時間：2022-02-10 23:48:33
導語：在智能科學與技術論文的撰寫旅程中，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。
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
1 引言
“智能科學與技術”專業是國家教委在2006年設置的新專業，代碼；080627S，屬于工學電氣信息類。現已有南開大學、西安電子科技大學等12所高校獲準招生。
智能科學技術是信息科學技術的核心和現代科學技術的前沿和制高點，涉及自然科學的深層奧秘，觸及哲學的基本命題。智能科學技術的研究將對國民經濟、社會進步、國家安全生產產生深刻而巨大的影響，并將為智力革命、知識革命和信息革命建立理論基礎，為智能系統的研制提供新概念、新思想、新途徑。智能科學的興起和發展標志著對人類為中心的認知和智能活動的研究已進入新的階段。目前，國際上對智能科學及其相關學科的研究高度重視。我國對該領域的發展特別關注。
智能科學與技術在一定程度上代表著信息技術的前沿，其理論研究與應用開發對我國現行的教育與教學理念提出了挑戰。在現有的教育體系中增加智能理論和智能技術教學，對全面地培養學生的信息素養、創新的思維方式及激發學生們對信息技術未來的追求具有積極的意義。因此，為適應智能科學與技術的深入研究和社會對從事智能化產品研發人員的迫切需求，在本科階段設立相應的“智能科學與技術”專業是十分必要和及時的。因此，我校設立“智能科學與技術”專業是適應了社會發展要求的，必將為河北乃至全國的社會、經濟發展作出巨大的貢獻。
近5年來，我校自動化系先后從事的包括11項國家級項目在內的70余項科研課題，發表的近200篇學術論文，均不同程度地與“智能科學與技術”領域相關，積累了深厚的學術基礎。由于良好的辦學隊伍和實驗條件，由我校申報的“智能控制技術與裝置教育部工程研究中心”已經通過省級審查上報，因此，學科已經具備了承辦“智能科學與技術”新專業的條件。
2 辦學條件
2.1 師資狀況
從我校辦學發展來看，“智能科學與技術”專業的設立主要來自于近年來“自動化”專業在“智能化”和“信息化”方向的逐漸發展，以及“自動化”專業與“信息工程”、“計算機科學與技術”等專業的交叉。受專業發展特色和學時等因素的限制，僅靠在原有“自動化”專業課程中增設新課已經難以滿足相關領域人才培養的需要，因此可以說“智能科學與技術”專業是由量變積累超出“自動化”專業領域而質變派生出的一個新專業。基于此原因，“智能科學與技術”專業主要由自動化系中抽調人員組織專業課程階段的教學任務，專業基礎課程階段的教學任務則由電工電子教學中心等單位系協助完成。
由于我?！爸悄芸茖W與技術”專業是由“自動化”專業發展派生出的新專業，兩個專業多門課程的教學內容是相同的，因此“智能科學與技術”專業可以得到“自動化”專業的協助，從而避免多數新專業先期出現的師資力量欠缺問題。
2.2 相關支撐專業
“智能科學與技術”專業的主要相關支撐專業有“自動化”、“信息工程”、“計算機科學與技術”等，其中與同屬電氣信息類的“自動化”專業關系最近。考慮到我校的具體情況，在新專業的辦學初期，“智能科學與技術”專業和“自動化”專業在科研、辦學經費、研究生培養等方面的統籌安排上統一劃歸省重點學科“控制理論與控制工程”管理。兩個本科專業的教學與學科的總體發展相互協調和支持，共同進步。
2.3 實驗條件
由于“智能科學與技術”和“自動化”兩個專業多門專業課程的教學內容是相同的，因此“自動化”專業的多個本科生實驗室可以與“智能科學與技術”專業共用，包括：微機原理與微機控制技術實驗室、控制理論實驗室等，可完成“自動控制理論”、“現代控制理論”、“微機原理”、“微機控制技術”和“單片機原理與應用”等多門專業基礎課程的實驗。
2.4 生源及就業形勢
智能科學與技術已經成為信息技術創新的重要增長點，其廣泛的應用前景日趨明顯，如智能化電器、智能化樓宇、智能機器人、智能化機器、智能化物流等，所培養的學生正是目前高新技術研究及產業發展急需的人才，同時這類人才也會對傳統產業的提升起到積極的作用，就業前景廣闊。在招生生源和畢業生就業方面均具備比較好的條件。
3 近期辦學規劃
3.1 師資隊伍建設
在師資建設方面，需要采取積極的人才戰略，走引進和培養并重的道路，注重引進和培養具有智能信息處理或智能控制研究背景的人才。同時，聘請人工智能領域經驗豐富的專家、教授對本專業的實驗及教學進行指導，積極鼓勵教師們的學術交流活動。
3.2 實驗室建設
(1)利用自動化專業的微機原理與微機控制技術實驗室、控制理論實驗室等，完成“智能科學與技術”專業本科教學環節中“自動控制理論”、“現代控制理論”、“微機原理”、“微機控制技術”、“單片機原理與應用”5門課程的實驗。
(2)建設“智能信息處理實驗室”，以通用實驗平臺的模式用于“數字信號與數字圖像處理”、“軟件工程”、“數據庫與數據挖掘”等課程的實驗和上機。
(3)利用教師在承擔智能科學與技術相關領域科研課題中購置的相關實驗設備和儀器，滿足學生在畢業設計階段和參加科技創新活動中對實驗設備的需求。3，3新專業課程體系建設
(1)積極向已經設立“智能科學與技術”專業的南開大學、北京科技大學等高校學習，通過廣泛的調研，使新專業的教學體系和課程內容逐步合理化。
(2)緊跟科技發展新趨勢，突出“智能科學與技術”新專業的特色，注重學生實踐能力的培養，在智能化電器、智能化樓宇、智能機器人、智能化機器、智能化物流等方面培養社會急需的特色人才。
(3)在控制科學與工程一級學科碩士點下設立“智能科學與技術”的相關研究方向，加強該專業的學術梯隊建設和人才培養，促進學院整體教學科研的和諧發展。
4 培養方案
4.1 培養目標
我們努力使學生德、智、體、美全面發展，具有堅實的數學、電子、計算機、自動控制和信息處理的基礎知識，系統地掌握智能科學的基礎理論、基礎知識和基本技能與方法，受到良好的科學思維、科學實驗和初步科學研究的訓練，具有分析問題和解決問題的能力，以及知識自我更新和不斷創新的能力。學生能適應智能科學與技術的飛速發展。在個人素質方面，具有全面的文化素質、良好的知識結構和較強的適應新環境、新群體的能力，并具有良好的語言和計算機運用能力。
4.2 基本要求
使學生系統地掌握“智能科學與技術”的基礎理論知識，以適應自動化、智能信息處理與技術等方面的工作需求；掌握電路與系統的基本理論和實驗技術，具備分析和設計電子設備的能力；掌握信息獲取、處理的基本理論和方法，具有系統設計、集成、應用的基本能力；了解智能科學與技術領域的學科前沿、最新進展和發展動態；了解自動化和信息系統及網絡技術的應用現狀和理論前沿，具有研究開發新系統、新技術和各種智能化工程裝備的初步能力。
4.3 主要課程
我?！爸悄芸茖W與技術”專業的主要規劃課程包括電路、電子技術、微機原理、自動控制理論、現代控制理論、嵌入式系統、軟件工程、計算機網絡、數字信號與數字圖像處理、智能控制、數據庫與數據挖掘、人工智能概論、信息管理系統等。
在課程的設置上，我校適應社會發展需求，突出“工學并舉”實踐能力的培養，開展有自身特色的“智能科學與技術”本科生教學。區別于北京大學等高校的智能理論算法為主、南開大學等高校的智能信息處理為主、西安電子科技大學等高校的通信工程應用為主的辦學主導方向，突出河北工業大學地方工科院校的自身特色，以培養學生研究開發新系統、新技術和各種智能化工程裝備的基礎能力為目標，設置相關的課程。其中，學科基礎課程、專業必修課程和專業選修課程安排如表1～表3所示。
關鍵詞:智能科學與技術專業;課程體系;教材建設
繼2004年北京大學率先在國內建立“智能科學與技術”本科專業之后,2005年,北京郵電大學、南開大學和西安電子科技大學;2006年,首都師范大學、北京信息科技大學、武漢工程大學和西安郵電學院;2007年,北京科技大學、廈門大學和湖南大學;2008年,河北工業大學和桂林電子科技大學;2009年,重慶郵電大學和大連海事大學;2010年,中南大學和上海理工大學先后經教育部批準先后設立了“智能科學與技術”本科專業[1-2]。在中國人工智能學會教育工作委員會的指導下,自2002年起,各相關專業教師定期召開智能科學與技術教育學術研討會,并出版教育論文專輯,大力推進了我國智能科學與技術教育的健康、快速發展,并對我國智能科學技術的人才培養和學科建設起到了極大的帶動作用。
作為一個發展中的新興專業,目前各高校仍主要結合自身基礎和特點建設該專業。如南開大學以智能技術與智能工程為核心專業課程[3];北京科技大學從社會需求角度出發,以提高學生軟件實踐能力為切入點[4];河北工業大學根據相關專業的就業現狀,以提高學生硬件實踐能力為著力點[5]。為了解決南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校共同面臨的課程體系和教材建設等問題,三校教師分別于2010年6月16日和8月2日在南開大學、河北工業大學進行了兩次研討,現將研討成果匯總于此。
1研討背景
“智能科學與技術”專業自開辦以來,不可避免地要回答如下3個方面的問題:
1) 來自用人單位的問題:“智能科學與技術”專業是做什么的?與其他專業相比優勢何在?
