時間：2023-08-18 17:17:27
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇人工智能在教學的應用，希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
2016年1月，美國佐治亞理工學院計算機學院的教授AshokGoel，借助IBM的Watson人工智能系統創(chuàng)建了一個在線機器人JillWatson，并將其作為課程教學助理。其目的是幫助教師回答學生通過在線論壇提出的大量課程問題。通過幾個月的反復調試，JillWatson的回答已經能夠達到97%的正確率。現在，機器人助教已經可以直接與學生溝通，不需要真人助教的幫助。這項人工智能在教育中的使用，解決了AshokGoel教授的助教人數不夠，難以及時回答學生提問的困境，增加了學生參與在線學習的興趣，提高了在線學習的留存率。
這只是人工智能在教育領域的小試牛刀。雖然有專家預測在未來十年內不會看到人形機器人替代教師進入課堂，不過地平線報告2016年基礎教育版和2107年高等教育版都預測未來五年內人工智能將會在教育行業(yè)普及。
教育行業(yè)已有的人工智能研究和應用
Woolf等人在2013年提出了人工智能在教育領域應努力解決“五大挑戰(zhàn)”：①為每一個學習者提供虛擬導師：無處不在地支持用戶建模、社會仿真和知識表達的整合。②解決21世紀技能：協助學習者自我定位、自我評估、團隊合作等。③交互數據分析：對個人學習、社會環(huán)境、學習環(huán)境、個人興趣等大量數據的匯集。④為全球課堂提供機會：增加全球教室的互聯性與可訪問性。⑤終身學習技術：讓學習走出課堂，進入社會。
過去十年，一些研究者對人工智能在教育領域中的應用做了大量的探索。相關的研究成果包括：①跟蹤學習者的思維步驟和解決問題的潛在目標結構（Anderson等，1995）；②診斷誤解和評估學習者的理解域（VanLehn，1988）；③提供及時的指導、反饋和解釋（Shute，2008）；④促進高效學習的行為，如自我調節(jié)、自我監(jiān)控和自我解釋（Azevedo&Hadwin，2005）；⑤以合適的難度水平和最適當的內容來規(guī)劃學習活動（VanLehn，2006）。
這些研究，基本上使用到了人工智能的每一項技術——自然語言處理、不確定性推理、規(guī)劃、認知模型、案例推理、機器學習等?！爸悄軐熛到y”就是基于這些研究和技術而開發(fā)的人工智能教育應用。類似的成熟產品包括Tabtor（hellothinkster.com）、CarnegieLearning（carnegielearning.com）和FrontRow（frontrowed.com）。2014年，加拿大西蒙弗雷澤大學的一項試驗發(fā)現用智能導師系統的學習者比使用其他教學方法的學習者獲得的成績更高。
人工智能在教育行業(yè)的新發(fā)展
教育行業(yè)的三種類型（內容、平臺和評估）的服務商都在經歷著一場變革。內容出版商面臨紙質印刷到數字出版和開放教育內容的挑戰(zhàn)。學習平臺正試圖區(qū)分自適應、個性化和數據分析的功能。評估供應商則繼續(xù)探尋從多項選擇題測試轉向更具創(chuàng)新性的問題類型。人工智能將為這三種類型教育服務商帶來新的發(fā)展思路和契機，同時也惠及教育生態(tài)系統中的所有利益相關者。學生通過即時反饋和指導提高學習效率，教師將獲得豐富的學習分析和個性化指導經驗，父母能夠低成本地為孩子改進職業(yè)前景，學校能夠規(guī)?；岣呓逃|量，政府能夠提供負擔得起的教育。2017年，人工智能將在以下領域發(fā)揮其效益。
1.人工智能批改作業(yè)
批改作業(yè)和試卷是一件乏味的工作，這通常會占據教師大量的時間，而這些時間本可以更多地用于與學生互動、教學設計和專業(yè)發(fā)展。
目前，人工智能批改作業(yè)已經相當接近真人教師了，除了選擇題、填空題外，作文的批改能力已經大幅提高。美國斯坦福大學已經成功開發(fā)出一種機器學習程序，能夠批改8～10年級的作文。隨著圖像識別能力的大幅提高，手寫答案的識別也接近可能。就連占有美國標準化考試60%市場份額的全球最大教育企業(yè)——培生公司也認為，人工智能已經可以出現在教室并提供足夠可信的評估。據培生公司近期的報告IntelligenceUnleashed推測，人工智能軟件所具有的廣泛的、定制的反饋能夠最終淘汰傳統測試。
2.人工智能實現一對一輔導
自適應學習軟件已經能為學生提供個性化學習支撐。據2011年VanLehn的一項研究發(fā)現，人工智能在某些特定主題和方法上比未經訓練的導師更具有效性。進一步的研究發(fā)現，人工智能導師能在學生出錯的具體步驟上給予實時干預，而不是就整個問題的答案給予反饋（Corbett&Anderson，2001；Shute，2008）。
自適應學習在拉美地區(qū)正在興起。AndréUrani市政學校的學生使用人工智能軟件Geekie觀看在線課程（視頻和練習）。Geekie為學生提供每一步的實時反饋，并隨著學習的進展來傳授更為精細的課程內容。
早在1984年，本杰明·布盧姆的研究就提出一對一輔導能帶來更好的學習效果。而人工智能技術可以模擬一對一輔導，以更好地跟蹤、適應和支持個體學習者。這將是人工智能在教育中更高層次的個性化學習應用。例如，比爾·蓋茨看好的人工智能聊天機器人或個人虛擬導師，能在學生面臨挑戰(zhàn)時提供強有力的支持，隨時隨地回答學生的提問；還可以為學生訂制學習方案和規(guī)劃職業(yè)發(fā)展路徑，并引導學生走向成功。更重要的是，人工智能可以匹配聊天機器人或虛擬導師的面孔和聲音來滿足學生個人喜好。對比網頁界面的自適應學習系統，這才是真正做到了一人一導師。
3.人工智能關注學生情感
2016年地平線報告高等教育版把情感計算列為教育技術發(fā)展普及的重要方向。也就是說，人工智能不僅限于模擬人類傳遞知識，還能通過生物監(jiān)測技術（皮膚電導、面部表情、姿勢、聲音等）來了解學生在學習中的情緒，適時調整教育方法和策略。例如，機器人導師捕捉到學生厭煩的面部表情時，就可以立即改變教學方式努力激發(fā)他們的興趣。這種關注情感的人機交流為學生營造一個更真實的個性化學習環(huán)境，更好地維持了學習者的動機。美國匹茲堡大學開發(fā)的AttentiveLearner智能移動學習系統就能通過手勢監(jiān)測學生的思想是否集中。突尼斯蘇斯國家工程學院的研究人員正在研究開發(fā)基于網絡的人工智能教學系統。該系統能夠識別學生在任何地方開展科學實驗的面部表情，以優(yōu)化遠程虛擬實驗室的教學過程。
