計課程。在初期的藝術與設計重點培訓后,學生將學習立體動畫相關技術。國內也有多所高校開設了游戲設計的相關課程,如北京郵電大學,首都師范大學等,為了適應市場許多培訓機構也開設了游戲設計課程,但培訓機構將課程的重點放在了實際的編輯代碼中而過少的關注理論。中南大學開設人工智能課程已有20多年的歷史,在教學實踐中,中南大學智能系統與智能軟件研究所的教師們在教學科研方面取得了許多令人振奮的成果。在良好的環境中,人工智能與游戲編程課程應運而生[6-7]。
1教學目標與要求
中南大學人工智能與游戲設計課程主要面向智能方向4年級學生,在4年級第一學期開設。學習該門課程之前需要具備人工智能以及計算機編程方面的課程知識,并且需要一定的計算機圖形學的相關知識基礎。
此門課程的學習使學生了解游戲設計與虛擬現實的基本概念和術語及其基本設計方法,理解人工智能在游戲中的相關應用,熟悉游戲設計中編程以及建模技術,為學生將來利用人工智能技術以及游戲設計技術奠定必要的知識基礎。除此之外向學生介紹計算機游戲的基本原理和最新進展,包括計算機游戲動畫的最新概況、游戲程序設計概覽、2D游戲的基本編程技術、3D游戲動畫的基本編程技術、3D游戲場景的組織與繪制、游戲中的高級圖形技術、游戲中的音頻編程、游戲中的人機界面技術、人工智能在游戲動畫中的應用,紋理貼圖、基于圖像的繪制和加速算法等。
基于該教學目標,本課程有兩個重點內容,其分別是人工智能技術如何在游戲設計中的應用,以及游戲編程的相關技術。對于人工智能技術在游戲設計中的應用這一內容,主要采用理論結合實際的理念,將學生已具備的人工智能理論知識與游戲設計的具體應用聯系起來,使學生一方面能體會人工智能的基礎理論,另一方面使學生能夠將其所學用于實踐,避免理論與實踐脫節。游戲編程內容主要從設計模式入手,然后依托多媒體平臺對學生進行講授設計以及編程方面的相關知識。
圍繞這個教學目標,我們安排了28個學時的課堂教學,4個學時的實驗,總共32個學時的課程。接下來針對課堂教學、實驗設計、考核方式這幾個方面分別展開討論。
2課堂教學設計
本課程采用培訓學校模式與大學理論教育折中的方式進行講授,本節將著重對28個學時的課堂教學內容分別介紹。
1) 游戲程序設計概論與計算機圖形學基礎。
該部分內容可以分為以下兩部分。
(1) 計算機游戲簡介與游戲設計概論(2課時)。
(2) 計算機圖形學基礎(2課時)。
概論部分主要介紹計算機游戲的基本概念、特點以及目前國際上該領域的研究和應用情況。圖形學部分主要是介紹計算機圖形學的相關理論基礎,目的是讓沒有學過計算機圖形學的學生有一定了解,由于考慮到智能專業也開設計算機圖形學的相關選修課,因此,本部分內容只是對之前學習的相關知識的復習,目的是為后續的程序設計課程打好相應的理論基礎。
本次課程是正門課程的開篇之講,一方面,教師要開宗明義,讓學生明確何為計算機游戲,并對計算機游戲有大致的了解,為后續課程學習起鋪墊作用;另一方面,為增強學生學習興趣,必須介紹計算機游戲的類型以及各種知識與其的關聯。
2) 游戲編程技術。
如上所述,游戲編程是本門課程的一個重點內容,游戲編程可以分為如下幾個部分。
(1)Windows編程基礎(2課時)。
(2)DirectX編程基礎(2課時)。
(3)2D游戲的基本編程(2課時)。
(4)3D游戲場景的組織和繪制(2課時)。
(5)3D動畫的基本編程技術(2課時)。
(6)游戲中的人機界面技術(2課時)。
對于Windows編程基礎,其主要內容是Windows操作系統的發展史、Win32程序的基本結構、消息循環與處理、Windows窗口、GDI接口、集成開發環境(IDE)。
DirectX編程[8]基礎的主要內容是DirectX開發包的歷史及其框架、介紹每一個組件的功能、DirectX開發包的安裝以及與IDE連接的配置。
2D游戲基本編程的主要內容是游戲的基本流程和體系結構、游戲開發的基本理念及方法、游戲引擎簡介、游戲的調試與測試。
3D游戲場景的組織與繪制的主要內容是3D場景的組織與管理、游戲場景的幾何優化、3D場景的快速可見性判斷與消隱、地形場景的繪制與漫游、3D游戲場景中的碰撞檢測。
3D動畫的基本編程技術的主要內容是3D動畫技術概述、Direct3D開發包的使用、關鍵幀動畫技術、基于動作捕捉的動畫技術、腳本驅動的動畫技術。
游戲中的人機界面技術主要內容是游戲的可玩性與人機界面、用戶界面設計基礎。
游戲程序設計部分內容主要是讓學生了解和掌握面向Windows平臺的游戲編程的技能。現在絕大部分游戲和娛樂都是基于Windows平臺,因此掌握Windows平臺的設計模式與編程方法是必須的。又因為DirectX軟件開發包是微軟公司面向Windows平臺開發的一套專門應用于游戲開發的API,因此了解其原理以及掌握其技術能夠提高學生的游戲開發能力。
3) 人工智能在游戲中的應用。
如今的游戲應用了大量的人工智能技術,本門課程將從以下幾個方面介紹人工智能技術在游戲中的應用。
(1)遺傳算法(6學時)。
(2)神經網絡(6學時)。
遺傳算法主要內容是遺傳算法的概念及其相關研究、雜交操作、變異操作、適應性函數選擇、遺傳算法優化的算子、創建和處理矢量圖形。
神經網絡主要內容是神經網絡概述、適應性函數、環境探測、有監督的學習、演化神經網絡的拓撲。
該部分內容主要是介紹如何將人工智能中的理論用計算機語言實現,并介紹如何在游戲設計中應用這些理論。這部分內容是本門課程一個核心內容,通過學習學生們能夠認識到人工智能在游戲設計中的重要性,并提高應用能力。
3實驗設計與課程設計
由于該門課程為選修課,因此課時較少,除課堂課時之外只剩下4個學時的實驗課時。我們針對這4個課時的實驗進行了重點設計,其主要內容是引導學生熟悉Visual Studio .Net 2008集成開發環境、安裝與配置DirectX 軟件開發包、使用有限狀態機設計狀態驅動智能體,設計2D圖形驅動引擎。
雖然課時很短,但學生能夠實際動手操作,熟悉游戲編程的相關開發工具與開發包,另外,學生學習興趣提高了,學習內容從枯燥的抽象概念、理論變成實際的事例。此外,學生還可以在課下完成任務,繼續鉆研新的理論應用。
我們針對本門課程實驗課時少的缺點,特別設定了一個課程設計環節。課程設計并不占用實驗課時,而是要求學生利用課外的時間,自由組合,以團隊的模式完成相應的設計要求。
課程設計主要內容是要求學生完成一個項目設計,該項目設計主要是要求學生使用相關的集成開發環境和開發包,利用一個人工智能技術編寫出一個小的游戲軟件,并給出設計報告。考慮到學生的實際能力,開發與報告以小組的形式進行設計開發,設計團隊由3～5人自由組合,具體分工必須在報告中體現,報告要求不少于4000字,以軟件開發文檔的形式提交,報告中不僅有游戲軟件的需求分析文檔、設計文檔和測試文檔,還必須包括游戲的內容設計,即游戲的情節創意或功能設計。設計題目以及游戲類型由學生自選,圖形界面可以是3D也可以是2D,開發包可以使用Direct3D也可是Windows自帶的GDI。
4考核方式及其安排
考核一個方面是檢測學生學習的狀況,另一個方面是為了通過考核方式,提高學生的實踐動手能力。基于這個原因,我們將整個考核分為3個模塊。
1) 期末考試(開卷),占總成績的50%。
2) 項目設計,占總成績的35%。
3) 實驗,占總成績的15%。
期末考試采用開卷形式,主要目的在于檢測學生通過課程學習,對知識點的掌握程度,以及運用知識點解決問題的能力。其占總成績比例的一半。雖然期末考試為開卷,但考核的知識點無法直接從教材中直接找到,需要學生實際運用能力和解題手段才能完成答題。精心設計的開卷試題,可以使學生對虛擬現實知識體系進行一個系統的回顧,同時,它也是對教學的補充。
課程設計需要學生有很強的自主性,認真完成將使學生受益匪淺,敷衍了事不僅學生沒有得到鍛煉,教學目的也難以達成。課程設計以小組的形式有優勢也有劣勢,好處在于學生可以根據自身能力對應團隊中的角色,例如,某同學編程能力強,他可以作為程序設計與開發人員;另一同學數學好,或理論方面出色,他就可以擔任算法設計的工作;某些同學有創意,他則可以擔任游戲情節設計的工作,等等。這樣做分工明確,每個人都能夠根據自己的實際需求和情況得到鍛煉。劣勢在于,如果團隊同學能力重點都一樣,就會出現分工不清,而最大的問題就是團隊合作會導致某些同學出現依賴思想,最終導致整個團隊只有一個人完成整個項目,甚至導致項目無法完成的情況。對此,我們應當強調每一個學生都要積極主動參與到課程設計中來,發揮自己的主觀能動性,協作完成項目。
5結語
本文探討了人工智能與游戲設計教學目標與任務、課堂教學、實驗設計、考核方式,希望能夠給其他相關教學工作者以參考和啟發,共同促進其完善與提高。
由于人工智能與游戲設計這門課程是中南大學新開的一門課程,在許多方面存在考慮不周或欠缺的情況,需要向兄弟單位多學習并且多在教學實踐中摸索與提高。本門課程是以中南大學智能系統與智能軟件研究所為依托,它具有很好的研究基礎與良好的實驗平臺,并能夠將這門課程融會貫通,使學生理解人工智能與游戲開發設計的基本理念,并培養學生實際應用技能。
參考文獻:
[1] 楊剛,黃心淵. 虛擬現實技術課程的教學設計與討論[J]. 計算機教育,2008(2):1-3.