2) 來自學生及家長的問題:“智能科學與技術”專業是學什么的?與其他專業相比優勢何在?
3) 來自教師自身的問題:“智能科學與技術”專業應該教什么?與其他專業相比優勢何在?
無論是做什么、學什么還是教什么,歸根到底是課程體系和教材內容。無論是研究生課程下移(帶來學生接受知識的困難),還是在其他專業教學體系基礎上做簡單的增、刪、改(帶來學生知識結構的凌亂),都是不行的,長此以往的后果將是沒有優勢,只有劣勢。
南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校的“智能科學與技術”專業建設都源于自動化專業基礎,而且都具有典型的工科特色;同時3所高校分別是教育部直屬“985”高校、教育部直屬國家“優勢學科創新平臺”建設項目試點高校和河北省屬“211”高校,3所高校的“智能科學與技術”專業分別于2006、2007和2008年招生。3所高校在“智能科學與技術”專業建設上的異同特點以及地域便利的條件,為優勢互補、交流融合提供了機遇。
2課程體系
根據研究任務的不同,智能科學技術涵蓋的內容可以劃分為智能科學、智能技術、智能工程三個層次[6]。
1) 智能科學:主要任務是研究人的智慧,建立人機結合系統理論,并用其模擬人的智慧。
2) 智能技術:在智能科學的框架內創建人機結合智能系統所需要的方法、工具和技術。
3) 智能工程:利用智能科學的理念和思想,充分運用智能技術工具創建各種應用系統。它是當前新技術、新產品、新產業的重要發展方向、開發策略和顯著標志。
根據上述智能科學技術的劃分,智能科學與技術專業的課程體系同樣劃分為理論、技術與工程應用3個層次,具體框架如圖1所示。
需要說明的是,由于課時、學時等因素的限制,有些課程需要包含未列入課程的部分內容。如智能科學與技術概論課程內含系統論的簡要介紹;智能控制系統包含可編程序控制器、智能傳感器、智能執行器等內容;智能工程包含若干典型智能系統實例。
3教材建設
經南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校的討論,一致認為工科專業應以技術和工程應用兩個層次為核心,并將人工智能導論和智能信息處理兩門課程的教材合并為智能技術。同時,根據南開大學側重理論、北京科技大學側重軟件、河北工業大學側重硬件的原則進行分工,編寫對應課程的教學大綱和教材內容。
3.1智能技術
本課程包括智能計算和計算機視覺兩部分,分別介紹以對人腦的物理結構進行模擬為主要特征的聯接主義智能技術和以模擬人類視覺處理為主要特征的計算機視覺兩部分。它是智能技術的主干內容;也是實現智能技術、組成智能系統的重要工具,屬于本專業本科生的專業基礎課。通過智能技術的學習,學生應能夠掌握智能技術的基本原理和方法。通過課堂講解、,并配合一定的作業練習、上機實驗等環節,學生應初步具備運用智能技術和方法分析和解決問題的能力。本課程擬定90學時,其中授課54學時,實驗36學時。
教材內容包括智能計算和計算機視覺兩部分,智能計算部分包括神經網絡、模糊理論和遺傳算法/蟻群算法,計算機視覺包括計算機視覺導論、計算機視覺理論基礎、圖像預處理、圖像分割、物體識別、圖像理解、雙目立體視覺、三維視覺技術、主動視覺。
神經網絡講授單個神經元(感知器)的動作原理,與實際生物神經元的對應關系;講授BP神經網絡的組成,網絡的特性和對非線性函數的模擬功能;介紹BP算法的優、缺點;講授H網絡的組成結構,H網絡在解決優化問題的優越性。模糊理論講授模糊集合的概念,建立隸屬度函數的概念;介紹模糊規則的建立原則,模糊規則與模糊系統收入輸出量之間的關系;介紹模糊化以及模糊量精確化的幾種常用方法。遺傳算法和蟻群算法只作簡要介紹,重點介紹這兩種算法的特點和成功的應用實例,使學習者有一個感性認識,明確這種類型算法的“迭代”特點以及總體最優目標與個體行為之間的聯系。
計算機視覺理論基礎主要介紹Marr的視覺計算理論、圖像的相關知識、傅立葉變換基礎;圖像預處理主要介紹像素亮度變換、幾何變換、直方圖修正、局部預處理、圖像復原;圖像分割主要介紹閾值處理方法、基于邊界的分割方法、基于區域的分割方法;形狀表示與描述主要介紹鏈碼、使用片斷序列描述邊界、尺度空間方法、基于區域的形狀表示與描述;物體識別主要介紹知識的表示、統計模式識別、神經元網絡、遺傳算法、模擬退火、模糊系統;圖像理解主要介紹并行和串行處理控制、分層控制、非分層控制;雙目立體視覺主要介紹雙目立體視覺原理、精度分析、系統結構、立體成像、立體匹配、系統標定;三維視覺技術主要介紹結構光三維視覺原理、光模式投射系統、標定方法、光度立體視覺、由紋理恢復形狀、激光測距法;主動視覺主要介紹從陰影恢復形狀、從運動恢復結構、主動跟蹤。
3.2智能控制理論與技術
本課程是“智能科學與技術”專業的一門重要專業課程,目的是使學生了解智能科學與控制理論結合所產生之智能控制理論的基本概念和應用價值;使學生熟知當前主流智能控制技術的種類,并掌握模糊控制、神經網絡控制以及進化計算、群體智能的基礎知識,了解智能技術與傳統控制方法的結合點;加強MATLAB仿真實驗的訓練,以使學生更好地理解基礎知識,培養學生使用高級智能控制方法解決實際控制問題的能力。本課程的學習將使學生加深對控制理論的理解,明晰智能技術在控制中的應用技巧,也為本科生繼續深造打下基礎。本課程擬定64學時,其中授課54學時,實驗10學時。
教材內容包括智能控制概論,介紹智能控制的發展歷程和應用領域,簡介幾種重要的智能控制方法;專家控制,簡介專家系統的基本結構,講授專家PID控制器的原理與設計方法;模糊控制,講授模糊數學基礎知識、傳統的模糊控制原理和控制器設計與實現方法、模糊PID控制的兩種形式,特別是PID控制參數的模糊整定技術;神經網絡控制,講授前饋神經網絡和遞歸神經網絡中幾種典型的網絡模型以及學習算法、基于神經網絡的線性系統辨識技術、神經網絡逆?？刂频?進化計算與控制,講授進化計算的概念、遺傳算法的原理及其與其他智能方法的結合,介紹遺傳機器人學;群體智能與控制,講授蟻群算法的基本原理及其在控制問題中的應用,介紹群體機器人學。
3.3單片機原理與應用
本課程是“智能科學與技術”專業的一門專業課程,目的是使學生了解單片機的組成原理及常用控制算法的實現;掌握51系列單片機指令系統和一般匯編程序設計編寫方法;熟悉常用的單片機硬件擴展技術;在此基礎上,熟練掌握控制算法的單片機程序編寫與調試。本課程擬定54學時,其中授課38學時,實驗16學時。
教材內容包括單片機系統概述,介紹單片機定義、單片機發展過程及單片機硬件結構;單片機指令系統及程序設計,介紹指令系統和匯編語言程序設計;硬件資源及接口技術,介紹硬件資源和接口技術;單片機使用技術,介紹抗干擾技術、C語言應用程序設計;依次介紹PID控制器、狀態反饋控制器、模糊控制器、系統辨識、卡爾曼濾波、滑?？刂破?、最優控制器、魯棒控制器、自適應控制器、神經網絡控制器的歷史沿革、基本原理、常用形式和單片機具體實現方法。
3.4嵌入式系統
本課程以當前主流的嵌入式系統技術為背景,以嵌入式系統原理為基礎,以嵌入式系統開發體系為骨架,以嵌入式控制系統開發為目標,較為全面地介紹嵌入式系統的基本概念、軟硬件的基本體系結構、軟硬件開發方法、相關開發工具、應用領域、熱門領域的開發實例以及當前的一些前沿動態,為學生展示較為完整的嵌入式控制系統領域概況。本課程擬定64學時,其中授課48學時,實驗16學時。
教材依據嵌入式控制系統的特征,將控制算法、嵌入式系統硬件、操作系統、應用程序設計及組態軟件作為統一的技術平臺介紹,突出嵌入式技術在控制系統中應用的特點,重點介紹嵌入式控制系統軟硬件、電路、操作系統、實時性、可靠性等特性,從軟件體系結構及開發的角度出發,強調實時調度、Bootloader、BSP、嵌入式實時多任務系統設計、交叉開發與仿真開發等關鍵技術,并特別引入了工業控制中需要的電磁兼容性設計和大量的典型嵌入式控制系統實例設計。通過本課程的學習,學生不但可以學會使用工具開發嵌入式軟硬件,而且可以從總體角度選擇適當的技術和方法,全面規劃和設計嵌入式系統。
3.5智能工程
本課程是“智能科學與技術”專業的一門核心專業課程。面向智能技術的實際應用,著眼于解決工程應用中的技術問題,從典型系統設計案例分析出發,通過大量實驗提高學生的工程實踐能力。本課程擬定36學時,全部為授課學時。
教材內容包括智能工程概論,介紹智能工程現狀、工程設計原則和工程實際流程;常用傳感器原理,介紹傳感器一般特性、光電式傳感器和視覺傳感器;典型智能系統設計案例,包括智能移動機器人、智能電梯群控電梯等系統。
3.6智能機器人
課程通過對一個具有代表性的仿人機器人的拆解,將知識點拆解成6個主要教學模塊:1)機器人控制模塊,介紹各類控制模塊的原理與組成;2)機器人運動系統,介紹電機與舵機的原理與控制方法;3)機器人動作系統,介紹機器人各部件的協調控制;4)機器人視覺系統,介紹典型的超聲波、影像傳感器的原理與識別算法;5)機器人表現系統原理,介紹人與機器人的交互原理;6)機器人通信系統原理,介紹機器人之間的數據與信息傳遞方法。學生學習時,能夠與基礎知識相聯系,并能掌握機器人這門技術,為從事機器人產品研發工作打下堅實的基礎。本課程擬定54學時,其中授課44學時,實驗10學時。