進一步的研究發(fā)現，人工智能還可以關注學生的心理健康。當前已經有使用人工智能來為自閉癥兒童提供有效支持的案例。例如，倫敦知識實驗室在Topcliffe小學開展試驗，讓自閉癥學生與半自動虛擬男孩安迪開展互動交流，研究人員發(fā)現患有自閉癥的學生在社交能力方面有進步。
4.人工智能改進數字出版
教科書等課程材料并非總是完美，傳統印刷出版讓課程的修訂變得過于緩慢。這不僅是生產工藝的問題，更主要的是紙質課程材料無法快速獲取使用者的反饋來識別缺陷所在。而數字化出版在人工智能的支撐下能徹底改變這一現狀。
人工智能可幫助使用者快速識別課程缺陷。大規(guī)模網絡開放課程Coursera的提供者已經將這一想法付諸實踐。當發(fā)現大量學生的作業(yè)提交了錯誤的答案時，系統會提示課程材料的缺陷，進而有助于彌補課程的不足。
另一項人工智能在數字化出版的應用是自動化組織和編寫教材。這是基于深度學習系統能模仿人類的行為進行讀和寫。ScottR.Parfitt博士的內容技術公司CTI就依據這項技術幫助教師定制教科書——教師導入教學大綱，CTI的人工智能引擎能自動填充教科書的核心內容。
隨著自然用戶界面和自然語言處理在人工智能領域的成熟應用，課程材料的數字化出版也會有更新的形態(tài)——不再局限于書本或網頁的形式，聊天機器人和虛擬導師將成為內容表達的更好的方式。
5.人工智能作為學生
多年的研究表明，教會別人才是更好的學習，即learning-by-teaching。美國斯坦福大學教育學教授DanielSchwartz正基于這一理念來開發(fā)新的人工智能產品。他聯合了多個領域的專家一起開發(fā)了人工智能應用——貝蒂的大腦（Betty’sBrain），讓學生來教貝蒂學習生物知識。試點研究發(fā)現，使用這一方法來學習的學生比其他學生成績更好，且在科學推理上也更勝一籌。
類似的研究和開發(fā)還有瑞典隆德大學的TimeElf和美國卡內基梅隆大學的SimStudent，這兩個人工智能產品也是基于learning-by-teaching而開發(fā)，讓學生在教會機器人知識的過程中深化對知識的理解。
另外，人工智能還推動其他教育方法和技術更好實現。如讓虛擬現實學習環(huán)境更具沉浸感；給學生帶來更多動手實踐的機會；提供基于豐富學習分析的仿真和游戲化學習場景等。
關鍵詞：人工智能；教育；新模式；改革；構想
教育是著眼于未來的事業(yè)，教育的首要任務就是為未來社會培養(yǎng)相適應的合格人才。隨著人工智能的誕生和發(fā)展，我國已經開始將人工智能應用于教育領域，并顯示出人工智能對于彌補當前教育存在的種種缺陷和不足，推動教學現代化和教育發(fā)展改革進程起著越來越重要的作用。在現代醫(yī)學發(fā)展中，工程科學與臨床醫(yī)學不斷融合，相互進步。近幾年，隨著人工智能技術，機器人技術，虛擬與增強現實技術，3D打印技術與醫(yī)學不斷的融合發(fā)展，衍生出一系列的醫(yī)學診療技術，儀器，大大推進了醫(yī)學發(fā)展。從2013年到2017年，國務院、發(fā)改委、FAD連續(xù)發(fā)文，多次提及醫(yī)療走智能化、云化的趨勢，為推動智能醫(yī)療領域保駕護航。智能與醫(yī)學的結合已經是大勢所趨，因此，為培養(yǎng)大量智能醫(yī)學人才極有必要對智能醫(yī)學教育新模式進行深入研究。
一、目前醫(yī)學教育以及醫(yī)學人才培養(yǎng)狀況
智能醫(yī)學工程是一門將人工智能、傳感技術等高科技手段綜合運用于醫(yī)學領域的新興交叉學科，研究內容包括智能藥物研發(fā)、醫(yī)療機器人、智能診療、智能影像識別、智能健康數據管理等。
智能醫(yī)學工程的畢業(yè)生掌握了基礎醫(yī)學、臨床醫(yī)學的基礎理論，對智慧醫(yī)院、區(qū)域醫(yī)療中心、家庭自助健康監(jiān)護三級網絡中的醫(yī)學現象、醫(yī)學問題和醫(yī)療模式有較深入的理解，能熟練地將電子技術、計算機技術、網絡技術、人工智能技術，應用于醫(yī)療信息大數據的智能采集、智能分析、智能診療、臨床實踐等各個環(huán)節(jié)。實驗教學正是融合型創(chuàng)新人才的最好培養(yǎng)方式。智能醫(yī)學人才的培養(yǎng)需要各學科間的相互交融更為緊密，學生的創(chuàng)新應用能力才能得到更好的培養(yǎng)。與此同時，由于絕大部分醫(yī)工結合的專業(yè)大部分歸屬與工科學院下，缺乏必要的臨床經驗，因而學生不能很好的把握新技術的應用。
而國內相關人才缺口還非常大，目前，國內僅僅有生物醫(yī)學工程、醫(yī)學信息工程等工科專業(yè)培養(yǎng)醫(yī)工結合人才。但是囿于培養(yǎng)時間與培養(yǎng)模式，他們往往只能針對具體某一方向，并且目前的培養(yǎng)體系還多著重于工學技術的研究，缺乏臨床實踐。
二、智能+醫(yī)學教育的必要性探究
2.1技術進步對醫(yī)療人員的診療幫助
以癌癥的治療為例，由于針對癌癥藥物的研究何藥物數量非常巨大，對于普通醫(yī)生在短時間內難以進行準確的判斷針對癌癥的研究和藥物數量非常巨大，具體來說，目前已有800多種藥物和疫苗用于治療癌癥。但是，這對于醫(yī)生來說卻有負面的影響，因為有太多種選擇可供選擇，使得為病人選擇合適的抗癌藥物變的更加困難。同樣，精確醫(yī)學的進步也是非常困難的，因為基因規(guī)模的知識和推理成為決定癌癥和其他復雜疾病的最終瓶頸。今天，許多受過專業(yè)訓練的醫(yī)學研究員需要數小時的時間來檢查一個病人的基因組數據并作出治療決定。
上述問題在擁有工學、醫(yī)學雙背景的醫(yī)生手中已經不是問題，通過目前日漸成熟的AI技術，對于大量的醫(yī)療數據進行檢索，通過可靠的編程手段，通過人工智能技術，建立完備的醫(yī)療數據庫，幫助醫(yī)生進行診療。據調查，美國微軟公司已經研制出幫助醫(yī)生治療癌癥的人工智能機器，其原理是對于所有關于癌癥的論文進行檢索，并提出對于病人治療最有效的參考方案，它可以通過機器學習來幫助醫(yī)生找到最有效，最個性化的癌癥治療方案，同時提供可視化的研究數據。
2.2智能醫(yī)學對于新時代醫(yī)生培養(yǎng)的影響