[2] 蔡自興,徐光v. 人工智能及其應用[M]. 3版. 北京:清華大學出版社,2003.
[3] 劉鍇. 應用型院校的虛擬現實技術課程教學探討[J]. 電腦知識與技術,2009,23(5):6486-6487.
[4] 劉明昆. 三維游戲設計師寶典:Virtools開發工具篇[M]. 成都:四川出版集團,2005.
[5] 王一劍. 人工智能在游戲開發中的應用[M]. 上海:同濟大學軟件學院,2008.
[6] 于金霞,湯永利. 人工智能課程教學改革及實踐探討[J]. 教學園地,2009(5):91-118.
[7] 蔡自興,肖曉明,蒙祖強,等. 樹立精品意識搞好人工智能課程建設[J]. 中國大學教學,2004(1):28-29.
[8] Microsoft. DirectX Software Development Kit[EB/OL]. [2010-7-20]. /downloads/details.aspx.
Design in Artificial Intelligent and Game Programming Courses
LI Yi
(Institute of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
關鍵詞：人工智能；學習興趣；教學方法
1956年，在美國Dartmouth大學，由數學家J.McCarthy和他的三位朋友M.Minsky、N.Lochester和C.Shannon共同發起一個歷時兩個月的夏季學術討論班，他們在此討論班上第一次正式使用了人工智能(Artificial Intelligence)這一術語。人工智能是一門多學科交叉的課程，涉及計算機科學、數學、控制論、信息論、神經生理學、心理學、哲學及語言學等多個學科，是新理論和新技術不斷出現的綜合性學科。當前，人工智能領域加強了從人類智能與生命現象中汲取養分的趨勢，加快了向分布式系統與復雜系統靠攏的步伐，智能化的應用更為深入，影響更為廣泛，其發展已對人類的經濟、社會、文化等方面產生了深遠影響[1]。
1人工智能導論課程特點
人工智能導論是人工智能領域的引導性課程，介紹人工智能的基本理論、方法和技術，目的是使學生了解和掌握人工智能的基本概念和方法，為進一步學習奠定基礎。人工智能是計算機科學與技術學科一門重要的基礎課程，需要相關課程作支撐。離散數學、概率論與數理統計等課程是其數學基礎，數據結構、程序設計基礎、算法分析與設計等課程則為人工智能中知識表示、邏輯推理和問題求解提供了設計與實現手段。與其他軟件課程相比，人工智能課程有鮮明的特點，主要表現在思想方法上強調啟發性、算法上強調不確定性。同時，由于人工智能是一個新思想和新技術層出不窮的開拓性領域，因此其對學生的訓練是鼓勵創新的，具有其他課程不可替代的作用。
人工智能導論是計算機相關專業的必修課，在許多信息類相關的本科教學中也有開設，一般開設在第六或者第七學期。我國目前本科教育的定位是專才教育，培養某方面的專業人才。完成公共基礎課程和部分專業基礎課程的學習之后，本科高年級學生應該了解本專業的應用領域和發展前景，因此在教學過程中要注意內容的專業性和應用性。由于本科階段學生缺乏科研意識，初步的科研訓練設置在第八學期，即所有課程學習完畢之后的畢業設計，而人工智能課程強調科研性，因此教學難度較大，由此帶來的最直接后果就是學生學習興趣不高。同時，對有志于讀研的學生而言，本科階段的學業也是研究生教育的起點，在教學過程中要適時的進行科研引導，提升學生對科學研究的興趣，為研究生階段打下基礎。可見，圓滿完成人工智能導論課程這一教學任務是重要且極具挑戰性的。
2教學內容安排
人工智能的研究和應用領域非常廣泛，包括問題求解、機器學習、自然語言理解、專家系統、模式識別、計算機視覺、機器人學、搏弈、計算智能、人工生命自動定理證明、自動程序設計、智能控制、智能檢索、智能調度與指揮、智能決策支持系統、人工神經網絡、數據挖掘和知識發現等。人工智能導論旨在為這些具體領域的研究提供引導和基礎保障。
人工智能導論課程涵蓋內容較多，因此需要明確“精講”和“泛講”的內容，以使教師和學生在教學活動中都有所側重。當然，首先應和學生說明，泛講并不代表內容不重要，只是由于課程性質和課時的關系，暫時不作深入探討。日后如有需要，可在此基礎上進一步學習和研究。結合當前人工智能學科的發展狀況，根據教學大綱和作者的教學經驗，對人工智能導論課程教學內容的精講和泛講安排如表1所示。
3提升學生學習興趣的教學方法
3.1穿插背景故事
為激發學習積極性，針對學生喜歡聽奇聞軼事、想象力豐富的心理特點，通過講述一些與教學內容有關的故事或者趣事來吸引其注意力，輔助思維并豐富聯想，使學生在愉悅中完成學習[2]。下面列舉幾個我們在課程教學中用到的背景故事，通過這些故事，不但傳授了知識，也活躍了課堂氣氛。
1) 人類智能的計算機模擬與人機大戰。
講授人類智能的計算機模擬時，可以給學生簡述一下IBM公司的超級電腦和國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫之間的人機大戰，以促進學生對人類智能和人工智能的進一步思考。北京時間1997年5月12日凌晨4點50分，在美國紐約公平大廈，當IBM公司的“深藍”超級電腦將棋盤上的一個兵走到C4的位置上時，國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫對“深藍”的人機大戰落下帷幕，“深藍” 以3.5U2.5的總比分戰勝卡斯帕羅夫。2003年1月26日至2月7日，卡斯帕羅夫與深藍的升級版“小深”又進行了一場人機大戰，先后進行了6局比賽，最終卡斯帕羅夫以1勝1負4平的結果和“小深”握手言和。這也表明了人工智能和人類智能之間的較量還將持續下去。
2) 問題規約法與老和尚說教。
問題規約法是從要解決的問題出發逆向推理，建立子問題以及子問題的子問題，直到最后把初始問題歸約為一個本原問題集合。本原問題指不能再分解或變換且直接可解的子問題。可見，問題規約的本質是遞歸的思想。此時，可以給學生簡述我們小時候就聽說過的老和尚說教的故事，即“從前有座山，山上有座廟，廟里有個老和尚，老和尚對小和尚說，從前有座山……”。
3) 模糊理論與禿頭悖論。
模糊推理是一種重要的不確定性推理方式，是指基于模糊理論進行的推理。講授模糊理論時，可以先講一下禿頭悖論讓學生討論。一個人有10萬根頭發，肯定不能算禿頭，不是禿頭的人，掉了一頭發，仍然不是禿頭，按照這個道理，讓一個不是禿頭的人一根一根地減少頭發，就得出一條結論，即沒有一根頭發的光頭也不是禿頭！禿頭悖論的出現源于在嚴格的邏輯推理中使用了“禿頭”這一模糊概念，因此需要以模糊邏輯代替傳統的二值邏輯解決該問題。
3.2課堂辯論和多媒體教學
人工智能從其誕生之日起就充滿爭議，各種學派的爭論使得人工智能的發展更趨完善，加快了其縱深發展。目前，人工智能的爭論主要有兩方面，即研究方法的爭論和技術路線的爭論。前者爭論的主要問題有人工智能是否得模擬人的智能；對結構模擬和行為模擬是否可以分離研究；對感知、思維和行為是否可分離研究；對認知與學習以及邏輯思維和形象思維等問題是否可以分離研究；是否有必要建立人工智能的統一理論體系。后者爭論的主要問題是沿著什么樣的技術路線和策略來發展人工智能。
在課堂教學中，可以充分利用人工智能中存在的爭論較多這一特點，針對相關議題組織課堂辯論，如可用議題“機器的反叛――機器的智能會超越人類嗎？”。讓學生在圖書館或者從網上查閱相關資料，明確自己的論點并準備證據材料，并在課堂上進行辯論。這類辯論無所謂輸贏，旨在通過這種活動，增進學生思考[3]。教學中，還可以充分利用多媒體教學的特點，如讓學生觀摩電影《終結者》系列、《人工智能》、《黑客帝國》等，增強學生對人工智能的直觀感受，提高課堂教學效果[4]。
3.3應用實例分析
普遍而言，本科學生對單純的理論講解不太感興趣，因此在教學過程中，適當增加一些實驗和設計，提高學生分析問題的能力和實際動手能力。比如，講解知識的產生式表示法時，給出產生式的概念和基本表示形式之后，可以通過“野人與傳教士過河”問題來說明產生式表示法的具體應用過程；講解計算智能的進化計算部分時，給出進化算法的幾種具體形式和算法流程之后，可以通過中國旅行商問題(CTSP)來說明算法求解問題的過程。教師在教學過程中，可以根據需要，選擇一些合適的應用實例進行分析。通過這些實例，既能加深學生對知識的理解，又能增加學習的興趣。下面給出兩個實例的簡單描述。
1) 產生式表示法求解“野人與傳教士過河”問題。
問題：傳教士和野人各N人過河，現只有一條船，傳教士和野人都會劃船，船一次只能載k人，船上野人多于傳教士時野人就會吃掉傳教士，問如何安全過河？(不失一般性，以N=3，k=2為例求解)。
求解簡述：設綜合數據庫中狀態用三元組(m, c, b)表示，其中m、c、b分別表示傳教士、野人和船的數目，則有：
0≤m, c≤3, b ∈{0, 1}
以左岸為參照點，則初始狀態和目標狀態分別為(3，3，1)和(0，0，0)。據此，可以給出一條產生式規則如下：