教材面向“智能科學與技術”專業,同時兼顧信息類專業學生編寫,根據這類專業學生的知識結構和特點組織內容。從具體的機器人控制需求出發,將自動控制的基本理論和機器人控制特點相結合,講授機器人控制系統的組成、規律、特點和設計方法。理論上反映當前的最新進展,內容上考慮初學者的需求,側重普及性、實用性和新穎性,結構體系符合信息類和控制類專業學生的特點,力求簡潔、清楚,對技術的敘述遵循目標、問題、理論依據、實現方法、實際情況、發展方向的方式。做到重點突出,符合實際,滿足需要,指導性強。
3.7智能控制系統
本課程是“智能科學與技術”專業的一門專業課程,使學生了解智能控制系統的基礎知識;掌握智能控制系統中最新的智能傳感技術、智能控制器、智能執行能執行器及智能網絡與接口技術;掌握智能控制系統中多個關鍵硬件裝置的識別及其使用。通過學習多個智能控制系統的開發實例,學生應掌握智能控制系統的設計方法與技術,堅實地掌握最新智能控制系統知識,提高理論聯系實際的能力,并為學習其他課程的打下堅實基礎。本課程擬定64學時,其中授課48學時,實驗16學時。
教材內容包括概述,介紹智能控制系統的基本概念、基本內容和機構及其發展趨勢;智能傳感系統,講授智能數據采集技術、傳感器智能化的數據處理方法、多傳感器信息融合的方法、智能傳感器實現方法與典型實例;智能控制器設計,講授基于單片機的智能控制器設計及其應用、基于高性能嵌入式ARM的智能控制器設計及其應用、基于PLC的智能控制器設計及其應用;智能電動執行器,講授智能電動執行器的硬件實現技術,軟件設計技術以及典型的智能電動執行器實例及其應用;智能網絡與接口技術,講授無線傳感器智能網絡,工業現場總線網絡以及智能傳感器、智能控制器和智能執行器的網絡接口實現技術;智能控制系統設計實例,綜合利用前面的知識設計網絡化智能壓力傳感器的系統設計、基于聲音定位的智能機器人系統設計、基于微機電慣性傳感器的汽車多路況智能防撞系統的設計、大型設備的PLC智能控制系統設計。
4結語
通過南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校的研討,我們凝練出較完整的“智能科學與技術”專業課程體系,體現出本專業的特色;提出可供3所高校共同使用的教學大綱和教材內容,體現出學生培養的工程實踐導向。這些研究成果可以為開辦“智能科學與技術”專業的兄弟院校進一步研討提供藍本,也可以為籌建該專業的高校所參考。
注:本文受到北京科技大學教學研究會第六批教學研究課題、北京科技大學教育教學研究基金青年教師教育教學研究立項項目、河北工業大學教改項目(2010-12)支持。
參考文獻:
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A Study on the Course System and Textbook Construction for the Discipline of
Intelligence Science and Technology
YANG Peng1, ZHANG Jian-xun2, LIU Ji-wei3, ZHANG Lei1
(1. Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China; 2.Nankai University, Tianjin 300071, China;
3. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
（大連東軟信息學院電子工程系，遼寧大連116023）
摘要：從智能科學與技術專業的人才培養目標出發，探討構建不斷線的浸入式雙語課程教學體系，闡述雙語課程在課程設計、授課方法和手段、課程資源建設、師資隊伍培養、課程評估評價等方面的思考和實踐。
關鍵詞 ：雙語教學；智能科學技術；浸入式；C語言
基金項目：2014年遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目“浸入式的C語言程序設計課程雙語教學模式探索與實踐”( UPRP20140592)。
第一作者簡介：申華，男，教授，研究方向為嵌入式系統開發，shenhua@neusoft．edu．cn。
0 引 言
智能科學與技術專業是面向前沿高新技術的基礎性本科專業，是國際上公認的最具發展前景的專業之一，在激烈競爭的國際環境下，先掌握智能科學技術，就有可能掌握制勝的主導權。進入21世紀以后，智能科學技術發展迅猛，新技術、新產品、新應用層出不窮，與國際先進的智能科學技術發展接軌，對于推進我國智能科學技術專業的發展以及培養高層次智能科學技術人才尤為重要。
在教育國際化、科技和經濟發展全球化的趨勢下，我國對精通專業知識和外語的復合型人才需求不斷增加。教育部2001年頒布的《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》指出——按照“教育面向現代化、面向世界、面向未來”的要求，為適應經濟全球化和科技革命的挑戰，本科教育要創造條件使用英語等外語進行公共課和專業課教學——這就明確提出了高等院校雙語教學的要求?！?010-2020國家中長期教育改革和發展規劃綱要》再次提出要擴大教育開放，提高國際交流合作水平，擴大政府間學歷學位互認，支持中外大學間的教師互派、學生互換、學分互認和學位互授。雙語教學已成為我國教育改革與國際接軌以及現代化高等教育未來發展的重要組成部分。
開展雙語教學，是培養具有國際合作意識、國際交流與競爭能力的高素質外向型專業人才的重要手段。一般雙語教學培養目標包括：閱讀最新的外文技術資料和資訊，對外文文獻的理解以及面對面與外國同行直接進行信息交流等。概而言之，就是培養學生的外語應用能力，保持與國外先進知識與技術的同步。
1 智能科學與技術專業的雙語課程體系規劃
智能信息產業具有技術和知識更新快、新產品層出不窮的特點，學生畢業后從事產品開發、生產和科研都不可避免地要接觸國外先進技術，查閱外文技術資料等，若讀研深造，更要經常查閱大量英文資料和科技論文，參加國際學術會議進行技術交流等，而目前工科學生普遍欠缺應用英語進行專業知識交流的能力。為培養學生應用英語學習和迅速了解國外先進智能技術、進行技術交流的能力，造就國際化智能工程技術人才，在智能科學與技術專業實施雙語課程教學是十分必要的。
目前國內高校的專業英語教學可歸納為以下兩種情況：
(1)理工類專業中，專業英語是歷史悠久、開設較為廣泛的一門課程，一般由英語教師教授。該類課程的主要問題是英語教師不具備相關理工專業的知識，所選用的科技類通俗內容與學生所學專業相距甚遠，普遍處于教師不愿教、學生無意學的尷尬局面。
(2)近年來，各高校普遍嘗試開設針對部分學生（如“快班”學生）的專業課程雙語教學，由理工科專業教師講授。這些雙語課程絕大多數是將某門專業課改為雙語教學，很少有高校從專業培養目標人手，系統設計構建雙語課程體系。
正如語言的學習需要一個緩慢、長期、漸進的過程一樣，外語應用能力的培養也需要通過一系列雙語課程的學習逐步開展和提升。從智能科學與技術專業的人才培養目標出發，構建大學期間雙語課程不斷線、面向全體學生的雙語教學體系，通過有針對性的雙語課程立體化培養，使學生既達成專業培養目標的要求，又符合國際化復合型人才的需求。
基于智能科學與技術專業的課程體系，考慮英文在課程中的應用比例，兼顧雙語課程實施的難度，可設計軟件開發和硬件開發兩條專業課程主線（如圖1所示），實現學生雙語能力的系統化培養。
根據智能科學與技術專業的培養目標，雙語課程的軟件主線主要選擇程序設計類課程，這是因為程序本身必須符合英文語法規則，再加上程序編譯器、編譯信息提示和幫助文檔皆為英文，非常適合以英文為工作環境；硬件主線選擇以電路圖、芯片手冊等作為主要技術資料的核心課程，這些知識內容以直觀的圖表作為載體，雙語教學中語言障礙帶來的影響可以被降至最低。
2 雙語教學師資隊伍的建設與培養
教師是雙語教學最直接的實施者，教師的語言水平和教學能力直接關系到雙語教學的成敗。從實際教學活動上看，雙語課程的授課教師要有豐富的教學經驗、扎實的學科知識以及深厚的學術造詣和研究能力，能充分理解運用原版教材，把握學科前沿；同時還要求具備較高的外語水平，能在課堂上熟練地在雙語之間進行切換，準確地表達專業知識。也就是說，承擔雙語授課的教師不僅專業精深、英語好，還要能用英語表述專業知識、解析專業詞匯，并具備良好的教育教學管理能力。
目前，我國高校還沒有學科專業或機構專門針對雙語師資進行培養，而雙語教師的匱乏已成為制約雙語教學發展的瓶頸。為更好鼓勵雙語教學，培養雙語師資隊伍，大連東軟信息學院2012年就制定頒布了《雙語教學管理辦法》，從教師的口語培訓、雙語課程級別的認定、雙語課程的建設、雙語課程的獎勵和雙語課程的效果評估等多個方面，對雙語課程的教學進行系統規劃和管理。
師資培訓采取脫崗培訓、在崗培養等方式，選拔英語基礎較好、教學經驗豐富、教學效果好的教師有計劃地開展外語培訓，提高教師的英文水平并學習國外先進的教學理念。同時，引進高水平的雙語教學人才，優化師資隊伍的學歷結構、職稱結構、年齡結構和知識結構，形成雙語教師梯隊。還應鼓勵教師間互相聽課，定期開展研討，在課程負責人帶領下采用導師制幫助新教師進步與成長。