人工智能通過計算機可為學生提供圖文并茂的豐富信息和數據，一方面加強了學生的感性認識，加強了對所學知識的理解和掌握，從而提高了教學質量。同時，人工智能可幫助教師完成繁雜的、需適應各種教學的教學課程、課件等設計，使教師將更多的精力專注于學與教的行為和過程，從而提高教學效率。正如前面所述例子，智能網絡模塊化學習平臺可使教學擺脫以往對于示教病例的依賴，拓展了學生們的學習空間和時間，可極大地提高醫(yī)學學習效率和教學質量。
教育與人工智能相結合將會創(chuàng)新教育方式和理念。北京師范大學何克抗教授在《當代教育技術的研究內容與發(fā)展趨勢》中提到當代教育技術的五大發(fā)展趨勢之一就是“愈來愈重視人工智能在教育中應用的研究”。結合上述人工結合上述人工智能在醫(yī)學教育中的創(chuàng)新作用，下面就人工智能結合醫(yī)學學教育新模式提出一些構想。
三、交叉醫(yī)學人才的培養(yǎng)
3.1建立智能醫(yī)學人才培養(yǎng)體系的必要性
目前智能醫(yī)學的研發(fā)和臨床還存在隔閡，臨床醫(yī)生并沒有很好地理解人工智能，無法從實踐出發(fā)提出人工智能能夠解決的方向，而人工智能的產業(yè)界熱情高漲，卻未必能踩準點，所以產業(yè)界需要和臨床深度溝通融合，才能真正解決看病難、看病貴的問題，緩解醫(yī)療資源緊張。目前，國內僅僅有生物醫(yī)學工程、醫(yī)學信息工程等工科專業(yè)培養(yǎng)醫(yī)工結合人才。
3.2醫(yī)學人才培養(yǎng)體系初步構想
據悉，目前已經有天津大學、南開大學等幾所院校開設了智能方向的醫(yī)學本科教育，旨在彌補上述缺口，相關院校也在積極探索新型人才培養(yǎng)方案。應當為醫(yī)學生開設人工智能課程，應當培養(yǎng)具備生命科學、電子技術、計算機技術及信息科學有關的基礎理論知識以及醫(yī)學與工程技術相結合的科學研究能力。該專業(yè)的學生主要學習生命科學、臨床醫(yī)學，電子技術、計算機技術和信息科學的基本理論和基本知識，充分進行計算機技術在醫(yī)學中的應用的訓練，具有智能醫(yī)學工程領域中的研究和開發(fā)的基本能力。
關鍵詞：人工智能；圖形編程；創(chuàng)新實踐
近年來，人工智能已成為一個高頻詞，各種與人工智能相關的智能家居、自動駕駛、智能語音、圖像識別等新技術，深刻影響著社會的方方面面，也逐步改變人們的工作及生活方式。許多國家已經開始積極嘗試，大力推進小學人工智能教學。2017年，國務院正式頒布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確提出了“在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”；如今，計算思維培養(yǎng)又成為熱點。在這樣的一個時代背景下，學校和教師有責任和義務組織、引導學生去接觸、了解、學習、應用人工智能技術，以適應未來學習和工作環(huán)境的變化。人工智能涉及的學科內容較為廣泛復雜，小學生相對年齡較小，儲備的相關知識較少，學校應如何在小學階段有效開展人工智能教學，推進人工智能教學真正落地？筆者結合自己的教學實踐，從“巧”借活動、“巧”設場景、“巧”編程序、“巧”創(chuàng)項目等方面，積極探索小學人工智能教學的推進路徑。
一、“巧”設場景體驗人工智能
人工智能的知識結構具有較強的邏輯性和抽象性，與之前信息技術課上所教的內容相比，難度及復雜性更高。在日常人工智能教學中，教師應根據學生的心理特點以及不同教學要求，改變教學方式，把體驗搬進課堂，讓學生通過具體的體驗活動逐步理解人工智能的相關知識，把重難點從對概念、原理、技術的學習轉換到了解相關概念、技術實現的過程、體驗人工智能技術的應用上。豐富有趣的教育實踐活動可以讓學生在愉悅的教學情境中，從不同的思維角度、用不同的思維方式來認識和理解與生活密切聯系的一些人工智能概念，如機器學習、大數據、神經網絡等，體驗人工智能在實際生活中的應用。例如在《人臉識別》一課教學中，需要讓學生了解人臉識別技術的應用、影響、實現過程和原理，其中人臉識別的原理和過程較為復雜，如果教學中只進行簡單說教，無法有效達成教學目標。本課設計了一個“人臉大比對”體驗活動，活動分兩個部分，第一部分就是通過百度AI開放平臺里的人臉檢測與屬性分析功能，體驗人臉檢測中具體檢測哪些屬性；第二部分就是通過人臉對比功能，完成教師提供的三組人像照片的對比分析。在第一部分的實例體驗中，學生通過自己上傳照片進行檢測，主要是通過對人臉的面部、膚色、毛發(fā)、眼睛、嘴、鼻和輪廓等150個特征的精準定位來準確地識別和計算出一張人臉的特征和屬性信息，包括年齡、性別、顏值、情緒、是否戴眼鏡等。這樣的體驗讓學生非常感興趣，也能很好地理解特征提取的過程。第二部分的體驗是人臉對比，教師提供給學生三組照片，第一組是一對相似度很高的雙胞胎；第二組是同一個人戴口罩和不戴口罩的照片；第三組是同一個人的兩種表情。學生先自己觀察，記錄三組照片的結果，再上傳照片到百度AI體驗人臉對比過程，并查看對比結果。經過體驗，學生認識到在現有的技術下，人臉識別的準確度還是非常高的，對人臉識別的過程也留下了非常深刻的印象。
二、“巧”編程序理解人工智能
從當前人工智能技術應用的實際情況分析來看，主要應用領域為大數據及機器學習，這些功能的實現得益于算法的不斷完善?？梢?，算法學習是實現人工智能的關鍵，而對算法的學習又是計算機編程教學中的一大難點。推進小學編程教學將有利于幫助學生理解人工智能的相關知識。小學生相對抽象思維偏弱，采用圖形化的編程教學，更加有利于他們接受，有助于提高學習的積極性。通過編程教學引導學生學會分析問題、抽象與建模、設計算法、編寫程序腳本，在驗證過程中不斷改進和完善，并最終實現問題的解決，能有效培養(yǎng)學生的計算思維，并過渡到對人工智能所需要的其他知識的學習上。例如在五年級的《創(chuàng)編游戲》教學中，情境任務是設計制作一個貓捉老鼠的小游戲，目標是讓學生認識“碰到顏色”“如果……那么……”等指令，能夠用它們的組合來編寫判斷角色是否碰到邊緣和老鼠的腳本。人工智能的概念主要體現在“碰到顏色”和“如果……那么……”語句的應用上，“碰到顏色”是偵測識別，“如果……那么……”則是邏輯判斷的處理。在教學中，首先通過問題引導學生思考完成游戲需要考慮哪幾個要素，從問題和答案中幫助學生提煉出“舞臺”“角色”“動作”三個要素，進而幫助學生厘清實現游戲功能的基本思路。在程序編寫中，讓學生具體體驗偵測模塊的編寫與判斷語句的應用。簡單的編程實踐，能讓學生逐步了解人工智能的基本概念及其實現流程。
三、“巧”創(chuàng)項目實現人工智能