IF (m, c, 1) THEN (m-1, c, 0)
以此類推，把所有可行的規則都求出之后，就可按照規則集和控制策略得到問題的解。
2) 遺傳算法求解31個城市的CTSP問題[5]。
問題：給定有限個城市的集合C={c1,c2, …,cm}及每兩個城市之間的距離矩陣D＝[dij]m×m，其中m∈N，dij=d(ci, cj)∈Z+，ci、 cj∈C，1≤i、j≤m，求出滿足的城市序列cπ(1)、cπ(2)、…、cπ(m)，其中π(1)，π(2)，…，π(m)是1、2、…、m的一個全排列。我們以CTSP問題為例，即求解中國31個城市之間最短巡回路線的問題。
求解簡述：路徑表示直接使用城市在路徑中的相對位置，如有編號分別為1、2、3、4、5的5個城市的一條路徑4－1－2－5－3，用路徑表示方法直接可寫為(4 1 2 5 3)。適應度函數值用路徑的實際長度表示。交叉算子采用次序雜交，即選擇父體的兩雜交點，交換相應的段，其它城市則保持在父體中的相應次序。變異算子采用倒位算子，即隨機選擇兩個位置，然后將它們之間的城市反序。通過運用遺傳算法求解，可得最優解為15 404 km，對應的巡回路線為“北京―呼和浩特―太原―石家莊―鄭州―西安―銀川―蘭州―西寧―烏魯木齊―拉薩―成都―昆明―貴陽―南寧―海口―廣州―長沙―武漢―南昌―福州―臺北―杭州―上海―南京―合肥―濟南―天津―沈陽―長春―哈爾濱―北京”。實例講解完成后，可要求學生采用相同或者不同的方案自己去實現一下問題的求解過程。
4結語
人工智能是計算機科學與技術專業的一門核心課程，同時也是一門交叉學科，涉及面廣，理論性強，教學難度較大，學生的學習興趣有待提高。本文作者根據自己在人工智能導論課程中的教學實踐和課程特點，明確了教學中的精講內容和泛講內容，總結了三種提高學生學習興趣的教學方法，并給出相應的實例說明，旨在為本門課程的教師提供教學參考。
參考文獻：
[1] 蔡自興,徐光v. 人工智能及其應用(本科生用書)[M]. 北京:清華大學出版社,2003:288-296.
[2] 薛占熬,齊歌,杜浩翠,等. 離散數學的課堂導入法研究[J]. 計算機教育,2010(8):95-99.
[3] 徐新黎,王萬良,楊旭華. “人工智能導論”課程的教學與實踐改革探索[J]. 計算機教育,2009(11):129-132.
[4] 李春貴,王萌,何春華. 基于案例教學的“人工智能”教學的實踐與探索[J]. 計算機教育,2008(9):53-54.
[5] 楊利英,覃征,賀升平,等. 改進的演化近似算法求解TSP問題[J]. 微電子學與計算機,2004,21(6):126-128.
Teaching Methods for Promoting Learning Interests in Introduction to Artificial Intelligence
YANG Liying
(School of Computer Science, Xidian University, Xi’An 710071, China)
Abstract: This paper presents three teaching methods for promoting learning interests based on the characteristics of Introduction to Artificial Intelligence and our teaching experience. These methods have been used in practice. The teaching practice shows that the methods proposed in this paper can promote learning interests effectively.
關鍵詞:智能科學基礎;系列課程;國家級教學團隊;改革;建設
在國家教育部質量工程的支持下,中南大學信息科學與工程學院對國家級精品課程人工智能[1-2]和智能控制[3]、全國雙語教學示范課程人工智能和國家級智能科學基礎系列課程教學團隊[4]等進行持之以恒的改革與建設,取得一些成果。
“智能科學基礎系列課程教學團隊”的教學隊伍是一支由國家級教學名師領銜[5],知識結構、梯隊結構和年齡結構比較合理,具有明顯的學科優勢、課程優勢、人才優勢和教學科研優勢的頗具特色與影響力的教學團隊。該團隊以中南大學智能科學研究中心為核心,主要承擔人工智能基礎、智能控制導論、機器人學、專家系統等本科基礎和專業基礎課程,碩士學位課程人工智能、智能控制和機器人控制技術以及留學生碩士學位課程Artificial Intelligence和博士生學位課程智能系統原理與應用的教學。
教學團隊在建設過程中,注重教學改革,加大課程建設和教材建設力度,不斷改進教學方法,在課程改革、教材建設、教學手段、隊伍建設以及交流合作等方面取得一些進展。本文擬就教學團隊的改革與建設的相關理念與實踐問題加以總結,談談我們的見解。
1創新教學方法
教學是教師的本職和核心工作。本教學團隊一直致力于教學方法與教學模式的改革與創新,虛心學習國內外先進教學經驗和方法,積極探索教學新路,形成了“以趣導課、以疑啟思、以法解惑、以律求知”的教學模式和教學方法[6-7]。充分激勵學生的學習積極性和主動性,發揮獨立思考和創新思維,多方位培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。我們在教學過程中應用了課堂演示、課堂互動、課堂辯論、課后網絡教學、網絡實驗等一系列現代化全方位的教學新模式。此外,為提高學生的動手能力和理論水平,讓學生直接參與部分教師課題,理論聯系實際,為畢業后的工作學習打下良好基礎。具體措施如下:
1) 舉行課堂討論會,營造自由探索氛圍。
為調動學生的積極性,我們在授課過程中多次開展課堂討論會和辯論會等活動,讓學生自己查閱資料,分析整理,提出自己的觀點,使學生全方位地接觸所學課程,培養學生的研究能力,真正實現師生互動,并鼓勵學生用英語討論。學生對有些問題展開了激烈的爭論,激發了學習潛能,明確了學習目標。課程中還經常請來在科研工作中擔任主要任務的教授和博士生來給學生介紹最前沿的科學動態,激發學生們對所學知識和科學研究的興趣。在研究生教學方面,我們更進一步通過舉辦課程課堂學術研討會,讓學生在一年級就開始接觸學科前沿,自己查閱資料和動手寫科技論文,并在研討會上宣讀討論,培養獨立工作能力和從事學科前沿研究的能力,為將來的高層次研究打下基礎。
2) 倡導啟發式教學,培養學生學習能力。
注意采用面向問題的啟發式方法進行教學,啟發學生求解問題能力,強化學生的參與意識,提高他們的學習積極性。教學中還注意采用了多種交互式策略,如課堂教師提問、鼓勵或指定學生用英語提問、學生就某個知識點進行主題發言后老師點評等。此外,師生通過互聯網進行交互,方式包括Email、BBS和QQ談和交換文件等。
根據學生的興趣和創新潛力,對有專業特長的本科生,在自愿情況下,挑選2～3名參與國家級項目研究工作,進行中長期培養試點,實現本科培養過程與碩士、博士研究生培養過程的銜接。
3) 增強課程實驗教學環節,籌建智能專業實驗室。
智能科學基礎課程的概念性較強,初學者感到比較抽象,而實驗教學又是薄弱環節。因此,結合學生實際情況,我們對實踐教學環節十分重視,設計了一些新的實驗項目,探索新穎的實驗方法。新開實驗項目包括人工智能實驗、智能控制實驗、專家系統實驗、機器人學實驗、人工智能課程設計等。對相關課程的原有實驗,我們也進行了一些改革,增設了個性化的實驗,使得學生的實驗數據和實驗結果分析既有格式要求,又給學生報告自己研究的過程和結果留有空間。這些做法能夠鼓勵學生進行獨立性研究,滿足他們學習的需求。通過實驗教學,學生能夠理論聯系實際,驗證所學理論知識和概念,加深理解,充分調動了學生的學習積極性,培養了他們的創造能力。
除課堂實驗外,我們還充分發揮虛擬實驗的優點,設計了網絡虛擬實驗,讓學生在課外上網練習。通過虛擬實驗,學生可以了解算法的具體運行過程,調整參數和過程,并進行驗證以加深對知識的理解,提高學習興趣,從而達到教學目的。
結合科研,購進和自制部分新設備、新系統,計劃建設智能專業實驗室,為教學提供更多的優良實驗設備。例如,已研制“中南移動一號”和“中南移動二號”自主移動機器人共7臺,已購進RCB-1型教學機器人20套等。
教學團隊教師還指導學生參加全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽活動、大學生創新性實驗計劃及創新教育計劃項目等,取得優秀成果。
2推進課程改革
教學改革是課程建設和學科發展的生命線。我們把國家級精品課程和全國雙語教學示范課程放在優先建設的位置,并以它們帶動其他課程建設,完善系列課程建設,同時新辦了智能科學與技術專業。
2.1搞好精品課程建設,改進雙語示范課程教學,穩步推進系列課程建設