雙語課程實施根據難易程度，劃分為A、B、C三個級別，均采用外文原版教材及外文課件。A級課程課堂教學中全部使用外語，課程考核全部使用外文并要求學生用外文作答；B級課程課堂教學中使用外語授課達到50%以上，至少50%的課程考核使用外文并要求學生用外文作答；C級課程課堂教學中使用外語授課達到30%以上，至少30%的課程考核使用外文并要求學生用外文作答。根據教師雙語授課能力、課程難易程度以及授課對象的接受程度，各個專業選擇申請開設相應級別的雙語教學課程，學校設有專門的雙語課程評估委員會對申請進行評估，并安排試講。
3 雙語課程的教學設計
雙語教學的實施存在兩個難點，一個是課程知識目標的達成，另一個是引入雙語教學后對學生專業學習帶來的影響，克服語言障礙實現課程培養目標的達成是實施雙語教學的最大挑戰。針對不同類型的雙語課程，須精心設計教學內容，使教學內容的講授既符合專業知識的特點，又能有效減輕語言障礙帶來的困擾。
程序設計類課程因其自身特點使得雙語教學這種新的教學形式實施起來更加有效。很多程序設計語言（如C語言、C++語言、Java語言等），其語言表述、語法結構和算法邏輯與英語思維較接近，而且程序的開發環境也是以英文版本居多，即使是漢化的中文版界面，程序在設計調試過程中的編譯信息和錯誤提示信息也都是用英文表達。在學習這些語言時，不需要進行漢語的翻譯，只需對其英文本意進行直譯，這是該類課程適合雙語教學的最主要原因和最大優勢。另外，程序類課程中采用雙語教學，學生在對專業知識的相關術語和英文表述有了一定的了解和掌握后，當程序設計和調試過程中遇到問題時，可以較好地理解提示信息，大大提高程序調試效率。因此，雙語教學對程序設計類課程的學習有明顯的幫助和促進作用。
以第一門雙語課程C語言程序設計為例，根據該課程培養目標的定位，學生需要掌握基本的C語言語法，并應用C語言進行編程實踐，解決實際問題?；谠撃繕耍殞φn程理論知識和實踐內容進行優化，綜合C語言程序設計的知識點，將C程序作為C語法的載體，以編程實踐貫穿整個教學過程；同時，基于課程內容的不同模塊，可安排與實際應用聯系緊密、由簡入繁的程序設計項目，設計出符合學生理解能力和認知規律的教學內容；此外，兼顧知識銜接和教學學時等方面的要素，合理安排章節內容，將理論授課和編程實踐有機結合，使學生理解、掌握基本理論知識并進行編程實踐。
4 雙語課程教學方法與手段
雙語教學對于學生來說最大難度在于外語環境的適應，包括聽、說、讀、寫等多個方面。經過幾年的探索，筆者在雙語課程中采用浸入式( Immersion)教學模式，取得了較好的效果。浸入式教學模式最早起源于加拿大的一種外語教學模式，教師在課堂上不但用第二語言教授第二語言，而且用第二語言講授部分學科課程。也就是說，第二語言不僅是學習的內容，而且是學習的工具。浸入式教學使傳統的、孤立的外語教學向外語與學科知識教學相結合的方向轉變。
專業課程的雙語教學就是要使用外語作為工具來開展專業學科知識的學習，因此，采用浸入式的教學模式極為適合。當然，鑒于學生的外語接受能力以及教師用外語描述專業知識的難度，初步可以采用中英文混合式教學。首先，教師使用常用英語組織課堂、管理課堂；其次，課程中涉及到的各種教學儀器、圖表、
關鍵詞 匯等用英語來表達；再次，課程所涉及的專業術語用英語介紹給學生。而其他的重點知識內容，可以中文表述為主，英文表述為輔。隨著雙語教學進程的推進，學生慢慢適應雙語教學課堂氛圍后，教師可以逐漸加大使用英語講解學科知識內容的比例，最終達到完全使用英語進行專業知識教學。
以C語言程序設計課程為例，遵循浸入式雙語教學的基本思路，課程內容回顧、課程內容小結、一些圖文并茂的應用性內容的講解、課堂提問等環節均采用全英文授課方式，但一些理論性較強、較難理解的內容，則應視學生的掌握情況減少英語講解的比例。同時，作業、習題、實驗、試題和開發環境( Turbo C)也全部采用英文。這樣，學生在課內和課外的所有學習環節中主動或被動地浸入到純英文的學習環境中，從不適應到適應，從不習慣到習慣，學生也逐漸適應雙語學習的形式，甚至覺得英文對專業知識的表述更加簡單、直接，易于理解。
從具體的教學手段上，理論知識可以借助多媒體和計算機技術開展教學，比如使用多媒體和動畫等手段使知識內容形象化展現，提高課堂教學效率。同時采用Turbo C編譯器對程序進行在線編譯、調試，將程序運行過程實時展示給學生，既有助于學生理解程序語法的功能，又能直觀動態地反映程序的執行過程。在實驗和實踐環節，運用案例教學和程序設計項目教學，以提高程序設計能力為重點，精講多練，引導學生運用C語言編程解決實際問題。
5 雙語課程教學資源開發
雙語教學的基本原則是盡量使用原版外文教材和參考資料。原版外文教材的內容體現了理論的前瞻性，有利于學生了解專業前沿理論知識和最新發展動態。另外，選擇原版外文教材給學生營造了一個全面接觸專業外語的環境，包括準確使用專業詞匯、準確表達專業內容。只有使用原版外文教材，才能真正使雙語教學從形式和內容上與世界主流技術和專業思想保持一致。
當然，由于國外教材是根據西方的文化習慣和思維方式編寫的，直接閱讀可能會對大部分學生造成很大學習壓力，甚至會使其迷失于茫茫英語海洋中，嚴重影響學習專業課程的積極性。為此，在使用英文原版教材的基礎上，最好由授課教師開發基于原版外文教材的純英文電子課件，作為原版教材的簡化版本學習資料，這樣學生以電子課件為綱，再閱讀原版教材就會很容易把握知識的難重點。此外，還可根據教學目標設計純英文的實驗項目和習題，使學生在學習過程中不得不“浸入”到英文環境中去，隨著學習進程的不斷推進，語言障礙就會越來越小，部分學生甚至在學習過程中會逐漸形成英語思維習慣。
以大連東軟信息學院電子工程系開設的C語言程序設計雙語課程為例，課程選擇Michael Vine的《C Programming for the Absolute Beginner》作為教材，該教材以程序講述語法，同時精選大量程序范例，在保持知識系統性的同時增加趣味性，尤其適合初次學習C語言的讀者使用。課程組基于該教材開發了全套英文課件，編寫了涵蓋各個章節的全英文實驗指導書，開發了基于萬維考試系統的C語言全英文試題庫，還基于網絡給學生提供大量豐富的外文參考資料以及與課程有關的電子文檔和視頻資料，方便學生自主學習。
6 雙語課程的教學效果評估與反饋
雙語課程作為一種新的教學類型，在實施過程中須采取全流程的監控措施對教學效果進行評估，以保證雙語課程教學質量的持續提高與改善。教學質量管理與保障部專門成立雙語教學督導教師隊伍，針對雙語課程，系統地收集和分析資料，進行課程效果評估，分析判斷雙語課程教學質量的高低、教學目標和教學方法的有效程度，并給出相應的反饋用于指導今后的教學活動。具體可從以下兩個方面全程監控雙語教學質量：
1)雙語教學過程監控。
通過每學期3次網上調查問卷，了解學生對雙語教學的滿意程度，收集大量關于學生學習的反饋信息。督導教師進課堂聽課，通過文字記錄、課堂錄音等形式，對課堂情況（包括外語發音、表達、語速、課堂感染力、學生專注程度等）進行記錄和評估．并通過教學質量管理平臺將相關信息及時反饋給授課教師和開課系部，以便掌握學生的學習需求，及時調整和優化雙語教學活動。
2)雙語教學效果評估。
跟蹤學生的學習效果，了解雙語授課對學生專業能力的提高程度。從短期目標來看，要關注學生經過雙語課程學習后掌握的技能及其掌握程度，可通過課程考核來分析；從長期目標來看，應關注畢業生在工作中的外語應用能力、國際化工作環境的適應能力以及運用外語解決問題的能力等是否得到提升。
7 結語
雙語教學要遵循“循序漸進、因材施教”的原則，根據學生的外語認知水平，選擇適合的教學方法和手段，逐步開展和提升；要注重實效，不能以犧牲學生專業能力為代價，單純追求雙語課程的開設率；還須深入研究雙語課程的特點，從師資隊伍建設、教學設計、教學方法與手段、教學資源建設、教學效果評價與反饋等多個維度探索適宜的雙語教學模式，順利推進雙語教學，保證學生既獲得先進的科學技術和前瞻性的專業知識，又系統培養專業外語應用能力和獲取新知識、新資源的能力，以培養全面發展的復合型、國際化人才，為全球化經濟改革建設服務。
參考文獻：
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關鍵詞：神經網絡；智能；計算；應用研究
中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)20-30326-02
Application of Neural Network Forefront
LI Bing-fu1,2
(1.Zhanjiang Normal College, Zhanjiang 524048, China; 2.Chongqing University, Master of the Computer College, Chongqing 400030, China)
Abstract: The rise of neural networks, has been on the cognitive and intellectual nature of the computer industry and basic research has produced an unprecedented excitement and great role. Therefore, in all fields has greatly applied research.