知識的學習必須與學生的生活實際結合起來，如果學生在掌握人工智能知識和技能后能將所學知識應用于實踐，解決生活中的實際問題，那么這樣的學習就是真實有效的。學生通過設計創(chuàng)作具體作品，可以大大增強分析和處理問題、解決實際問題的意識和能力，培養(yǎng)邏輯思維和動手實踐能力，這也是人工智能教育的方向和目的。根據學生的實際生活經驗，教師將人工智能的具體應用案例巧妙引入課程中，引導他們科學地確定項目內容；通過對項目的梳理分析，建立邏輯關系和模型；用編程語言描述邏輯關系；采用硬件設備實現人工智能的具體功能，這種基于真實任務的學習活動，能有效促進學生的理解。例如四年級實踐小組的“智能垃圾桶”作品，便是以垃圾桶為課題進行探究，先讓學生對現有垃圾桶的優(yōu)劣勢進行分析，思考怎樣改造垃圾桶才能真正實現智能化。通過教師的引領和自身觀察，學生很快認識到智能垃圾桶應該具有的功能：一是能檢測什么時候有人投放垃圾；二是垃圾桶蓋能自動開啟和關閉。確定了目標之后，就是思考達成上述目標需要哪些條件。學生根據已有知識，確定可以用超聲波檢測是否需要打開垃圾桶蓋子，打開和關閉動作可以通過舵機和連桿來實現。通過探究后，學生根據設計的方案自主完成了智能垃圾桶的作品搭建，接下來就是通過編寫程序和不斷調試驗證來實現預期的功能。作品完成后，學生可以根據實際情況進行功能的增加與修改，如增加桶內垃圾超過一定高度時能自動提醒的裝置等，讓智能垃圾桶更加智能。本次作品的創(chuàng)作過程，不僅鍛煉了學生分析實際問題、解決實際問題的能力，又鍛煉了他們的編程思維和計算思維，更重要的是體驗了自己創(chuàng)作人工智能作品的樂趣和成就感。在人工智能應用日益普及的今天，人工智能課程進入小學課堂是大勢所趨。在小學階段開展人工智能課程教學，主要是為了讓學生掌握人工智能知識，體驗和運用人工智能技術，培養(yǎng)學生的信息技術核心素養(yǎng)、創(chuàng)新意識、實踐應用能力，為學生適應未來社會打下扎實的基礎。但人工智能教學具有其特殊性，如何有效推進人工智能教學，還面臨著許多需要解決的問題。學校和教師應盡最大努力創(chuàng)設更好的人工智能教學環(huán)境，探索更有效的教學策略，促進學生對人工智能相關知識的學習。
參考文獻
[1]丁華.人工智能教學中對學生計算思維的培養(yǎng)[J].華夏教師,2020(13):42-43.
[2]徐欣彥.引入體驗活動創(chuàng)新小學人工智能教學模式[J].中小學信息技術教育,2019(9):62-64.
關鍵詞：人工智能；高中生；職業(yè)規(guī)劃；建議
一、引言
人工智能的不斷發(fā)展與拓展促進了我國各個領域的發(fā)展，同時對各個行業(yè)產生巨大沖擊，很多需要人工機械作業(yè)的領域將會使用機器人，造成大量人員的失業(yè)。面對如此現狀，今后我們高中生如何做好職業(yè)生涯規(guī)劃成為當務之急，只有深刻把握社會發(fā)展趨勢，加強學習方向與時代潮流的匹配性，才能迎接挑戰(zhàn)、抓住機遇、趨利避害，做好職業(yè)選擇和規(guī)劃，更好地適應今后的社會發(fā)展。
二、人工智能的發(fā)展現狀和趨勢
（一）人工智能的發(fā)展現狀
“人工智能”一詞最初是在1956年Dartmouth學會上提出的。它是計算機科學、控制論、信息論、神經生理學、心理學等多種學科互相滲透而發(fā)展起來的一門綜合性學科。從計算機應用系統的角度出發(fā)，人工智能是研究如何制造智能機器或智能系統，來模擬人類智能活動的能力，以延伸人們智能的科學。目前，人工智能技術在美國、歐洲和日本呈現飛速發(fā)展趨勢。隨著人工智能技術的快速發(fā)展，人工智能已經在各個行業(yè)得到廣泛應用，其中比較典型應用主要包括符號計算、模式識別、機器翻譯、機器學習、問題求解、邏輯推理和定理證明、自然語言處理、智能信息檢索技術以及專家系統等，這些在計算機領域、化學領域、醫(yī)學領域以及礦物勘測領域等得到廣泛應用，并取得較好效果。
（二）人工智能的發(fā)展趨勢
技術的發(fā)展總是超乎人們的想象，要準確地預測人工智能的未來是不可能的。但是，從目前的一些前瞻性研究可以看出未來人工智能可能會綜合模糊處理、并行化、神經網絡和機器情感等進行全方位發(fā)展。隨著全球化趨勢的不斷增強，今后人工智能會向著全球國際標準的方向發(fā)展。人工智能技術不斷地在就業(yè)領域應用及發(fā)展，因此高中階段就對自己的職業(yè)生涯有著規(guī)劃是未來發(fā)展的必然趨勢，并且美國、加拿大等先進國家早早的就把高中生職業(yè)規(guī)劃教育課程安排在了高中階段，相比之下安排職業(yè)規(guī)劃教育課程的高中畢業(yè)生，甚至大學畢業(yè)生對自己的規(guī)劃都有著明確的方向，我國目前某些地區(qū)高中階段已經安排了職業(yè)規(guī)劃類型的課程，相信不久高中生職業(yè)規(guī)劃的課程也會出現在更多地區(qū)的校園。
（三）人工智能發(fā)展對就業(yè)的影響
隨著機器眼下正在取代的首當其沖的是那些簡單機械操作的勞動者，比如說我國工廠里的初級工人正在面臨自動化的威脅。還有美國福特公司，不僅大量裁減藍領工人，而且還要把工廠搬到別的州或國家去，那里稅收更低、政策環(huán)境更寬松、工會更友善的，在這些地方使用機器人不僅可以提高作業(yè)效率和質量，而且能夠極大的降低各種成本，能夠為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。
隨著人工智能的快速發(fā)展，人工智能對各個領域的就業(yè)產生了重大影響，我國也在往這個方向發(fā)展，對于IT行業(yè)，今后會大量使用機器人進行工作，制造業(yè)也在逐漸增加使用機器人。技術的進步，使得個人的生產效率得到了巨大的提升。雖然就短期而言，機器是不會一下子取代大多數人，但我們必須未雨綢繆、防患于未然。有一些機械的、長時間集中精神的、固定套路的工作，比如流水線工、司機、配藥師等，機器比人還擅長，這些領域將會淘汰大量的工人，導致很多人員失業(yè)。而很多工作需要人搭配機器做才最高效，這些工作是主流的新工作，但是需要注意的是，在人和機器協作的過程中，機器一定會不斷智能優(yōu)化的，在單一專業(yè)的工作內容中，機器逐漸又會替代人，因此也會造成人員失業(yè)。對于人際溝通事務，由于需要人與人之間的交流，還是人比較擅長。審美是模糊的、社會性的，這個還是人比較擅長。
對于我們高中生而言，勤動腦，勤動手，不斷創(chuàng)新，是未來立足之本。因此不僅要埋頭學習知識，還要培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力，以應對迎接人工智能的挑戰(zhàn)。