本團隊著力搞好已有的2門國家級精品課程、1門全國雙語教學示范課程,更新精品課程網站,豐富課程內容。為了及時反映上述課程中相關科學技術的最新進展,我們調整了教學體系和教學內容,修訂了教學大綱,并對教學內容進一步優化和更新,極大充實了各課程教學內容。同時,通過校際教學活動和網上資源共享對精品課程、雙語教學示范課程進行交流和推廣,起到較好的輻射作用[8-9]。
為加強精品課程建設,完善和拓展課程體系,在總結現有精品課程的建設經驗的基礎上,又建成省級精品課程1門,校級精品課程1門。
為提高學生的專業英語水平和學習興趣,使得學生能夠開拓眼界,追蹤國際前沿科學研究,本團隊長期對雙語教學進行研究和實踐。除改進人工智能雙語教學示范課程外,團隊承擔的其他課程,如智能控制、機器人學、專家系統、數據結構等也實行了雙語教學,并為該課程引進英文輔助教材。例如,對人工智能課程,我們先后采用Nilsson和Russell等編著的國外影響較大的英文原版教材作為主要教學參考書[10-11],供學生學習參考。在雙語教學中,一般以漢語講授為主,英語為輔,并對一些關鍵詞同時用漢語和英語表示。對部分章節或某個專題,采用純英語教學或以英語為主漢語為輔的教學。對PPT課件的編寫分為純漢語、純英語和英漢混合幾種方式。英語教學比例要根據教學內容和學生英語水平而定,其檢驗標準是學生的接受程度與學習效果,根據這一點來適時調整雙語教學中英語對漢語的比例。
通過教改實踐,我們承擔的智能科學基礎課程逐步形成為具有明顯特色的課程體系。我們講授的課程從智能科學的基礎課程到專業基礎課程,再到專業實踐課程,形成了配置合理、特色鮮明、循序漸進、優勢互補、協調發展的智能科學與技術學科從基礎到應用的系列課程體系。
2.2新辦智能科學與技術專業
智能科學與技術是當代科技發展的前沿學科和重要組成部分,其人才需求日益增加,超出了目前高校的培養能力[12]。我校的智能科學與技術學科方向經過近20年的發展,已形成了具有自身優勢和特點的學科,在國內具有一定的知名度和優勢。為了促進智能科學與技術學科的發展,經過多年積極準備,我們于2009年申報了智能科學與技術專業并獲得教育部批準。通過向兄弟學校學習調研,了解該專業人才需求、專業建設規劃,設定適應培養目標的教學計劃與課程設置方案。雖然我們開辦“智能科學與技術”專業較晚,但我們從2002年開始,就一直關注和積極參與國內智能科學的學科的討論與新專業籌備工作[13]。
我校于2009年申報獲準,在自動化專業增設了智能科學與技術專業方向,目前已招收2屆學生共84人。我們為選讀智能科學與技術本科專業方向的每個學生選定指導老師。每個學生都可以參加指導老師的課題,指導老師也可以利用自己的學識、經驗和責任心來更好地管理呵護學生。這一做法取得明顯效果,不僅受到同學們的普遍歡迎,也得到了學校的肯定。我們還多次召開師生見面會并通過指導老師走訪宿舍,了解每個人的情況。為了消除代溝,努力融入同學當中,學習熟悉他們的語境和思維想法。我們的目標就是不讓一個學生掉隊。
創建與建設智能科學與技術新專業,將為智能科學基礎系列課程教學建設提供一個更加寬廣的平臺,并對計算機、自動化和電子信息等學科的專業建設和課程建設提供一個新的增長點。我們將以智能科學與技術專業建設為契機,虛心學習兄弟學校的專業建設的做法和經驗,進一步規范智能科學與技術的基礎課程教學,讓智能科學基礎課程教學建設登上一個新的臺階。
3加強教材建設
教材是教學的重要工具和資源,其水平直接影響教學效果和教學質量。在教學過程中,我們與時俱進,對教學內容不斷優化與更新,精益求精地編寫反映學科發展的教材[14]。
我們對原有編寫出版的教材進行修訂,反映新世紀學科發展水平和發展趨向,以適應教改需要。把這些最新內容用于教學,使學生了解到國際前沿動態和本學科的最新成果。
以相關系列課程為平臺,注重教材配套,服務因材施教,著眼長遠教材建設。僅2007年以來我們已出版的相關教材及專著如下:
《智能控制原理與應用》,國家級精品課程配套教材,2007;《智能控制導論》,國家級精品課程配套教材,2007;《未知環境中移動機器人導航控制理論與方法》,2008;《機器人學》,第二版,國家級教學團隊配套教材,2009;《機器人學基礎》,國家級教學團隊配套教材,2009;《人工智能及其應用》,第四版,國家級“十一五”規劃教材,國家精品課程配套教材,2010;《人工智能基礎》,第二版,國家級“十一五”規劃教材,國家精品課程配套教材,2010;《移動機器人協同理論與技術》,2010。
4優化隊伍結構
師資隊伍建設是團隊建設的源頭,沒有一流的教師隊伍就沒有一流的教學團隊。在師資隊伍建設上,我們一直采取引進優秀人才和在職培養相結合的做法。對于人才的引進主要通過辦專業和辦學科點等方式吸引人才,還通過創造教學和科研條件,穩定教師隊伍,解決個人的發展問題。
采取有效措施,提高主講教師的學術積累和教學水平。一是教研組教師,特別是中青年教師積極參加重要科研項目,提高學術水平。二是派中青年教師赴國外研修訪問,了解和學習發達國家同類課程的先進教學經驗、相關課程設置情況與發展趨勢,將國外教學思想引入課程教學。
教學始終是教師的第一要務,為了提高青年教師的教學素質,我們實施并完善了一系列管理措施和制度。
1) 設立名師工作室,實現名師資源共享形成多元化的帶教制度,安排高年資的教師對年輕教師進行傳、幫、帶,可以有業務方面的指導,也可以有認識方面的交流。通過老教師對年輕教師全方位的指導,使老教師的教學理念和經驗得以繼承,加快了年輕教師的成長。
2) 有計劃地安排年輕教師虛心旁聽有經驗教師的講課。通過聽課,不僅使年輕教師進一步掌握課程的內容,更重要的是使年輕教師學到了老教師的教學方法和經驗,對其今后從事教學工作起到了積極的指導作用。
3) 對于第一次上課和第一次上某門新課程的年輕教師,團隊都要在課前組織他們試講。試講前,安排老教師進行指導,傳授教學經驗。試講時,由團隊的教師參加聽課并對其進行講評,肯定其優點,指出其不足,幫助青年教師盡快掌握課程的重點,找到更合適的講授方法。此外,我們還備課,統一基本教案,幫助年輕教師成長。
近兩年來本教學團隊獲得的主要教學獎勵就有徐特立教育獎、茅以升教學專項獎等。
5擴大交流合作
我們在做好自身團隊建設的同時,增進與全國相關高校和教學團隊的交流,學習兄弟團隊的建設經驗,在課程示范、教材推廣、網絡資源輻射等方面發揮積極作用。我們還開展校內合作,聯合不同院系進行教學和精品課程的申報與建設,在校內推廣改革成果;發表了一系列教改論文;發起籌備《全國智能科學技術課程教學研討會》;邀請企業界科技精英做本科生就業指導相關報告。
1) 增進校際交流,發揮輻射作用。
我們經常以講座報告形式在許多兄弟院校進行教學與教改交流。例如,最近一年來就應邀先后到上海交通大學、同濟大學、東華大學、東南大學、國防科技大學、中國礦業大學、北京科技大學、清華大學等校就智能科學技術課程的教學、教改和建設問題作專題報告,在兄弟院校師生中引起熱烈反響。已有數以百計的高等院校采用我們編著的教材和網絡課程進行教學,國內已有眾多的從事人工智能課程和智能控制課程教學的教師,來信來函索取我們開發的課程教案、課程演示和網絡課程相關資料等,我們一直盡力地搞好推廣和服務工作。
2) 撰寫課程改革論文,進行國內外交流。
本團隊成員僅近一年多來,就在中國教育開放資源網、中國人工智能學會13屆年會、計算機教育、高等理科教育、計算機與現代化等會議及刊物上發表10篇教改論文,在國內外進行交流,起到介紹情況,交流信息和經驗的積極作用。
3) 籌備全國相關課程教學研討會。
為了更好地交流經驗,擴大影響和輻射作用,我們發起并聯合中國人工智能學會教育工作委員會、中國計算機學會人工智能與模式識別專業委員會、中國人工智能學會智能機器人專業委員會、中國自動化學會智能自動化專業委員會、中國人工智能學會人工智能基礎專業委員會,籌備召開了首屆《全國智能科學技術課程教學研討會》[15]。圍繞各個學校在智能科學與技術本科專業的課程改革與建設、課程和專業教學計劃制定和未來發展設想等方面進行交流研討。通過交流研討,認真學習兄弟學校的經驗,并盡可能匯報我們的經驗。我們相信,在與會全體代表的共同努力下,本次課程教學研討會一定能夠取得積極的成果。
注:本研究獲得教育部國家級精品課程人工智能(2003年)和智能控制(2006年)、全國雙語教學示范課程人工智能(2007年)、國家級智能科學基礎系列課程教學團隊(2008年)等項目支持。
參考文獻:
[1] 中國高等教育學會. 中國高校國家精品課程,工學類,(上冊),2003-2007[M]. 北京:北京大學出版社,2008:433-436.
[2] CAI Zixing,LIU Xingbao,LU Weiwei,et al. Comparative Study on Artificial Intelligence Courses Between CSU and MIT[EB/OL]. [2010-5-1]. CORE (China Open Resources for Education),.cn/.