Key words: Neural Networks; Intelligent; Computing; Applied Research
1 引言
神經網絡是一門模仿人類神經中樞――大腦構造與功能的智能科學，利用物理器件來模擬生物神經網絡的某些結構和功能，即由許多功能簡單的神經元互聯起來，形成一種能夠模擬人的學習、決策和識別等功能的網絡系統。他具有快速反映能力，便于對事物進行適時控制與處理；善于在復雜的環境下，充分逼近任意非線形系統，快速獲得滿足多種約束條件問題的最優化答案；具有高度的魯棒性和容錯能力等優越性能。
神經網絡的崛起，已對認知和智力的本質的基礎研究乃至計算機產業都產生了空前的刺激和極大的推動作用。因此在各個領域都有很大的應用研究。
2 神經網絡（ANN）的研究內容
1) 理論研究：ANN模型及其學習算法，試圖從數學上描述ANN的動力學過程，建立相應的ANN模型，在該模型的基礎上，對于給定的學習樣本，找出一種能以較快的速度和較高的精度調整神經元間互連權值，使系統達到穩定狀態，滿足學習要求的算法；2) 實現技術的研究：探討利用電子、光學、生物等技術實現神經計算機的途徑；3) 應用的研究：探討如何應用ANN解決實際問題，如模式識別、故障檢測、智能機器人等。
3 神經網絡在各領域的應用研究
3.1 智能機器領域的應用研究
智能機器領域的應用研究主要是進一步研究調節多層感知器的算法，使建立的模型和學習算法成為適應性神經網絡的有力工具，構建多層感知器與自組織特征圖級聯想的復合網絡，是增強網絡解決實際問題能力的一個有效途徑。重視聯結的可編程性問題和通用性問題的研究，從而促進智能科學的發展。通過不斷探索人類智能的本質以及聯結機制，并用人工系統復現或部分復現，制造各種智能機器，可使人類有更多的時間和機會從事更為復雜、更富創造性的工作。
智能的產生和變化經過了漫長的進化過程，我們對智能處理的新方法的靈感主要來自神經科學，例如學習、記憶實質上是突觸的功能，人類大腦的前額葉高度發育，它幾乎占了30%大腦的表面積，在其附近形成了人類才出現的語言運動區，它與智能發育密切相關，使神經系統的發育同環境的關系更加密切，腦的可塑性很大，能主動適應環境還能主動改造環境，人類向制造智能工具方向邁進正是這種主動性的反映。腦的可塑期越長，經驗對腦的影響就越大，而人類的認知過程很大程度上不僅受經驗主義的影響，而且還接受理性主義的模型和解釋。因此，對于智能和機器的關系，應該從進化的角度，把智能活動看成動態發展的過程，并合理的發揮經驗的作用。同時還應該從環境與社會約束以及歷史文化約束的角度加深對它的理解與分析。
神經網絡是由大量處理單元組成的非線性、自適應、自組織系統，它是在現代神經科學研究成果的基礎上提出的，試圖模擬神經網絡加工、記憶信息的方式，設計一種新的機器，使之具有人腦風格的信息處理能力。智能理論所面對的課題來自“環境－問題－目的”，有極大的誘惑力與壓力，它的發展方向就將是，把基于聯結主義的神經網絡理論、基于符號主義的人工智能專家系統理論和基于進化論的人工生命這三大研究領域，在共同追求的總目標下，自發而有機的結合起來。在21世紀初，智能的機器實現問題的研究將有新的進展和突破。
3.2 神經計算和進化計算的應用研究
計算和算法是人類自古以來十分重視的研究領域，本世紀30年代，符號邏輯方面的研究非常活躍。例如Church、Kleene、Godel、Post、Turing等數學家都給出了可計算性算法的精確數學定義，對后來的計算和算法的發展影響很大。50年代數學家Markov發展了Post系統。80年代以后，神經網絡理論在計算理論方面取得了引人注目的成果，形成了神經計算和進化計算新概念，激起了許多理論家的強烈興趣，大規模平行計算是對基于Turing機的離散符號理論的根本性的沖擊，但90年代人們更多的是批評的接受它，并將兩者結合起來，近年來，神經計算和進化計算領域很活躍，有新的發展動向，在從系統層次向細胞層次轉化里，正在建立數學理論基礎。隨著人們不斷探索新的計算和算法，將推動計算理論向計算智能化方向發展，在21世紀人類將全面進入信息社會，對信息的獲取、處理和傳輸問題；對網絡路由優化問題；對數據安全和保密問題等等將有新的要求，這些將成為社會運行的首要任務，因此，神經計算和進化計算與高速信息網絡理論聯系將更加密切，并在計算機網絡領域中發揮巨大的作用，建立具有計算復雜性、網絡容錯性和堅韌性的計算理論。
基于人類的思維方式的轉變：線性思維轉到非線性思維。神經元、神經網絡都具有非線性、非局域性、非定常性、非凸性和混沌等特性，故此在計算智能的層次上進行非線性動力系統、 混沌神經網絡以及對神經網絡的數理研究。從而進一步研究自適應性子波、非線性神經場的興奮模式、神經集團的宏觀力學等。因為，非線性問題的研究是神經網絡理論發展的一個最大動力，也是它面臨的最大挑戰。此外，神經網絡與各種控制方法有機結合具有很大發展前景，建模算法和控制系統的穩定性等研究仍為熱點問題，而容忍控制、可塑性研究可能成為新的熱點問題。開展進化并行算法的穩定性分析及誤差估計方面的研究將會促進進化計算的發展。把學習性并行算法與計算復雜性聯系起來，分析這些網絡模型的計算復雜性以及正確性，從而確定計算是否經濟合理。因而關注神經信息處理和腦能量兩個方面以及它們的綜合分析研究的最新動態，吸收當代腦構象等各種新技術和新方法是十分重要的。
離散符號計算、神經計算和進化計算相互促進或者最終導致這3種計算統一起來，這算得上是我們回避不了的一個重大難題。預計在21世紀初，關于這個領域的研究會產生新的概念和方法。尤其是視覺計算方面會得到充分地發展。我們應當抓住這個機會，力求取得重大意義的理論和應用成果。
3.3 神經網絡結構和神經元芯片的應用研究
神經網絡結構的研究是神經網絡的實現以及成功地實現應用的前提，又是優越的物理前提。它體現了算法和結構的統一，是硬件和軟件的混合體，這種硬軟混合結構模型可以為意識的作用和基本機制提供解釋。未來的研究主要是針對信息處理功能體，將系統、結構、電路、 器件和材料等方面的知識有機結合起來，建構有關的新概念和新技術，如結晶功能體、最子效應功能體、高分子功能體等。在硬件實現上，研究材料的結構和組織，使它具有自然地進行信息處理的能力，如神經元系統、自組織系統等。神經計算機的主要特征是具有并行分布式處理、學習功能，這是一種提高計算性能的有效途徑，使計算機的功能向智能化發展，與人的大腦的功能相似，并具有專家的特點，比普通人的反應更敏捷，思考更周密。光學神經計算機具有神經元之間的連接不僅數量巨大而且結合強度可以動態控制，因為光波的傳播無交叉失真，傳播容量大，并可能實現超高速運算，這是一個重要的發展領域，其基礎科學涉及到激光物理學、非線性光學、光紊亂現象分析等，這些與神經網絡之間在數學構造上存在著類似性。近年來，人們采用交叉光互連技術，保證了它們之間沒有串擾，它有著廣闊的發展前景。在技術上主要有超高速、大規模的光連接問題和學習的收斂以及穩定性問題，可望使之得到突破性進展；另一種是采用LSI技術制作硅神經芯片，以及二維VLSI技術用于處理具有局部和規則連接問題。在未來一、二十年里半導體神經網絡 芯片仍將是智能計算機硬件的主要載體，而大量的神經元器件，如何實現互不干擾的高密度、高交叉互連，這個問題可望盡早得到解決。此外，生物器件的研究正處于探索之中，研究這種模型的理論根據是當硅集成塊和元件間的距離如果接近0.01微米時，電子從鄰近元件逸入的概率將很有限，便產生“隧道效應”的現象，它是高集成電路塊工作不可靠的原因之一。而生物芯片由于元件是分子大小的，其包裝密度可成數量級增加，它的信號傳播方式是孤電子，將不會有損耗，并且幾乎不產生熱。因此，它有更誘人的前景。隨著大量神經計算機和神經元芯片應用于高科技領域，給神經網絡理論和方法賦予新的內容，同時也會提出一些新的理論課題，這是神經網絡迅速發展的一個動力。
4 結束語
近年來，我國“863”計劃、攻關計劃、“攀登”計劃和國家自然科學基金等，都對神經網絡的研究給予了資助，吸引了大量的優秀青年人才從事神經網絡領域的研究工作，并促進我國能在這個領域取得世界上的領先地位。在21世紀科學技術發展征程中，神經網絡理論的發展將與日俱增。
參考文獻：
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人工智能作為一門課程［1］，開設時間距今只有40多年，但發展極為迅猛。人工智能課程的內容涉及計算機科學、數學、系統科學、控制科學、信息科學、心理學、電子學、生物學、語言學等等，幾乎所有科學工作者都可以在人工智能中找到自己感興趣的問題。目前，國內外已有眾多高校指定人工智能為計算機科學與技術及其相關專業的主修專業基礎課程，它在拓展計算機和自動控制的研究和應用領域方面有著極其誘人的學科發展前景。自2003年起，國內諸多高等院校陸續開設“智能科學與技術”本科專業，同時也有更多高校在傳統信息類專業中加大了人工智能課程的課時比重，因此如何提高人工智能課程的教學質量顯得尤為重要。?