（四）高中生應該怎樣規(guī)劃職業(yè)生涯
面對人工智能的快速發(fā)展，今后我們高中生應當趨利避害，努力做好職業(yè)生涯規(guī)劃，實現自我價值的增值，具體來說應當從以下幾個方面入手：
1.增強職業(yè)規(guī)劃的意識
高中生要根據自身的主觀因素以及外界的環(huán)境因素，分析、歸納、選擇自己的職業(yè)發(fā)展方向，并且制定相應的學習、培養(yǎng)計劃，采取必要行動去實現目標。這種確定人生方向的規(guī)劃問題應該在高中階段每一個學生都應該對自己有著清醒的認識，并且得到自身的重視，對選考科目的選擇及大學志愿的填報就不會盲目、無頭緒，在高中階段有了明確的目標會使自己的學習方向更加準確，學習積極性更加強勁，同時在就業(yè)選擇上也可以盡量地少走彎路。
2.選擇高水平的職業(yè)指導教師
高中生實現從學校到社會或者更高層學校的過程中職業(yè)規(guī)劃具有重要的導向作用，因此在高中階段一個好的職業(yè)規(guī)劃指導教師對學生的影響有著重要的意義。首先我們選擇的職業(yè)規(guī)劃指導教師必須具備一定的任職條件，目前國家也一再的強調任職職業(yè)資格的嚴格性；其次就是指導教師要善于啟發(fā)式指導學生，增強學生的獨立思考能力，在教師的幫助下充分認識自己的天賦、特長、興趣、能力、心理等方，發(fā)現和挖掘自己多方面的潛能，學會正確利用各方面條件充分發(fā)展。同時，要注意避免指導教師的思想左右了我們的思想，只有準確的認識自己，才能促使我們帶著自己的職業(yè)規(guī)劃繼續(xù)努力進步。
3.自己的高中生涯規(guī)劃
高中的三年，對一個高中生的人生有著重要的意義，因此高中階段可以進行分階段的自我管理培養(yǎng)。高一階段：剛進入學校，通過學習了解學科特點，利用學校、教師、網絡、社會了解就業(yè)動向，自我優(yōu)勢結合人才需求，明確選考科目，初步制定職業(yè)發(fā)展意向。高二階段：正確處理選考科目學習與學考科目學習的關系，既突出專業(yè)知識又兼顧知識廣度。高三階段：更要處理好語文數學英語必考科目學習與選修科目深化拓展的關系，既要提高高考成績又要深化拓展專業(yè)素養(yǎng)；既要強化高考復習又要重視面試培訓，為參加高校自主招生考試或“三位一體”考試做好充分準備。因為近年來重點大學通過高考統一招生錄取的名額正在減少，而自主招生或“三位一體”的名額大量增加，有志于就讀名牌大學的學生要注意這方面的情況。同時高中生要根據自己的理想多去了解高校情況，多去了專業(yè)設置的情況，為報考適合自己的學校及專業(yè)做好信息準備。
4.積極參加選修課程，為今后的職業(yè)生涯做好基礎
按照教育部有關規(guī)定，高中學校要開設選修課程。我們可以根據自己的興趣愛好，選取自己喜歡的課程進行學習，這不僅可以及早的發(fā)現我們的喜好和特長，為我們的職業(yè)生涯做規(guī)劃有著重要的參考意義，同時對我們的基礎知識的培養(yǎng)也很重要，拓寬了我們的見識寬度，為今后的職業(yè)生涯奠定堅實的基礎。
參考文獻：
[1]劉界，黃冠，王冰潔.關于人工智能教育如何彌補當前教育缺陷的思考[J].內蒙古民族大學學報，2006，12（3）：50-51.
[2]焦加麟，徐良賢，戴克昌.人工智能在智能教學系統中的應用[J].計算機仿真，2003.20（8）.
[3]劉春玲，張煥生，郝國芬.BP神經網絡在教學評價中的應用[J].煤炭技術，2012，31（5）：231-232.
[關鍵詞]多媒體；教育技術：光技術；虛擬仿真
[中圖分類號]G40―057
[文獻標識碼]A
[論文編號]1009―8097(2009)13―0242―02
教學活動中，教師的主導作用不容忽視，教師是教學活動的組織者和引導者、是學習活動的評價者、是漸進層次學習的激發(fā)者；教學活動中“學生為主體、教師為主導”，教師現場的言傳身教尤為重要，不要指望單靠學生個別化學習、自我學習機械操作，再好的學習資源未必帶來預期的成效。而正確運用恰當的技術手段，實現師者，所以傳道授業(yè)解惑也，真正解決課堂和遠程等教學存在問題。本文將在以下進行探討。
一 光技術在多媒體虛擬仿真課堂教學的應用
從認識論來看，學習的本質是立體的、精神的、多向的、開放的。真實的學習是人與自然、與人相互作用，在開放系統中進行互動，而教育技術則要通過創(chuàng)建學習環(huán)境來達到目的。學習環(huán)境由內容、媒體(包括軟件和硬件)、人員(包括教育工作者和其他學習者)、方法和場所等要素組成，構成一個教育信息傳播的系統，即：傳播什么信息(內容)，通過什么來儲存和傳遞信息(媒體和人員)，如何傳遞(方法)，在哪里傳遞(場所)。在課堂上用何種技術、方法才能做到教師現場仿真的言傳身教、師生互動和教師的主導作用呢?有沒有一種理想的技術手段和方法能真實再現教學情景呢?本人認為采用光電三維成像技術能最好的虛擬仿真課堂真實的教學情景，促進學生個別化學習、自我學習。由于情景逼真，互動性好，虛擬地建立起與真實環(huán)境相近的學習場景，開發(fā)基于網絡的、具有自然語言理解與產生功能的“人一機”交互學習環(huán)境，對多個不同課室教學、網絡遠程個體或集中教學，尤其是在職成年人學習最佳。適應當今信息化發(fā)展進程，適應未來教學模式向著更深層次發(fā)展的要求。本文只從觀念技術的角度來探究光技術在多媒體虛擬仿真教學的應用，主要是在課堂教學，運用恰當的人工智能技術手段，再配合有線、無線、衛(wèi)星、微波等網絡通信技術，實現仿真互動，起到教師的主導作用，教師現場的言傳身教逼真，實現教育人性化的活動，再現與真實環(huán)境相近的學習場景，符合教育技術理論邏輯起點教與學的屬性。
二 光技術及其應用效果
1 光電子新技術
常說的光學是廣義的，是研究從微波、紅外線、可見光、紫外線直到X射線的寬廣波段范圍內的，關于電磁輻射的發(fā)生、傳播、接收和顯示，以及跟物質相互作用的科學。光學是物理學的一個重要組成部分，也是與其他應用技術緊密相關的學科。光電子技術是以先進探測器和激光器為基礎，由光學技術、電子技術、精密機械技術和計算機技術等密切結合而形成的一項高技術。它既改變了傳統光學的單純觀察功能，又大大擴展了電子技術的功能。由于光電子技術具有探測精度高、傳遞信息速度快、信息容量大、抗干擾和保密能力強等優(yōu)點，因而在軍事上得到了廣泛應用，在現代戰(zhàn)爭中已顯示了其特有的威力。