[3] 中國高等教育學會. 中國高校國家精品課程,工學類,(上冊),2003-2007[M]. 北京:北京大學出版社,2008:426-429.
[4] 國家教育部和財政部關于立項建設國家級教學團隊、國家級精品課程、全國雙語教學示范課程的通知[EB/OL]. [2010-5-1]. http///轉高等教育司.
[5] 中華人民共和國教育部高等教育司. 名師風采,第一屆高等學校教學名師獎獲獎教師集錦[M]. 北京:地質出版社,2006: 152-153.
[6] 李廣川. 丹心育桃李,妙手譜春秋[M]//名師頌.北京:教育科學出版社,2007:397-401.
[7] 及立平. 篤定平和:訪國家級教學名師蔡自興[M]//春風化雨:中南大學教師風采. 長沙:中南大學出版社,2006:119.
[8] 蔡自興,肖曉明,蒙祖強,等. 樹立精品意識,搞好人工智能課程建設[J]. 中國大學教學,2004(1):28-29.
[9] 陳愛斌,肖曉明,魏世勇,等. 智能控制的學科發展與學科教育[J]. 現代大學教育,2006(3):102-105.
[10] Nilsson N J. Artificial Intelligence:A New Synthesis[M]. New York:Morgan Kaufmann Publishers,1998.
[11] Russell S, Norvig P. Artificial Intelligence:A Modern Approach[M]. London:Prentice Hall Publishers,2005.
[12] 王萬森,鐘義信,韓力群,等. 我國智能科學技術教育的現狀與思考[J]. 計算機教育,2009(11):10-14.
[13] 蔡自興,賀漢根. 智能科學發展的若干問題[C]//中國自動化領域發展戰略高層學術研討會論文集. 自動化學報,2002, 28(增刊1):142-150.
[14] 蔡自興,謝斌,魏世勇,等.《機器人學》教材建設的體會[C]//2009年全國人工智能大會(CAAI-13). 北京:北京郵電大學出版社,2009:252-255.
[15] 2010年全國智能科學技術課程教學研討會征文通知[J]. 計算機科學,2010,37(6):封3.
Construction of State Teaching Group of Series Course for Intelligence Science Basis in CSU
CAI Zi-xing, CHEN Bai-fan, LIU Li-jue
(Institute of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
近幾年，在云計算和大數據的支持下，深度學習的研究愈發深入，人工智能取得了跨越式的進步。然而，作檣緇岬鬧魈澹人的身份的數字化是智能社會的前提，而人臉識別正是實現這一目標的關鍵技術。不易偽造、可被動采集的人臉識別技術能夠基于人臉這一非侵犯性的生物信息，進行毫秒級大數據計算，使人臉成為智能社會的“接入口”，從而展開人與系統間更加便捷、安全的信息交互。“刷臉”將為傳統的生活習慣、工作方式等帶來顛覆式的改變。
早在幾年前，漢柏科技即在自身發展的路途中前瞻性地發現了人工智能的產業機遇，開始部署自己的人工智能藍圖。2012年8月，漢柏科技與天津大學成立“應用數學聯合實驗室”，由中國科學院院士、著名數學家陳永川擔任主任，擁有9位數學領域的院士顧問團隊、18位博士、100多人的研發團隊，主攻人臉識別核心算法的研究。在強大的研發陣容和大量的研發經費投入下，漢柏科技基于深度學習的卷積神經網絡算法的優勢，轉化成人臉識別相關產品的優異性能，目前已擁有完全的人工智能產業化能力。
在人臉檢測技術上，漢柏科技利用多任務級聯深度學習網絡，實現了在視頻中實時人臉檢測的功能，并同時可以檢測出人臉性別、年齡、發型等多種屬性。漢柏科技還將大數據技術與深度學習結合，通過互聯網獲取海量人臉數據，利用深度學習算法自動挖掘人臉圖片之間的相關性，建立具有強區分能力的深度學習模型，用于人臉識別，取得了較高的精度。同時，如何減少深度學習的計算量、資源需求，以適應小型化設備的運算能力是深度學習領域近年來的研究熱點。漢柏科技通過軟硬件結合等多種手段，將現有的深度學習模型進行充分壓縮，可以更好地適用于嵌入式設備。
人臉識別的市場應用范圍廣闊，覆蓋了智能城市的各個方面。漢柏科技為不同行業定制了集技術、產品和應用為一體的整合解決方案，具備適用性和易用性。例如，在公共安全領域，人臉識別技術具有豐富的應用場景。漢柏科技的人臉識別技術能夠打造警務大數據，進行實時的數據采集和快速的身份核查對比，實現智能的治安巡查、出入境邊檢，并為刑偵、反恐及時提供可靠的信息，打造立體化社會治安防控網，有效保障公共安全。
關鍵詞：智能控制；教學策略；卓越工程師；模糊控制；神經網絡
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0029-02
智能控制作為自動化類專業的一門專業課程，要求學生了解控制學科發展的方向和前沿，熟悉智能控制的主要理論分支、數學基礎以及發展趨勢等，掌握基本智能控制方法的結構和算法，為未來實際工程應用奠定一定的基礎。當前，在國內外備受關注的CDIO模式即把“構思（Conceive）―設計（Design）―執行（Implement）―運作（Operate）”作為工程教育的環境背景，按照產品生命周期構建課程體系，以課堂和項目相結合的方式進行主動學習，使學生達到預想的學習目標。
考慮到安徽工程大學（以下簡稱“我校”）自動化專業被確定為教育部“卓越計劃”試點專業，如何通過智能控制課程教學改革來提高教學質量，充分借鑒CDIO先進的教育理念，推行卓越工程師培養計劃，提高大學生的創新技能、實踐技能，協調課程體系對培養目標支撐力不強以及與我國產業發展和結構的調整不相適應的矛盾，創建適應新形式發展需要的課程教學體系，同時促進我國智能控制學科發展，是我校授課老師所面臨和亟待解決的問題。
一、智能控制課程分析
1.智能控制發展歷程
智能控制是一種新型自動控制技術，代表了自動控制的最新發展階段。[1]20世紀90年代中期之后，智能控制日益成熟，在工業、農業、家用、軍事等領域得到了廣泛的應用，據統計，2012年全球智能控制市場規模接近6800億美元，而我國智能控制行業規模也已經達到4200億元。
智能控制思潮第一次出現于20世紀60年代由Leonaes等人首次正式提出，[2]到了1987年，IEEE控制系統學會和計算機學會在美國費城聯合召開了智能控制國際學術討論會，智能控制正式作為一門新學科，登上歷史舞臺，而“智能控制”課程是在智能控制學科建立之后開設的。
國內首部“智能控制”教材，是在1990年由中南大學蔡自興教授編寫電子工業出版社出版，蔡教授把遞階控制、專家控制、模糊控制、神經控制、學習控制作為智能控制課程的初步框架和主要研究分支。[1]隨后，王耀南、李士勇、李人厚、孫增圻等專家也編寫了智能控制相關教材。這些教材出版對我國智能控制課程教學發揮了積極的作用，為智能控制學科建設和人材培養做出突出貢獻。[3]
近年來，國內學者對智能控制的研究十分活躍，舉行各種與智能控制有關的學術討論會，如全球智能控制與自動化大會（World Congress on Intelligent Control and Automation，WCICA）、中國智能自動化會議（Chinese Intelligent Automation Conference，CIAC）、中國控制會議（Chinese Control Conference，CCC）、中國控制與決策會議（Chinese Control and Decision Conference，CCDC）等，這標志我國智能控制作為獨立學科已正形成。[2]
2.智能控制理論體系
隨著科學技術的發展，智能控制理論和技術得到不斷的發展和完善，受到越來越多科研工作者的關注。常規的智能控制方法主要包括：模糊控制、神經網絡控制、分級遞階控制、專家系統控制以及其他仿人智能控制等。[3，4]
（1）模糊控制：將人類專家對特定對象的控制經驗，運用模糊集理論進行量化，轉化為可數學實現的控制器，從而實現對被控對象的控制，其主要包括輸入模糊化、模糊規則庫、模糊推理以及輸出逆模糊化四個部分。
（2）神經網絡控制：是人工智能、認知科學、神經生理學、非線性動力學等學科的交叉熱點，它利用大量的人工神經元按一定的拓撲結構互連，構建具有仿人控制的功能。神經網絡雖然不善于顯式表達知識，但具有很強的學習能力和自適應能力，能夠任意逼近復雜的非線性系統，對高度非線性和嚴重不確定性系統的控制方面具有良好效果。