本文結合人工智能課程的特點以及自己教學與研究的實踐，對本課程的教學進行一些探討，以期改進人工智能課程教學方法，達到提高本課程教學質量的目的。??
一、兼顧課程內容的統一性和差異性??
人工智能課程的核心內容主要集中在對基本概念、基本原理、基本方法和重要算法及其應用的認識和理解上，盡管各種基本概念、原理、方法和算法在一定程度上自成體系，但是它們之間又存在著許多內在聯系和規律。從這一點來看，人工智能課程與其他很多計算機課程是不同的，這就要求人工智能課程的授課要具有自己的特色。?
知識表示、知識推理、知識應用是人工智能課程的三大內容，解決任何一個人工智能問題都離不開兩個步驟，即知識表示和問題求解。由此，人工智能課程從總體結構上就有了一個比較清晰的脈絡，即首先必然要學習各種知識表示方法，然后是利用這些知識進行推理，進而實現知識應用，最終達到問題求解的目的。問題求解又分為基本的問題求解方法和高級問題求解方法。圖搜索策略、啟發式搜索、消解原理以及規則演繹系統等都屬于基本的問題求解方法。計算智能、專家系統、機器學習、自動規劃等屬于高級問題求解方法。?
同時，人工智能課程某些章節或者某些方法算法在一定程度上又自成體系。例如，各種不同的知識表示方法不管是數據結構還是表示形式都完全不相同。又例如，人工智能有許多不同的學派［2］，本課程往往同時會介紹不同學派的算法，這些學派在人工智能的基礎理論和方法、技術路線等方面是完全不同的，甚至是對立的。?
這些都要求我們在教學過程中不僅要強調人工智能課程理論的統一性和完整性，又要兼顧各學派的特點，尊重甚至調動學生們對不同人工智能學派及其方法的興趣。在編寫和選用教材時也要注重這一點，我們選用的是蔡自興教授編寫的《人工智能及其應用》系列教材［1,2］，該教材以邏輯主義學派為主線，兼顧引進其他學派的精華內容，具有較強的科學性。
??二、實施分層次教學??
各高校一般同時為計算機相關專業的本科生和研究生開設了人工智能課程，甚至有的非計算機類專業也開設有人工智能課程。不同層次的學生對人工智能課程要求掌握的程度不同，我們首先明確本科生和研究生以及非計算機類專業學生的教學目的和教學內容，做到分層次設計人工智能課程教學?過程。?
本科階段的人工智能課程課時量較少，本科層次只需要做到對大部分人工智能概念和算法了解、認識，少部分達到理解層次。本科生一般都是在高年級（三年級下期或者四年級上期）開設人工智能課程，這時已有不少學生準備繼續讀研或者已經被保研，因此在兼顧全體學生教學層次的同時，要注意給這部分學生足夠的相關參考書目，讓他們能夠利用課余時間廣泛深入了解人工智能相關算法，老師在課后還應和他們進行充分討論，培養他們對人工智能的特別興趣。?
非計算機類專業的學生往往需要學習如何利用人工智能知識解決該專業領域內的問題，因此在教學中要盡量有專業針對性地進行教學。例如針對農科類專業，在教學專家系統過程中，我們要求學生參考北京農業信息技術研究中心開發的農業專家系統開發平臺（paid5?0）理解并開發與本專業領域相關的簡易農業專家系統。?
給研究生開設人工智能課程要求做到概念理解，基本算法精通，即要求全面、系統地掌握人工智能的基本概念、基本原理、典型方法和若干應用實例，并且能靈活運用所學知識闡述解決實際問題的方法和途徑。課程教學中要致力于培養學生分析問題與解決問題的能力，要求研究生將人工智能方法與自己的研究方向相結合，用人工智能方法解決所研究課題中的實際問題，并撰寫相關的課程論文，以小型研討會的形式進行報告交流。實踐證明，我們的研究生的人工智能教學效果明顯提升，成效突出。
??三、案例驅動，寓教于樂??
采用案例教學是為了充分調動學生的學習興趣，增強學生學習的自覺性［3］。通過案例教學能把枯燥的人工智能理論知識具體化、形象化，可以使學生更加感性地理解課堂教學內容。這些案例都是以教師所從事的科研項目中的實際應用環境為背景進行闡述的，讓學生能在實際環境中理解概念和知識，學會利用人工智能知識去分析和解決實際問題。在教學過程中要選擇學生容易接受的案例，體現理論聯系實際的特色，激發學生的興趣。?
例如，在講授“計算智能”內容時，我們結合黃河三門峽和小浪底水庫水沙聯合智能調度系統［4］進行講解。綜合三門峽水庫和小浪底水庫防洪運用的基本原則、歷年調度方案、專家的經驗、歷年數據和現有的調水調沙數學模型，分別利用模糊決策、神經網絡、遺傳算法及綜合集成方法來實現三門峽、小浪底水庫水沙聯合調度。?
又例如為了讓學生走近機器人，我們進行了一場機器人展示課，將研究所現有的MOROCS?1（中南一號智能移動機器人）、ASR（廣茂達）、AmigoBot（自主移動機器人）、CanDroid（罐頭機器人）、MD?375 Rover（人控漫游車）、Fokker D7（人控飛機，1:72）、Rockit OWI?769K（聲按、壓控火牛機器人）、Hexapod Monster（六足爬行機器人）、Hubo（多機能歌舞機器人）等各類機器人全部拿出來給學生做了功能演示［5］。親眼看到這么多機器人，同學們都非常興奮，對人工智能課程的興趣高漲。?
在進行案例教學時，引導學生帶著問題和求知欲望深入理論的學習，讓學生在案例中尋找問題的答案并獲取知識。在講授利用神經網絡進行水庫調度時，引導學生分析如何確定神經網絡的輸入端數據，什么是泛化能力以及如何提高神經網絡的泛化能力。?
為了鞏固所學內容，可以讓學生組成討論小組對教師提出的論題進行討論，分小組闡述自己的觀點，這樣有助于提高學生學習的主動性，還有助于培養學生思考問題的能力和提高理論教學的效果。案例教學的關鍵在于引導學生利用所學到的理論知識去解釋、分析和解決現實案例中的問題，以達到訓練學生理論運用和深入理解理論知識的目的。?
此外，我們挑選了機器人足球、拖拉機撲克牌、中國象棋、五子棋等普遍受人喜愛的智能游戲，讓學生親手設計小型智能游戲軟件，在設計的過程中掌握高深的人工智能理論知識，讓學生學得會、用得上、記得牢。
??四、結語??
以上談到的一些教學方法是我們在教學過程中總結體會比較深刻的方面，以供探討。事實上，要進一步提高人工智能課程的教學質量，還有很多方面需要改革和加強。如不斷強調人工智能教師的專業素質，要求他們在講授好人工智能課程的同時，努力提升出自身的專業素質，給學生一個良好的專業素質導向。其次，在人工智能課程教學過程中還需要有培養實用型人才的教學理念，特別是注重培養有創新意識的實用型人才。注重培養學生的質疑能力，只有通過質疑和提出問題，學生的創新意識才能夠得到不斷強化，創新思維能力才能夠得以不斷提高。?