而光電子三維成像技術和全息攝影術不同，不需要依靠連貫的激光束產生圖像。它使用普通光束即可。普通照相機的鏡頭工作原理類似模擬計算機，通過程序的運行將外界傳來的信息(光線)轉換成平面媒介上(通常是膠片)的圖像。
[因特網消息1999年7月7日報道]，美國伊利諾依州大學電氣工程師大衛(wèi)布萊迪在數字計算機而非光學鏡頭的幫助下，利用射電天文學家繪制天空的數學方法從光線中提取出足夠的信息來生成三維圖像。研究人員用鹵燈照亮一只小小的塑料恐龍，將來自恐龍的光線分離成兩束。當這兩束光線再度會合時，它們相互干擾，雖然強度不如沒有受到過干擾的光線，但是所有的波型卻都很和諧。在恐龍模型轉動時，科學家們記錄下來了128種干擾波。這些干擾波中包含有該物體三維圖像的全部信息，計算機程序可以對它們作還原處理。
這項技術最大的優(yōu)點是無論景深多大，它都能保持清晰的聚焦，這一點與傳統光學鏡頭相比表現出極大的優(yōu)勢。決定圖像解晰度的唯一因素就是物體離開鏡頭的距離。這一特點使其對于三維顯微具有特別的應用意義。布萊迪設想他發(fā)明的技術可用來拍攝細胞在產生交互作用時的高清晰度圖像。共焦顯微技術采用的是掃描技術，聚焦平臺來回移動，以獲得細胞的細部信息，從而生成三維圖像。利用這種方法，當細胞在移動時，要拍攝到細胞的移動過程就是非常困難的。有了布萊迪發(fā)明的科學方法，記錄裝置就可利用排列成圓圈的光學感應器幫助研究人員記錄實時的三維數據。
科學家們指出，即使要拍攝的對象遠離感應器，這項技術仍然有用。麻省理工學院電氣工程師喬治說：“這個系統同樣可以用來拍攝籃球比賽的三維影片。如果你的家中有三維播放機，你就可以在虛擬現實狀態(tài)下觀看籃球比賽，觀看者會感覺自己仿佛就在場內一樣。”
2 光電三維成像技術在多媒體虛擬仿真課堂教學的具體應用及效果
現在的有線、無線、衛(wèi)星和微波等網絡遠程教學，學生面對的都是單向平面銀幕，一是沒有互動缺乏雙向交流，而是畫面平面呆板與真實情景差別太大，很難調動學生的興趣。就是普通的現場課堂教學，應用多媒體課件，也由于畫面內容很難反饋真實形象化的情景而大打折扣。如果能將課堂教學情景、課件內容立體可視化，再配合聲音、資源庫雙向互動，完全模擬真實情景，與現場無異，那將是教育教學新的飛躍。有什么適當的技術能實現刺激鼓勵指導學生的思考和自動學習方法呢?光電三維成像技術就能在課堂教學應用中虛擬仿真真實場景，而虛擬現實是指通過特殊的輸入設備和一些能實現三維圖形和三維音效的特殊輸出設備來模擬人和環(huán)境之間的交互技術。假如遠程課堂教學，通過有線、無線、衛(wèi)星、微波等通信傳輸，使用課堂多媒體光電三維成像設備，主教室和各分教室雙方的三維立體全息圖像便瞬間出現在對方面前，就好像一個真人站在你面前一樣，然后你便可以和他隨意交談，使用各種表情，那是一種呈現在空氣中的光學立體影像，不需要任何屏幕之類的媒質，不像今天的網絡衛(wèi)星遠程教學、可視電話還需要一個屏幕才能顯像。光虛擬現實技術可很好地應用到虛擬學習環(huán)境的建立。它可以虛擬地建立起與真實環(huán)境相近的學習場景，使學生似乎已處于真實環(huán)境之中。
當然，屏幕還有作用，顯示課件文本等其它信息。過去的所謂三維顯像技術顯示的并不是真正的三維圖像，而是在二維平面上利用人體肉眼的雙眼像差而虛擬出的“偽三維圖像”，長期觀看這種偽三維圖像，會損傷視力或造成視覺疲勞。這樣，教學所使用的各式方法(如演講法、問題教學法、設計教學法、復述背誦法、小組研討法、訪問式教學法、辯論法、座談研討法、甚至實驗教學)都能應用光電三維多媒體
虛擬仿真成像技術達成教學目標[手段]。當然，要真正將光技術應用于實踐非一朝一夕，但可以采取過度方法，如先實現屏幕顯示三維立體畫面，學生觀看而無需頭盔等輔助設備，能實現師生聲像遠程互動，虛擬地建立起與真實環(huán)境比較相近的學習場景，再隨光技術發(fā)展和實現，使學生似乎處于真實環(huán)境之中將成為現實。光電三維成像技術不但可以應用于多媒體虛擬仿真課堂教學，還可以應用在網絡遠程在線教學、虛擬學習社區(qū)等。由于有教師和學習者之間通過網絡進行社會交互的一種虛擬仿真環(huán)境建構，有強烈的社交真實感和虛擬社區(qū)歸屬感，不僅可增強學生的在線學習的持久性，提高學習績效，而且能加強合作和學習滿足感，提升合作學習水平?，F在，在線學習者只是獨立的個體，容易產生焦慮、逆反心理和喪失學習動力，會導致學習的挫折感和低效率。
3 采用中間件技術
中間件(middleware)是一種獨立的系統軟件或服務程序，分布式應用軟件借助這種軟件在不同的技術之間共享資源，中間件位于客戶機服務器的操作系統之上，管理計算資源和網絡通信。滿足大量應用的需要運行于多種硬件和OS平臺支持分布計算，提供跨網絡、硬件和OS平臺的透明性的應用或服務的交互支持標準的協議支持標準的接口。利用中間件技術，將多媒體虛擬仿真應用類似于中間件，任何設計制作軟件，包括現在應用的課程教學所需軟件，如PowerPoint、Photoshop、Dreamweavcr、Flash等，都可無縫應用。教師無需專門培訓，教學應用與以前無異，只是效果大為改觀，真實再現場景，其它技術工作則由人工智能管理平臺后的多媒體和課程制作人員負責，避免和改善教師計算機焦慮現象。
三 結合我校實踐探討多媒體人工智能課堂教學的管理模式
我?，F有四個校區(qū)，分布在越秀區(qū)、海珠區(qū)、番禺區(qū)和珠海市，多媒體課室有279間，都基本配置了多媒設備，部分校區(qū)具有初級的網絡多媒體教學平臺。網絡學院在省內有50來個教學點，上萬名在讀生，使用的是目前市場上唯一支持百萬級用戶的Blackboard網絡教學平臺。不過由于校區(qū)距離較遠，不少老師要長年往返于各校區(qū)上課，雖然教師身臨現場授課，但運作成本較高。網絡教學點分布較廣，學員分散，對學生來說，多媒體屬于模擬交際而非學生直接參與的自然交際，缺乏自然語言進行人際交流的環(huán)境。而遠程教育更需要互動和教師的主導作用，教師現場的言傳身教尤為重要。
未來的新型多媒體教學將是以多媒體技術、計算機技術、網絡通信技術、自動控制技術、傳感技術、光技術、人工智能和虛擬仿真技術等的有機結合，能夠全面整合網絡各種“資源”而形成先進的網絡多媒體教學平臺。在這種教學平臺上.多媒體教室不再是孤立的，它已融入到校園網教學系統中，并以校園網資源為“背景”構建出一個富有時代特色的現代化教學環(huán)境：即集教學、管理、娛樂為一體的“數字化校園”。多媒體課室是現代教學環(huán)境建設的重要組成部分，是教育技術信息傳遞的展示平臺，是教師了解、聯系、應用教育技術的橋梁。既然新型多媒體教學、特別是網絡課堂教學如此重要，一般的管理就遠不能適應現代化的課堂教學應用。