（3）分級遞階控制：是從工程控制論的角度總結人工智能與自適應、自學習和自組織的關系之后逐漸形成的，主要由組織級、協調級和執行級構成。其中組織級起主導作用，涉及知識的表示與處理，主要應用人工智能；協調級在組織級和執行級間起連接作用，涉及決策方式及其表示，采用人工智能及運籌學實現控制；執行級是底層，具有很高的控制精度，采用常規自動控制。
（4）專家系統控制：是指具有模糊專家智能的功能，采用專家系統技術與控制理論相結合的方法設計的控制策略，它是人工智能應用領域最成功的分支之一，由知識庫、推理機、解釋機制、知識獲取系統以及綜合數據庫五個部分組成。在工業過程控制中主要呈現直接專家控制和間接專家控制兩種形式。
二、智能控制課程教學改革
1.理論教學
UNESCO在2010年的工程學報告中指出，工程是人類面臨的最大挑戰和機遇，為了滿足卓越工程師培養計劃要求，我校重新修訂課程教學大綱，調整了各知識點的學時分配，擴大了知識面的覆蓋范圍，并提高了實驗內容所占學時比例，注重實踐環節內容設置。在課程建設考慮理論與實踐的均衡，避免理論與實踐用脫節，教材選用為王耀南主編、機械工業出版社出版的《智能控制理論及應用》，[5]總共設計30個學時，具體如圖1所示。概述部分為2個學時，主要講解智能控制理論的歷史背景、研究現狀以及未來的發展趨勢；模糊控制與神經網絡控制是本課程主要講解部分，分別安排9個學時；分級遞階控制與專家系統控制部分要求學生以了解為主，因此分別安排4個學時；最后，剩余2個學時講解當前最新的一些智能控制方法，目的為擴展學生的視野。
考慮到“智能控制”課程涉及的知識面較為廣泛，因此，在教學過程中，教師主要擔負組織者、引導者的職責，課堂上注重采用啟發式的教學模式，并增加案例講解，讓學生明確課程教學服務于國家戰略需要和行業需要，如：液浮陀螺儀溫控系統的模糊控制策略設計、單級倒立擺系統的神經網絡PID控制器的設計、數控機床專家系統設計等。鼓勵學生自由探討，實現教學環節中的互動，提高學生的認知能力。
2.實踐教學
本課程專業性很強，學生缺少對智能控制方法的感性認識，且受學時數的限制，因此鼓勵學生自主學習，充分利用課余時間。[6]每次課后，有針對性地預留課外作業，引導學生復習、預習，這有利于老師教學內容的精練講解，學生對智能控制的熟悉掌握，引導學生注重工程能力和自主學習能力的提高。
另外，在“智能控制”教學計劃中，安排6個學時作為實驗課，讓學生獨自設計相關智能控制器，培養學生的實踐動手能力，增加對模糊控制系統、神經網絡控制系統分析和設計的熟練程度。實驗采用先講解、后實驗、再總結的方式進行。為了保證實踐教學質量，每20位學生安排1名指導教師。實驗前，要求學生實驗之前完成預習報告；實驗中學生每人一臺機，獨立記錄實驗過程和實驗結果，教師全程答疑輔導；實驗后學生及時上交實驗報告，其內容包括：實驗名稱、內容、方法、步驟、結果及個人心得、體會。
3.教學手段
為了適應時代的發展，授課借助先進的教學軟件。在相關理論知識點展開前，可通過實例模擬讓學生初步了解相關方法，再切換到理論知識的講解，以幫助學生做到思維的自然過渡。
課堂還采用多媒體教學，以提高學生獲取信息的效率。多媒體課件制作過程中，力求圖文并茂，能吸引學生的注意力，這有利于實現情景式的教學，充分調動學生的主觀能動性，變被動教育為主動教育，使學生加深對知識的理解。[7，8]
4.考核方式
本課程理論性較強，為避免“一張試卷定乾坤”帶來的弊端，課程成績采用多元化考核制度，主要包括：平時成績（30%）、實驗成績（30%）和期末考試成績（40%）。
三、結束語
綜上所述，我國的智能控制教育已取得了可喜成績，我校在研究專業培養目標和現有教學資源基礎上，借鑒國內相關高校成功教學經驗，并不斷完善智能控制學科教學的方法、手段、策略，研究制訂新的大綱，開發設計多媒體課件，與時俱進，緊密圍繞“卓越工程師培養計劃”的重點和目標，為培養敢創新、會創造的高質量人才不斷努力。
參考文獻：
[1]蔡自興，張鐘俊.智能控制的理論與實踐[J].中南礦冶學院學報，1989，（6）：644-650.
[2]陳愛斌，肖曉明，魏世勇，等.智能控制的學科發展與學科教育[J].現代大學教育，2006，（3）：102-105.
[3]涂象初.關于智能控制的幾個問題[J].科學通報，1991，（7）：481-485.
[4]張德江.智能控制技術現狀與展望[J].長春工業大學學報，2002，
（S1）：58-61.
[5]王耀南，孫煒.智能控制理論及應用[M].北京：機械工業出版社，2011.
[6]朱建紅，張蔚，顧菊平，等.基于卓越工程師目標的教學策略改進研究[J].中國電力教育，2013，（5）：90-91.
[7]林健.卓越工程師教育培養計劃專業培養方案研究[J].清華大學教育研究，2011，32（2）：47-55.
關鍵詞：現代教育技術；虛擬現實；教學模式；教育應用
引言
新一輪的信息革命將深刻地改變傳統行業，逐漸克服技術難題之后，5G通信技術、人工智能技術、虛擬現實技術都得到了長足的發展，研究者們開始關注虛擬現實技術的應用，它在現代教育領域的運用成了矚目的焦點。
1現代教育技術的特點和發展趨勢
現代教育技術是把現代教育理論應用于教育、教學實踐的現代教育手段和方法的體系。它以實現教學過程、教學資源、教學效果、教學效率的最優化為目的[1]。它的現代化體現在教學設計現代化、教學手段現代化、教學媒體現代化。隨著現代教育科學和現代信息技術的飛速發展，現代教育技術和教育聯系緊密，它增加了信息傳遞的方式與方法，提升了教學效果與效率。現代教育技術與普通教育技術沒有本質區別，突出”現代”一詞的目的是要更多地關注現代科學技術的相關問題，吸納新的科學技術成果和思維方式，凸顯教育技術的時代特色。目前，教育技術在教育中的應用可以按照技術特點大致分為以下5類：（1）基于傳統媒介（如書本、圖片、畫冊、黑板、模型、實物、小型展覽）的常規教學模式；（2）基于視聽技術（計算機技術）的多媒體教學模式；（3）基于衛星通信技術的遠距離教學模式；（4）基于因特網等網絡技術的網絡直播教學模式；（5）基于三維仿真技術的“虛擬現實”的教學模式。隨著現代信息技術的快速發展，許多新技術被用到教育教學實踐中，豐富了現代教育技術的內涵。現代教育技術突破了傳統教育方式，正朝著多媒體化、網絡化、信息化、教育技術應用模式多樣化和遠程教育普及化的趨勢發展[2]。而“虛擬現實”的教學模式，具有多種教學模式的優勢，試想一個場景——分散在世界各地學習者穿戴著虛擬現實設備，匯集到一個共同的虛擬社區，在這里自由交流與學習——這種美好的愿景并不遙遠。
2虛擬現實的概念及特征
虛擬現實是一項融合了計算機圖形技術、多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、立體顯示技術、心理學及仿真技術等多種科學技術發展起來的計算機綜合技術[3]。虛擬現實技術有三大基本特征：沉浸感、交互性和想象力，它強調人在虛擬現實技術中的主導作用[4]。交互性是指用戶與虛擬空間中的虛擬物體的互動能力；沉浸性是指用戶在計算機生成的虛擬環境中，通過模擬視覺、聽覺等感官，給人以真實感覺；想象性是指用戶在虛擬環境中，根據環境傳遞的信息以及自身沉浸在系統的行為，通過自己的邏輯判斷、聯想等思維過程，想象虛擬現實系統中并未直接呈現的畫面和信息。近年來，科技不斷發展，信息量呈爆炸式增長，虛擬現實技術能有效地提高信息傳播和教學效率。虛擬實現的特性符合現代教育技術對提高教學水平的要求。
3虛擬現實技術在教學中的運用途徑
3.1自主學習
虛擬現實提供了一種嶄新的交互方式，學生可以通過眼睛、耳朵等多種感覺器官與它進行實時互動。學生憑借自然語言交互，以觸覺、視覺、聽覺作為媒介，和計算機進行交流溝通。這種嶄新的人機交互方式，給與學習者全新的體驗：在這個虛構的學習場景中，真實與虛擬模糊了邊界，理論知識和實踐操作同時進步。虛擬現實模擬的環境大體可以分為三個層次：（1）“顯示現實”，還原真實的環境，但是一般人不容易直接接觸，如火山口的場景、銀河中的場景、危險的化學實驗室等；（2）“模擬現實”，模擬現實中不存在的環境、特殊條件下才會產生的事物，如仿真訓練、模擬訓練等；（3）“創造現實”，突破現實的制約，想象力有多大，創造力就有多大，一切現實法則都可以在虛擬空間中被顛覆，給學生發揮創造力的機會，把好的創想在虛擬空間中盡情展現。
3.2虛擬實驗室
虛擬實驗室是虛擬現實技術的一大創新，學生可以在其中自由實驗，動手操作，觀察各種實驗反應，擺脫常規實驗室的局限。在虛擬物理實驗室中，學生可以虛擬出各種物理現象，實驗效果直觀可見；可以看見現實中看不到的磁場，理解磁場變化的原理；可以感受橋梁大廈的建造與崩塌，分析其中的力學原理。身處虛擬生物實驗室內，可以仔細觀察人體組織的切片結構，各種骨骼結構也變得清晰透明。在虛擬化學實驗室中，學生可以遠離現實實驗室的各種危險，安全地操作天平、砝碼，觀察燃燒、爆炸等反應現象；在虛擬地理實驗室中，學生可以進行地震和火山爆發等實驗，瞬間遨游太空，瞬間又深潛入海底，盡情體驗地理科學的魅力。想象力的邊界才是虛擬實驗室的邊界，虛擬實驗室將成為學生們最喜愛的場所。