人工智能學科是一門非常年輕、又非常前沿的學科，有其自身的突出特點，人工智能課程教學必然與其他計算機專業課程教學不同，需要更多的從事人工智能教學的教師在自身的教學實踐中不斷積累經驗，進行廣泛的教學交流。
參考文獻?
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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?？萍冀逃霭嫔绾驼憬逃霭嫔绯霭娴?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?！度斯ぶ悄堋肥且婚T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：?
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【關鍵詞】情感計算；適應性學習；適應性網絡學習系統
【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097 (2008) 12―0091―03
傳統的網絡教學系統（或學習系統）雖然可以在web環境下實現認知層面的個性化教學，但往往只重視學習內容的適應性，忽視了學生在學習過程中表現出來的情感狀態，以致學生在學習過程中缺乏情感投入，造成嚴重的情感缺失，甚至產生反感情緒，嚴重影響網絡學習的效果。一個真正個性化的適應性學習系統不僅應當是有智能的，而且還應當是有情感的。
情感是人類的基本經驗，它同理性思維和邏輯推理能力一樣，在我們的日常生活、工作、交流、處理事務和決策中扮演著重要的角色[1]。情感在認知和人機交互中起著關鍵性的作用，讓計算機具有情感實質上就是讓計算機在與人的交互中具有智能和敏感的能力。如果計算機具備了類似于人類的情感能力，能夠感知和表達情感，那么人與自然、人與計算機就能達成一種和諧。因此，可以說情感計算是建立這種和諧人機環境的基礎之一。
所謂的情感計算是與情感相關、來源于情感或能夠對情感施加影響的計算[2]。情感計算技術將有助于改變目前傳統網絡教學中的情感缺失問題，是解決目前網絡學習適應問題的有效突破口。
一 適應性學習理論及網絡學習適應性現狀
適應性學習（Adaptive Learning）是指為了提高學生學習的適應性，通過學習環境的自身調整來適應學習者的個性特征和認知水平，滿足學習者個別需要的學習過程。因此，適應性學習主要包括：（1）學習者可以選擇學習支持工具來定制自己喜歡的學習環境。（2）根據學習者的需要，適應性學習可以提供靈活的學習方法，動態地呈現學習內容[3]?，F階段主流的適應性學習模式主要包括3個關鍵環節：學習診斷、學習內容的動態組織和學習策略的選擇[4]。
適應性學習系統的研究以人工智能科學、認知科學和思維科學為理論基礎，通過研究人類學習思維的特征和過程，來尋求學習認知的模式[5]。在適應性學習過程中，學生能夠自己組織、制訂并執行學習計劃，能控制整個學習過程，對學習情況進行評估。學習系統要能夠滿足學生進行個性化學習的需求，提供適應性的學習診斷、適應性的導航及適應性的內容呈現。學生在系統提供的環境中，可以自由選擇學習方式。系統會根據學生與系統的交互情況及學生的學習狀態、歷史記錄，適時地給學生以引導，幫助學生完成學習目標。同時還應該適時地對學習者的情感狀態做出反應，使學習者快樂地學習，防止由于情感交流缺失造成情感障礙問題。適應性學習系統要充分考慮學生學習行為的個性化特征和情感需要，給學生提供個性化、和諧的人機交互環境，最終達到因材施教的目的。但目前所設計的“適應性學習系統”或“適應性教學系統”往往忽略學習者情感這一重要因素，僅僅實現了認知層面的個性化教學，出現了大量學習適應不良問題等，情感缺失問題尤為嚴重。所謂情感缺失[6]，就是指由于教師和學生、學生和學生分離，使得學生和學生不能像常規教育那么及時地、面對面地交流，學生在學習過程中的某些問題得不到解決，在心理上存在困惑而得不到幫助。這樣，如果學生長時間面對冷漠的電腦屏幕而感受不到交互的樂趣和情感的激勵時，就會產生反感情緒，從未造成各種各樣的學習適應問題。
二 基于情感計算的適應性網絡學習系統理論模型
在教與學的過程中，人類的表情和語言是豐富的，當教師講授的內容學生能夠理解和接受的時候，會出現情緒高漲的狀態，學生會用微笑的表情或歡快的語言來表示。反之，情緒會低落，學生可能會用眉頭緊鎖、目光呆滯、低沉喪氣等方式來表示他們無法理解講授的知識。學生的這些情感表現是很重要的反饋信號，為了在網絡學習環境中，有效地解決情感交流匾乏問題，本文提出了基于情感計算技術的適應性網絡學習系統理論模型，如圖1所示。該系統將對學生的情感信號進行捕捉和識別，并以此作為重要依據，判定學生的情感狀態和對所學知識的接受情況。系統通過訪問學習者特征數據庫和相關知識庫，主動收集、分析來自學生的反饋信息，從而給出合理的、個性化的學習方案，并能不斷地調整和修正學習方案，實現和諧人機交互功能和真正的學習自適應。
上述模型是在傳統的適應性學習系統模型的基礎上加入了情感計算技術，系統更加具有智能性和友好性，能更好地反應學生的學習狀態和情感狀態，最終提高學習質量，完成學習任務。該系統可以實現以下功能：對學生的情感信息進行捕捉和識別，并以此作為動態調整學習策略的重要依據；情感虛擬教師可以與學生進行情感交流，實現人機情感交互；根據學生學習時的情感表現和學習歷史，適時調整學習內容和內容的難度等，真正實現適應性學習。
該系統分為五大模塊：用戶登錄模塊、情感交互模塊、評價模塊、適應性學習過程模塊及數據庫模塊。
1 用戶登錄模塊
這部分是用戶與計算機的接口，主要負責用戶的身份驗證。學習者初次登錄系統時要進行注冊，這是實現適應性學習的基礎。獲取的用戶信息存儲在用戶特征數據庫中，主要包括注冊用戶的基本情況（如注冊號、姓名、性別、年齡等）、受教育背景（如學歷、學位、進修情況）等。同時，初次登陸系統的學習者還必須進行學習風格測試和知識的前測，收集的學生學習風格特征和知識特征信息被記錄到相應的數據庫中。
2 情感交互模塊
該模塊由可進行情感交互的虛擬教師和情感識別兩部分組成，是本系統模型的特色部分。情感教師可以在用戶學習過程中實現人機的情感交互，情感計算服務器對收集到的情感信息分別進行情感識別，涉及到的情感識別技術主要包括面部表情識別，語音情感識別、姿態情感識別和生理指標情感識別。系統通過統計方法計算出學習者在該學習階段中所表現出來的情感種類和比例，識別出學習者的整體情感反應，并做出合理的情感評價和認知評價。
用戶的整個學習過程是通過與可進行情感交流的虛擬教師（智能）進行交互而進行的，系統將學生的交互信息分為“獎勵”和“懲罰”兩種信號，這些信號作為系統的輸入信息，通過虛擬教師的情感模型刺激系統產生出符合人類情感變化規律的情感信號，并用動畫的效果進行表情輸出，從而改變傳統網絡學習的呆板界面，實現和諧的人機交互。
3 評價模塊
該模塊的評價信息來自四個方面：
（1） 用戶首次登錄時，系統根據學習者填寫的學習風格測試問卷和知識前測問卷得出學生的認知風格特征和知識掌握情況，并對此做出認知評價。
（2） 情感計算終端實時監測學習者在學習過程中的情感表現，并將收集到的人臉表情、語音情感、姿態信息以及生理指標信息等傳遞給情感計算服務器。在一段學習結束后，自動統計出所出現的情感種類及各種情感所占比例，系統在認知心理學理論的支持下形成情感評價和認知評價。
（3） 系統根據存儲在數據庫中的學生學習風格、知識特征以及情感數據等信息對學習者的狀態做出適時評價。
（4） 學習者根據自己的學習經歷，對自己的學習過程和學習結果的滿意程度做出自我評價（即反思的過程）。
4 適應性學習過程模塊
初次登錄時，學習者的學習風格特征被記錄到學生學習特征庫中，知識特征記錄到學生的知識特征庫中。系統根據學習者選擇的學習目的和學習歷史記錄進行自適應診斷學習的起點，學習起點的確定為后面的學習內容的適應性呈現提供了依據。起點確定之后，學習者就進入了學習狀態。在學習過程中需要為學生配置一個攝像頭，系統會通過情感識別技術分析攝像頭所捕獲的學生的情感信息，并根據情感模型判斷學生的學習狀態，然后給出相應的提示和合理的建議。如果學生的情緒為煩躁不安，則可能是學習內容難度過大，這時就應該提示學生注意調整一下學習內容的難度。
學習開始，系統會根據學習者的知識模型來提供適應性的導航和幫助，引導著學習者瀏覽合適的頁面內容。比如，對己經掌握的知識點的鏈接添加相應的標志，還沒有學習的知識點的鏈接可以不用展開或隱藏起來，即將學習的知識點的鏈接也可以用相應的標志來標注，以引導學習者的學習方向。
在學習過程中，學習者可以根據自己的情況適當的修改自己的學習風格特征和知識特征，以使系統更好的適應學習者的個性化需求。在學習過程中，如果學習者遇到困難可以向在線幫助模塊發出請求，如果系統中己經存在問題的解決方案，則系統會給學習者提供反饋信息，從而為學習者提供幫助。如果系統的常見問題中沒有發現與學習者問題相似的問題，系統則會根據學習者知識模型為困難學生找到對這部分的內容已經掌握的其他學習者，以幫助他進行學習，這樣就避免了傳統的協作學習中的盲目性。