結合我校的教學實際，本人認為，未來的新型多媒體課堂教學將是一個系統集成，不但要從后端課堂教學管理考慮，還要聯系前端課件制作。即多媒體課室管理人員既要參與后端維護保養(yǎng)，也要了解甚至參與前端課件制作，這就需要先進的多媒體人工智能管理平臺管理，從制作到應用一條龍服務，時刻把握教師課堂教學需求的命脈，為管理和新技術應用于課堂教學提供依據。即教師只需在其中一個教室就可通過網絡開啟其它多個接收教室的多媒體設備(無須電教人員參與)，對教師上課教室實施“直播”方式，通過安裝在課室的特殊的多媒體光電三維成像、自動跟蹤拾音等攝錄設備，實現三維圖形和三維音效來模擬人和環(huán)境之間場景的拾取，多個教室通過特殊的輸入設備和一些能實現三維圖形和三維音效的特殊輸出設備，真實呈現在空氣中的主課室教學光學立體影像，各分教室還可以現場與主講教師交流。并同步錄制仿真教學內容，作為課件保存錄入資源庫中。網絡學院的學生可在課堂或家中電腦上，調用資源，遠程課堂上的特殊設備也真實呈現在空氣中的主課室教學光學立體影像，與現場無誤。人工智能管理平臺集中監(jiān)測、控制和管理，教師可在辦公室或家中的計算機上，利用人工智能管理平臺的多媒體教學系統，遠程開啟網絡教室，同在網絡多媒體教室中的學生們實現遠程點對點虛擬仿真場景答疑。可將多次答疑場景自動匯編入庫，與相關課程智能結合，當點播網絡虛擬課程，真實再現上課場景，學生有疑問時，可即時點擊提問，人工智能管理平臺隨即快速智能搜索虛擬課程答疑庫，如有相關知識即刻虛擬回復場景，如沒有隨即跳過繼續(xù)上課，而此問題現場攝錄保存到虛擬仿真場景答疑系統，在下次相關教師登陸遠程點對點虛擬仿真場景答疑系統時，人工智能管理平臺系統自動插入其中，與現場答疑無異，隨答疑量增多，人工智能管理平臺上的智能搜索虛擬課程答疑庫容量增大，將能即時回復大多數疑難需求。
四 結束語
信息時代的到來，社會節(jié)奏的加快，知識呈現出高速增長和快速更新之勢。隨著科學技術的發(fā)展，還會有更多的新技術應用在教育技術中，光技術就是其中重要的一項，21世紀將是光技術應用發(fā)展的時代。
參考文獻
[1]張祖忻.教育技術是一項解決教育問題的系統技術[J].現代教育技術，2006，(2)：5―10.
【關 鍵 詞】教育媒介；多媒體；形態(tài)
中圖分類號：G40 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5843（2012）05-0014-03
教育媒介是重要的教育物資之一，不僅反映了一個國家的經濟、技術發(fā)展水平以及對教育的重視程度，也反映了教育作為特殊的社會活動的專門化程度和一定的教育觀。正如葉瀾教授所說：“是一定教育觀的物質體現”。[1]教育媒介的形態(tài)演變是以科學技術的發(fā)展為基礎的，以技術的教育應用為切入點探索教育媒介的形態(tài)演變，實質上是探索教育自身形態(tài)與教育技術互動發(fā)展的歷程。筆者通過對技術與教育發(fā)展關系的梳理，認為教育媒介形態(tài)經歷了教具化、多媒體化、智能化、虛擬化等四個階段。不同階段的教育媒介實踐有不同的技術發(fā)展作為其支持，同時也代表了某種技術應用所蘊含的教育思想。
一、從《世界圖解》到 “恩物”：教育媒介形態(tài)教具化
教育形態(tài)教具化起源于或可追溯到近代歐洲的直觀教學。17世紀，著名的捷克教育學家夸美紐斯提出“讓一切學校布滿圖像”，“讓一切教學用書充滿圖像”，他竭力推進直觀教學，并編寫了一本插圖教科書《世界圖解》，夸美紐斯也因此獲得了“直觀教學之父”的贊譽。正如《世界圖解》，又叫《可見的世界》，夸美紐斯通過150張圖片的呈現讓遙遠的“世界”變得可見，使得原本只能靠教師用單調語言文字描述的世界場景以“直觀”而“真切”的方式展現在學生面前，通過這些圖解學生獲得了關于自然、生活、社會等等方面百科全書式的知識。[2]盧梭、裴斯泰洛齊等人也主張采用實物教學和直觀教學的方法。另一位教育學家福祿培爾吸收夸美紐斯、盧梭、裴斯泰洛齊教育思想的精髓, 創(chuàng)立了學前教育理論的體系，并創(chuàng)辦了世界上最早的幼兒園。他的主要功績還在于提出了幼兒游戲理論以及創(chuàng)制了“恩物”。福祿培爾仿照大自然的性質、形狀及法則特制了“恩物”以適應兒童教育的特殊要求。“恩物”是大自然的縮影，兒童利用“恩物”，通過各種游戲活動發(fā)展智力和體力，從中發(fā)現和掌握世界及其固有的秩序。[3]
無論是夸美紐斯的《世界圖解》還是福祿培爾其“恩物”，其核心思想就是“適應自然”。他們在各自的教育實踐過程中，不僅做到了教育理念和教學方法上遵循和順應兒童的天性，而且積極營造與自然融和、一體的環(huán)境。教育形態(tài)教具化的本質上還是“虛擬”模擬“真實”、“人工”模擬“自然”的一種方式，使得人類的教育擺脫了單純依賴口耳相傳和文字教材的初始狀態(tài)。
二、從視聽教育到教育技術：教育媒介形態(tài)多媒體化
教具化階段以實物作為教育媒介，大都可以稱之為視覺教育。到了20世紀20年代末，由于有聲電影和廣播錄音技術的發(fā)展以及在教育領域的應用，“聲音”也成為教育信息的載體，視覺教育進而發(fā)展為視聽教育。在聲音媒體方面，麥克風作為擴音教學媒體進入教室，使得大規(guī)模的集體授課或教育傳播成為可能，提高了教學效率，此外還有磁帶錄音機等等也作為新教學媒體輔助教學活動，直到發(fā)展到現在的數碼錄音筆以及MP3播放器等，這些聲音媒體設備在擴音教學應用、放音教學應用（音樂以及語音教學）等方面發(fā)揮重大作用；在圖形媒體方面，投影儀、視頻展示臺、數碼照相機等設備的使用推動了圖片教學法、實物投影法等新型教學法的誕生，而且在幻燈、投影教學中，通過聲音和圖形結合，做到聲畫同步，增強了教學效果；在圖像媒體方面，電視機、錄像機、攝像機以及激光影碟機的出現推動了第二代遠程教育——廣播電視函授教育的產生與發(fā)展；多媒體的出現推動了現代教育技術理論與實踐的發(fā)展，這種媒體集文本、圖形、圖像以及聲音等傳統信息載體于一體，具有集成性、控制性、交互性以及超文本與超媒體等特征，同時多媒體課件的開發(fā)成為教師工作內容的一個重要組成部分。[4]至此，教育媒體化推動教育信息化進入了快速發(fā)展的實質性階段，教育技術作為教育信息化的理論與實踐成為了教育的“制高點”。
三、從教學機器到智能教學系統：教育媒介形態(tài)智能化