3.3技能訓練
虛擬現實沉浸感和互動性的特性，可以使學習者全身心進入學習狀態，在安全的虛擬環境中反復練習，不斷試錯，直到熟練掌握技能。例如，在虛擬射擊培養體系中，學生可以重復射擊，提高反應能力，學習不同的掩體情況下的射擊方法，直到熟練掌握。運用VR技術可以使醫務工作者反復操練，保障手術訓練的實效。在教學技能訓練方面，與傳統微格教室相比，在虛擬教室中，師范生可以自由選擇面對的學生人數，克服上臺教學的畏懼心理。但是值得注意的是，真實的情景也是技能訓練不可或缺的內容，需要合理安排虛擬現實學習和真實情景練習，找到它們之間的平衡點，最大化利用虛擬現實技術的優勢。
4虛擬現實教育應用的展望
虛擬現實技術正處于高速發展階段，它會給教育帶來巨大的變革，未來的虛擬現實系統能夠與通信技術、大數據技術、人工智能技術等前沿科技緊密結合。在虛擬教育社區，每個學習者都有自己唯一的虛擬身份，能夠在虛擬的空間中與他人的虛擬角色互動交流，也能與人工智能的虛擬角色交流。人工智能虛擬學伴可以為學習者提供全程的學習規劃指導，制定個性化的培養方案；學習者的成長軌跡全程被記錄在虛擬世界之中，通過物聯網技術制作的可穿戴設備，學習者的身體健康狀況也可以被詳實記錄。數字虛擬世界和真實世界共同培養人才，這正是未來智慧教育的圖景
關鍵詞：計算機導論；教學內容；教學方法
中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2013）47-0228-02
計算機導論課通常被作為計算機科學與技術專業本科生入學后的第一門專業課。大一新生計算機基礎參差不齊，如何組織教學內容，并創新教學方法，使得學生既能全面了解計算機本科專業的知識點結構，又能激發對本專業基礎理論技能與學科前沿的學習興趣，是一個非常有意義的課題。本文將從教學內容、教學方法改革入手，對能夠顯著提高計算機導論課程授課效果的措施進行一些探討。
一、教學內容取舍
首先開展計算機操作與應用基本技能實踐教學。以課堂實踐訓練的方式，指導學生親自動手進行計算機拆裝機實驗，獲取對CPU、內存、晶振、主板等直觀認知。要求學生上機實際操作Windows操作系統、常用字處理軟件（Word、Excel、PowerPoint等）及網絡配置（IP配置、Internet選項配置等）、收發Email等，使學生掌握計算機操作基本技能，初步調動學生學習計算機基礎知識的積極性。然后開展計算機本科專業核心課程教學[1，2]。教學內容圍繞計算機專業核心課程，分為“軟”、“硬”兩個方面展開。“軟”方向課程包括C語言程序設計基礎、算法與數據結構、操作系統、計算機網絡等。“硬”方向課程包括計算機組成原理、電路分析、模擬與數字電路、微機原理與接口等。最后開展計算機學科專業興趣培養教學。開展自主移動機器人、數字圖像處理、計算機圖形學、人工智能、嵌入式系統等計算機學科前沿理論與熱點技術的教學，同時引入飛思卡爾智能車、電腦鼠走迷宮以及Robocup機器人足球等學科競賽賽事的介紹[3]。目的是拓展學生對計算機及相關專業（自動化、通信工程、微電子等）理論前沿、技術與應用熱點的認知，豐富知識結構，開拓學科視野，培養學習興趣。
“計算機導論”課程共計36個課堂內教學學時。三方面教學內容各有側重，分別分配8、20與8個課堂內學時。除課堂教學外，針對三方面教學內容，布置足夠的課外實踐與科技文獻綜述等課外作業，達到補充課堂教學知識、同時培養學生資料搜集歸納整理與創新思維能力。
二、教學方法設計
1.基本操作技能教學。計算機操作基本技能教學主要是為了照顧對計算機缺少直接接觸的學生。部分學生來自偏遠地區，進入大學之前很少甚至從來沒有直接使用過計算機。開展基本操作技能與拆裝機實踐教學，使他們盡快熟悉計算機，了解計算機組成，掌握基本的操作技能。此部分教學實踐內容在計算機中心機房開展。拆裝機實驗課堂內教學安排4個學時，教師拆裝機為學生作演示講解；之后安排課外拆裝機實踐練習，要求每個學生完成拆裝機實踐報告，具體到包括CPU、晶振等核心芯片在內的硬件詳細列表。另安排課堂內4個學時，掌握Windows操作系統、常見字處理以及Internet設置等基本方法與工作過程。
2.核心課程知識點教學。第二部分核心課程的教學是核心，也是教學開展的難點。之所以是“核心”，各課程知識點構成計算機專業整個知識系統，均為主干課程。之所以是“難點”，難在核心課程內容繁多分散，而課時有限，難在如何在有限的課時內將這些內容“串”起來，一方面使得各門核心課程重要知識點無遺漏，并且不失系統，另一方面又能活躍課堂教學氣氛，啟發調動學生學習本專業各核心課程的積極性。教學實踐活動中，圍繞“存儲程序”主線，課程知識點抓大放小，重點闡述各課程開設的必要性與必須掌握的核心內容，注重培養激勵學習積極性。實踐中此部分教學內容圍繞“存儲程序原理”這一主線展開。存儲程序原理又稱“馮·諾依曼原理”，至今仍然是計算機內在的基本工作原理。從“計算機是計算的機器”出發，引出“算什么”“怎么算”這一直觀問題。進而引出數據的表示即編碼問題，以及數據的存儲、數據的組織，以及數據的傳輸問題，啟發引導學生思考“存什么”、“存在哪里”、“如何存”、“如何取”以及“如何傳輸”等一系列問題。例如，“存儲程序原理”決定了寫程序與運行程序是人們使用計算機的主要方式，“軟”方向課程C語言程序設計基礎這一課程就是要解決如何寫程序的問題。講述該課程時，重點講述任意程序設計語言共性的必需的詞法、語法等基本要素，以及必需的編譯過程。而算法與數據結構這一課程中之所以出現眾多的表、樹、圖等概念以及搜索排序算法，就是要解決對數據如何高效組織這一問題。在數據高效組織與管理的基礎上，才能談得上設計并研制高效的計算機操作系統，因為操作系統正是建立在多個任務管理塊、資源管理塊構成的鏈表基礎上，操作系統任務生成消亡調入調出效率受搜索排序算法效率制約。
而對于“硬”方向課程核心內容的組織講述，同樣圍繞“存儲程序原理”這一主線開展。對于計算機組成原理這一課程，圍繞程序存儲與程序運行需求，闡述存儲器、集成運算器與控制器的中央處理器（CPU）、輸入輸出設備以及時鐘（晶振）等作為計算機基本構成的必要性與工作原理。進而針對“存儲位”“存取控制”與輸入/輸出，闡述數字電路中“鎖存器與觸發器”“時序邏輯電路”等，以及模擬電路中“運算放大器”“RC振蕩電路”等的必要性與基本概念。
3.興趣培養教學。“軟”與“硬”兩方向核心課程知識點教學最后統一到興趣培養教學內容上。結合動畫、視頻等多媒體教學工具，課堂教學引入了自主移動機器人、嵌入式系統等方面的內容。以Robocup足球機器人與日本本田公司的阿西莫（ASIMO）機器人為例，通過圖片與視頻演示，啟發學生思考基于核心課程中要求的基本原理，以及程序設計、電路設計以及人工智能等基本方法，如何使得機器人能自主行走甚至奔跑、上下樓梯，能聽會說，能相互間競爭與合作等。進一步，結合任課教師部分科研成果，演示基于單片機的電機運動控制系統、基于自動語音識別與圖像跟蹤的移動小車系統，使學生認識到學習本專業基礎理論與基本方法的重要性，達到培養學習興趣的目的。
4.學習能力培養教育。教學過程中，注重啟發式教學，鼓勵學生透過現象看本質，由生動的圖片視頻演示回歸到核心課程基礎知識與基本技能的學習討論中。鼓勵學生勤于思考、勇于提出問題，了解為什么必須學習各核心課程以及各課程的要點內容，理解并掌握學習各核心課程要點的方法。在課堂教學中對能夠主動提出問題、主動回答的學生，給予期末成績加分獎勵。注重學生思維能力與主動學習能力培養，要求學生通過Google學術搜索、中國知網、IEEE/IET、Springer以及ACM等中英文學術期刊數據庫，對課堂布置的計算機理論熱點與前沿技術關鍵詞進行檢索、歸納總結，提交文獻綜述報告，并作為期末成績的一個重要組成部分進行考核。
三、教學效果
持續跟蹤接受該計算機導論課程授課的近兩屆學生，發現學生對該課程及后續核心課程的課堂出勤率、期終考試成績及格率與優秀良好率、以及報名參與各學科競賽的學生比例均有明顯提高，表明該課程授課方式對培養學生的學習興趣，提高學習積極性與主動學習能力具有一定積極影響。
四、結語
作為計算機專業本科生的入門課程，計算機導論課程的地位與內容具有特殊要求。兼顧計算機基本操作技能教學，突出核心課程關鍵知識點講授，并注重通過引入學科理論熱點與前沿技術的演示教學，培養學生學習興趣與主動學習能力，跟蹤效果表明該教學內容組織與教學方法對學生具有一定的積極影響，同學們在后續每門核心課程的學習中，不僅具有較強的學習主觀能動性，而且能夠迅速把握該課程的要點。
參考文獻：
[1]張銘，李文新，陳徐宗，等.北京大學計算機系本科課程改革進展[J].計算機教育，2009，（5）：7-11.