為了檢驗學習者的學習情況，及時地更新學生的知識特征庫，學習者可以進行自適應測試，系統會自動引導學習者繼續學習新內容或對沒有掌握的舊知識進行補習。
學習系統的適應性引擎模塊會追蹤學習者的整個學習過程，并記錄學習者的學習狀態，如學習歷史記錄、學習路徑、掌握情況等，以不斷更新學習者知識特征。
5 數據庫模塊
該模塊主要包括四個部分：
（1） 學生情感數據庫：即學生的動態情感數據資源，包括面部表情、語音情感、姿態情感和生理指標等；
（2） 學生學習特征庫：存儲了學生的通用信息以及學習風格、知識水平和偏好的學習策略等；
（3） 學生知識特征庫：學生的認知能力、認知風格、領域知識掌握情況的表征；
（4） 領域知識庫：按照不同形式組織的教學最小單元及其屬性的集合。
其中，學生情感數據庫、學生學習特征庫和學生知識特征庫是該系統中學生模型的基本組成部分。
上述適應性網絡學習系統融入了情感建模、情感識別及情感表達等情感計算的相關技術，從而使傳統的適應性學習更加個性化和人性化，使網絡學習這種學習方式成為學習者獲取知識的主渠道。
三 結束語
情感計算技術應用到網絡學習領域，還處于初級階段，面臨的挑戰是多方面的。情感計算技術是人工智能領域的新技術，迄今為止，相關研究在人臉表情識別，姿態分析、語言情感表達和識別等方面取得了一定的進展，提高了人機界面、人機交互的和諧性[7]。但由于缺乏大規模動態情感數據資源，情感計算的發展受到了一定的限制。本文所構建的基于情感計算技術的適應性網絡學習系統模型也只是在理論層面提出的，還需要相關技術的支持。但我們相信，隨著技術的不斷發展和成熟，能夠理解人的情感，與人進行自然、親切交互的情感計算機在不久的將來將會出現。將情感計算融入到網絡學習過程中，通過與學習者“對話”給予學習者情感鼓勵和情感補償，并根據學習者的情感反應，適時幫助學習者調整學習內容和學習策略，是必要的，也是可行的。我們下一步的工作將是基于本文所構建理論模型，運用相關情感計算技術和計算機技術開發出具有適應和情感交互能力的網絡學習系統。
參考文獻
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葛先雷 南京化工職業技術學院
【摘 要】在機器人避障問題中，為了便對周圍的事物和環境作出判斷，機器人在不同的方向上都安裝有傳感器。由于不同的傳感器上接受著不同的信息，傳感器越多，對同一事物反饋的信息越多，必然會引起沖突現象的發生，直接影響了機器人對周圍事物的正確判斷和避障的效率。因此，沖突分解能力的好壞就成了機器人準確、高效避障的關鍵。在各種沖突分解算法中，樹形算法是一種較有效的分解方法，所以本文以輪式機器人的避障問題作為研究對象，在對典型障礙物避障試驗中大量試驗數據分析的基礎上，使用了二叉樹沖突分解的方法對避障問題進行了分析和研究，運用基于二叉樹沖突分解的避障方法，并且在單片機輪式機器人上進行了實驗驗證。
【關鍵詞】機器人；避障；沖突分解；樹形算法；二叉樹
1.引言
機器人作為人類的新型生產工具，在減輕勞動強度，提高生產率，改變生產模式，把人從危險、惡劣、繁重的工作環境下解放出來等方面，顯示出極大的優越性。機器人的應用越來越廣泛，幾乎滲透到所有領域。
2.硬件設計
2.1 機器人系統的構成
基于傳感器路徑規劃的機器人是一面行走，一面規劃。當碰到未知障礙物時就進行回避[2]。機器人系統的結構由機器人的機構部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分組成。機器人的外貌有的像人，有的卻并不具有人的模樣，但其組成與人很相似。機構部分包括機械手和移動機構，機械手相當于人手一樣，可完成各種工作；移動機構相當于人的腳，機器人靠它來”走路”。感知機器人自身或外部環境變化信息的傳感器是它的感覺器官，相當于人的眼、耳、皮膚等，它包括內傳感器和外傳感器。電腦是機器人的指揮中心，相當于人腦或中樞神經，它能控制機器人各部位協調動作；信息處理裝置（電子計算機），是人與機器人溝通的工具，可根據外界的環境變化、靈活變更機器人的動作。
2.2 單片機控制原理介紹和分析
單片微型計算機就是將CPU、RAM、ROM、定時/計數器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。因此，一塊芯片就構成了一臺計算機。它已成為工業控制領域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機。
在單片機機器人中，單片機相當于機器人的大腦和指揮中心，是機器人中最重要的部分。在內部它控制機器人上各個部件的協調動作；對外部，通過采集和分析機器人上的各種傳感器傳回的數據，隨著外部環境變化，不斷的進行信息反饋和調整，以便靈活調整機器人的動作，順利完成預定的任務。下面是AVR單片機結構方塊圖（圖1），也是大多數單片機機器人大腦的基本結構。
圖1 AVR單片機結構方塊圖
2.3 輪式尋跡機器人各組成部件控制原理
2.3.1 伺服電動機的控制原理
機器人控制的電機一般分為“閉環控制”和“開環控制”兩大類，開環常用的是步進電機，閉環控制上常用的是伺服電機。伺服電動機是一種根據控制信號的要求而執行動作的電動機。在自動控制系統中作為執行原件。它將輸入的電壓信號轉變成轉軸的角位移或角速度，因此非常適合于單片機控制。標準的微型伺服電動機有三條控制線，分別為電源、地及控制線。電源線和地線用于提供內部的直流馬達和控制線路所需的能量，電壓一般在4V～6V之間。
2.3.2 光柵位移檢測傳感器控制原理
光柵是等節距的透光和不透光的刻線均勻相間排列構成的光學元件，也可說是一種在基體上刻制有等間距的均勻分布條紋的光學元件。光柵的表面刻有規則排列和規則形狀的刻線，這些刻線可以是透光的（透射式）或不透光的（反射式）。常用的光柵傳感器的刻線多屬于黑白型的，這種刻線（或稱柵線）的白色寬度為a，黑色寬度為b，通常情況下a=b。一般a+b稱為光柵柵距，或稱為光柵常數。
當光柵運動時，光電元件測條紋的移動，通過脈沖計數得到位移的度量。
光電傳感器原理：電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發送器，接收器和檢測電路。
圖2 光電傳感器原理圖
2.4 移動機器人實驗各組成部分介紹平臺組成
2.4.1 平臺組成
機器人實驗平臺由底盤、兼容51平臺AVR-ISP下載實驗板（帶ATmega8515L）、2個紅外線避障傳感器、232串口、1個尋跡傳感器、PS/2鍵盤口、低慣性強力減速電機、車輪編碼盤組合、蜂鳴器、七段數碼LED顯示器等部件組成[1]，如圖3。
圖3 機器人實驗平臺
2.4.2 程序設計
編程環境：
Microsoft Windowns XP sp2操作系統
ATMEL CodeVisionAVR單片機編程開發環境Version 1.24.1d standard
AVR-ISP編程下載程序PonyProg2000 Version 2.06c Beta
首先我們將S10、S01、S00三種情況先看作成功避障，未成功避障（），首先我們先建立如下的規則：
①S00、S10、S01、S11四種情況的優先等級所示：
②當優先等級相同的情況出現時，隨機選擇向左或向右旋轉。
③在任何情況下，如果碰到S00出現，則選擇S00分支，不再進行判斷，直接跳出循環。
④α定義為探測角，β定義為旋轉角，且β=2α
⑤右手法則：如果出現S10的情況，即左側光感檢測到障礙物，右側光感沒有檢測到障礙物，則機器人向右旋轉β度角。左手法則：如果出現S01的情況，即左側光感沒有檢測到障礙物，右側光感檢測到障礙物，則機器人向左旋轉β度角。
⑥當連續出現內容相同的同優先級情況時，后幾次的旋轉方向與第一次相同。
圖4 成功避障程序流程圖
機器人避障實驗結果的軌跡如圖5場景1～場景5。
圖5 機器人避障實驗結果的軌跡
3.總結
在避障過程中，移動機器人常會面臨無法事先預測的復雜環境以及環境本身的瞬息變化。目前移動機器人基本上都是依靠傳感器來對外界的環境進行感知和判斷，由于使用單光感收集到的信息量太少，經常不能對周圍的環境和障礙物進行準確的判斷。為了準確的判斷機器人所處的環境和障礙物的情況，在當前的移動機器人上，一般都使用多個傳感器同時對環境和障礙物進行感知和判斷。由于多個傳感器的同時存在，每個傳感器發回處理器的信息存在沖突的現象經常發生而且不可避免，嚴重影響了機器人的避障效率和準確性，導致在避障問題上還存在不少問題。本文使用二叉樹沖突分解的方法對機器人避障的問題進行研究和分析，實現機器人的高效和安全避障，是在這一領域有益的探索。
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