[2]楊俊.關于計算機專業課程設置的思考[J].哈爾濱商業大學學報（社會科學版），2003，（2）：111-112.
[3]劉淼，張汛淶，湯茂斌.開展計算機專業學生學術科技活動的實踐與思考[J].計算機教育，2012，（4）：23-25.
關鍵詞：信息技術 學習能力 終身學習
作為一種創新教學的嘗試，我們在高二、高三部分班級進行了網絡教學實踐。
一、信息技術教學與常規的教學模式的區別
（1）教學環境的改變
運用信息技術進行教學一般是在電腦教室進行的，整個教室基本做到了每位學生一臺電腦。因此，學生的學習工具除了普通的課本、筆、紙外，還有與因特網相聯的計算機，整個教學過程看起來是在教室進行，但教學環境卻是真正的因特網環境。學生真實的接觸到了遠程教育體系、終身學習和社會化學習這種看起遙遠的事情。
（2）師生角色的轉變
作為一種創新教學的嘗試，教學中我們沒有采用傳統的以教師為中心的“講授式”教學方法，而是采用教師指導下的，以學生為中心的學習。教師在整個教學過程中起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協作、討論等學習環境充分發揮學生的主動性、積極性，最大限度的培養學生的創新精神。
（3）教學過程的轉變
上課時教師首先通過電腦把本節課的教學目的、內容及學習提綱展示給學生，然后學生利用教師提供的網址進入相關的網站進行自主學習。對于不懂的問題學生可以相互討論。最后利用交互式的教學軟件進行檢測學生的掌握情況，教師再有針對性的進行指導教材中的難點和重點。
（4）教學方法的轉變
信息社會的特點是個性化、多樣化，關心人、尊重人、一切為了人成為信息社會的主旋律。網絡教學充分考慮學生的個性特點，在教學目標規定的最基本的方面都能達到合格標準的同時，最大限度的發揮每個人的潛能與價值。在教學中努力滲透“科學、技術、社會”教育思想。盡可能在教學中讓學生討論一些現實問題。如：在學習“遺傳的物質基礎”時，結合信息技術可設計以下一些問題：1、基因工程是怎么回事？它在生產中有哪些實際應用？2、人類基因組計劃有哪些國家參與？它研究的是什么問題？對人類有哪些好處？人們要警惕基因組計劃的哪些應用？等。讓學生運用各種知識，從社會利益、風險、科學技術的發展與安全等方面綜合考慮問題，以培養學生的科學評價、科學決策能力。
二、結論與思考
（1）提高了學生的學習興趣
信息技術運用集文字、圖像、聲音于一體的多媒體教材替代抽象、枯燥的生物課本，虛擬技術使看不見、摸不著的微觀世界和復雜的生理過程生動直觀地顯現在學生的眼前。加上與現實生活相聯系的一些問題討論，使學生感到生物知識趣味無窮，大大激發了學生的求知欲望，增強了學生學習的積極性和主動性。
（2）提高了學生合作學習的能力
信息技術中的網絡教學通過因特網的查詢，為學習者的雙向交流提供了廣闊空間，達到了“人―機―人”相互學習，即學習者通過網絡與教師和其他學習者進行相互交流，協作學習。
（3）學會信息資源的利用
運用信息技術進行教學，使學生初步形成了信息社會所必須的信息獲取、信息分析和信息加工能力。
（4）增強了對現代教育的認識
信息社會使知識的創造、存儲、學習和利用方式發生了革命性的變化，音像技術、計算機技術、現代通信技術和人工智能技術在教育領域廣泛應用；網絡教學完全改變了“以課堂為中心、以書本為中心、以教師為中心”的傳統教育教學模式。
三、信息技術教學與常規的教學模式的區別
（1）教學環境的改變
運用信息技術進行教學一般是在電腦教室進行的，整個教室基本做到了每位學生一臺電腦。因此，學生的學習工具除了普通的課本、筆、紙外，還有與因特網相聯的計算機，整個教學過程看起來是在教室進行，但教學環境卻是真正的因特網環境。學生真實的接觸到了遠程教育體系、終身學習和社會化學習這種看起遙遠的事情。
（2）師生角色的轉變
作為一種創新教學的嘗試，教學中我們沒有采用傳統的以教師為中心的“講授式”教學方法，而是采用教師指導下的，以學生為中心的學習。教師在整個教學過程中起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協作、討論等學習環境充分發揮學生的主動性、積極性，最大限度的培養學生的創新精神。
（3）教學過程的轉變
上課時教師首先通過電腦把本節課的教學目的、內容及學習提綱展示給學生，然后學生利用教師提供的網址進入相關的網站進行自主學習。對于不懂的問題學生可以相互討論。最后利用交互式的教學軟件進行檢測學生的掌握情況，教師再有針對性的進行指導教材中的難點和重點。
（4）教學方法的轉變
信息社會的特點是個性化、多樣化，關心人、尊重人、一切為了人成為信息社會的主旋律。網絡教學充分考慮學生的個性特點，在教學目標規定的最基本的方面都能達到合格標準的同時，最大限度的發揮每個人的潛能與價值。在教學中努力滲透“科學、技術、社會”教育思想。盡可能在教學中讓學生討論一些現實問題。
四、結論與思考
（1）提高了學生的學習興趣
信息技術運用集文字、圖像、聲音于一體的多媒體教材替代抽象、枯燥的生物課本，虛擬技術使看不見、摸不著的微觀世界和復雜的生理過程生動直觀地顯現在學生的眼前。加上與現實生活相聯系的一些問題討論，使學生感到生物知識趣味無窮，大大激發了學生的求知欲望，增強了學生學習的積極性和主動性。
（2）提高了學生合作學習的能力
信息技術中的網絡教學通過因特網的查詢，為學習者的雙向交流提供了廣闊空間，達到了“人―機―人”相互學習，即學習者通過網絡與教師和其他學習者進行相互交流，協作學習。
（3）學會信息資源的利用運用信息技術進行教學，使學生初步形成了信息社會所必須的信息獲取、信息分析和信息加工能力。
關鍵詞：信息技術；德育教育；融合
信息技術已走進每一名學校，每名老師，每一位學生，已成為學生、教師、學校、家長極為有益的幫手，從課內延伸到課外，從讀書到育人都離不開信息技術的助力。我校從實際工作中進行了一系列的嘗試，談談我的感受。
1搭建人人通網絡學習空間，促進學生主動發展
人人通平臺為班級、老師、學生及家長建立了個人空間。學生在空間里進行實名注冊交流。通過班站的班級相冊、班級日記欄目可以彰顯學生的個性，記錄學生成長歷程，老師和家長通過此欄目了解孩子在班級的情況、心理變化等，與學生進行零距離的溝通；通過班級成員、班級公告、班級作業、班級成績等欄目，教師和家長之間的聯系更為方便快捷，保證家長第一時間了解班級的動態，并參與班級的建設和管理。師生個人空間的開設，可以保證師生、親子之間時刻關注彼此的動態，分享彼此的快樂與煩惱，暢談學習生活的感悟、體會，也是同學們知心話、小秘密的傾訴之地，消除師生間、生生間、親子間的誤解和不愉快，可以更好的增強班集體的凝聚力，共建和諧班級。班級網站和師生個人空間會拉近學校與家庭、教師與學生之間的距離，營造良好的心理溝通環境和氛圍，實現四位一體教育新格局。使孩子們都驕傲的成為班級的主人，增強了主人翁責任感，自然形成了比學趕幫超的氛圍。
2利用網絡資源，豐富學生課余生活
網絡上有豐富的學習資源，包括我們常用的網脈資源網、農遠網等，上面有學生的第二課堂、視聽樂園、聽書聯盟、英語角等，既有有聲讀物，還有中外動畫片等，并具有豐富的安全、法律、生活常識，百科生命知識，典故、格言、成語、詩詞等內容，運用有聲動畫及圖文并茂的形式，可以抓住了學生的心理，更加的直觀形象，激發學生濃厚的學習興趣。為了讓學生在學習之余，有一個娛樂的小空間，網站上開設了內容新穎、趣味性強的小游戲700多種，實現了在游戲中學習，在學習中娛樂的效果。幫助孩子們擺脫了對網吧的好奇和迷離，保證了他們在網絡時代的健康快樂成長。
3開展網上作業，激發學生寫作業的興趣
目前，學生已開始從紙質作業走向電子作業。教師可以用電腦和手機一鍵布置多個班級的同步作業，輕松減負。系統自動批改作業，智能生成作業報告、測驗報告、錯誤知識點、高頻錯誤等，使作業批改更加輕松、高效，作業指導有的放矢，還能免費使用來自全國重點名校的海量題庫，實現個性化組卷。智慧作業系統具備游戲化、趣味化的特點，極大地提高了學生寫作業的熱情。
4開辦主題式學習網站，為學生搭起溝通的橋梁
在教育網站上開通了主題學習專欄，打破教材單元，將知識重組建構，以新的方式完美呈現。如《農歷的天空》專題網，以二十四節氣為線索，以詩歌學習為載體，在提升學生文學素養的同時，通過網絡搜索，積累素材，初識節氣；制作學件，觸摸詩詞，感受節氣；采集影音，走進自然，體驗節氣；網上交流，激感，品味節氣等環節，使學生掌握生產生活技能，對學生進行情感熏陶。學生自建的主題網站有《金源文化》、《指尖上的藝術》、《北方名城哈爾濱》、《非物質文化遺產》、《話題作文》、《動漫世界》、《中華名小吃》、《春蕾》等百余個主題式學習網站。
5加強校園科技教育，強化學生創新素養