美國麻省大學(University of Massachusetts Amherst)阿默斯特校區(qū)(以下簡稱麻省大學)是馬薩諸塞州立大學系統五個校園中的主校園,是美國知名的研究型大學。該校創(chuàng)辦于1863年,坐落在美國東部美麗的新英格蘭地區(qū)。
麻省大學計算機系成立于1964年,其研究生教育也有超過40年的發(fā)展歷史。由最初的3名教授發(fā)展到現在擁有43名教授,其中包括9名ACM計算機學會(Association for Computing Machinery)院士(Fellow)、4名電子和電氣工程師協會(IEEE)院士、5名人工智能學會(AAAI)院士和2名美國科學促進協會(AAAS)院士。麻省大學計算機系在人工智能、網絡與分布式系統、計算理論等多個領域的研究處于世界領先水平。作為美國知名的計算機系,麻省大學計算機系的教育理念是“培養(yǎng)下一代能以創(chuàng)新的方法解決真實世界問題的計算機科學家”(cs.umass.edu/grads/msphd-requirements)。在這個核心思想的指導下,該系非常注重對博士研究生的培養(yǎng),為了達到培養(yǎng)學生具備進行原創(chuàng)性科學研究(Original Research)的能力的教育宗旨,該系制定了一套非常嚴格的課程計劃,以培養(yǎng)學生堅實而廣博的基礎知識、良好的科學研究方法和思維習慣。麻省大學計算機系每年大約會收到1000份左右來自世界各國的優(yōu)秀學生的申請,攻讀其博士學位,而錄取的人數一般保持在30名左右。完善和嚴格的博士研究生培養(yǎng)體系、開放而先進的教育理念,使麻省大學計算機系成為全美最具有競爭力的計算機院系之一。
麻省大學計算機系招收兩種形式的博士研究生:碩士/博士連讀研究生和直博研究生。只有在美國其他大學獲得相應計算機碩士學位,并修完麻省大學計算機系認可的相關課程的學生,才有資格申請直接攻讀博士學位;否則,學生在錄取后必須經過碩士/博士的連續(xù)培養(yǎng)才能獲得博士學位。
無論哪種形式,麻省大學計算機系博士生培養(yǎng)大體分為兩個階段:博士生資格學習階段和博士生研究階段。博士生資格學習階段主要是對學生進行基礎知識培養(yǎng)和基本研究能力訓練。學生只有在通過博士資格考試論證,成為正式博士候選(PhD Candidate)人后,才能進入下一步的博士論文研究階段學習。以下是麻省大學計算機系對碩士/博士研究生的培養(yǎng)要求:
(1)Actively participate in research under the guidance of an advisor(在導師的指導下,積極參與研究)
(2)Satisfy 6 Core Requirements (完成6門核心課程的要求)
(3)Complete 42 course credits (core courses taken to satisfy core requirements are included)(完成42個課程學分,其中包括核心課程的學分)
(4)Complete a 6-credit MS Project (完成6個學分的碩士研究項目)
(5)Graduate with an M.S. Degree(申請獲得碩士學位)
(6)Pass the Department Qualifying Exam- Portfolio(通過博士資格考試)
(7)Form a Committee(成立答辯委員會)
(8)Propose a Thesis(提交博士開題報告)
(9)Complete 18 Dissertation Credits (完成18個學分博士論文)
(10)Pass the Teaching Assistant Requirement(完成助教的工作要求)
(11)Pass the Residency Requirement (at least 9 credits in back-to-back semesters) (完成連續(xù)兩個學期修9個學分的要求)
(12)Defend and Submit a Thesis (博士答辯和提交博士論文)
本文將以麻省大學計算機系為例,探討美國計算機專業(yè)博士研究生培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)――博士研究生課程教育體系的特點,以期為提高我國的計算機專業(yè)博士生教育提供借鑒。
2掌握牢固的理論知識是培養(yǎng)優(yōu)秀博士生的基礎
美國的計算機博士教育非常注重對學生基礎理論知識的培養(yǎng),為了使學生掌握牢固而廣博的基礎知識,麻省大學計算機系要求每個碩士/博士研究生必須修完6門博士核心課程,而且成績必須達到B+以上。這些核心課程分別屬于計算機科學的三大領域:理論(Theory)、系統(Systems)和人工智能(Artificial Intelligence),課程設置具體如下:
(1) 理論核心課:計算理論(Computation Theory)、高級算法(Advanced Algorithms)
(2) 系統核心課:有三組課程,分別是:
編譯技術(Compiler Techniques)、現代計算機體系結構(Modern Computer Architecture)
數據庫設計和實現(Database Design and Implementation)、高級計算機網絡(Advanced Computer Networking)、操作系統(Operating Systems)
高級軟件工程I(Advanced Software Engineering: Synthesis and Development)、高級軟件工程II(Advanced Software Engineering: Analysis and Evaluation)、程序設計語言(Programming Languages)
(3) 人工智能核心課程:高級人工智能(Artificial Intelligence)、機器人學(Robotics)、信息檢索(Information Retrieval)、不確定環(huán)境下的推理(Reasoning and Acting under Uncertainty)、增強型學習(Reinforcement Learning)、機器學習(Machine Learning: Pattern Classification)
根據不同的研究方向,學生可以在六門核心課程的選擇上有所不同,但為了加強理論基礎和掌握知識的廣度,無論哪個研究方向的學生,都必須修完兩門理論核心課程和一門高級人工智能課程,同時,再根據自己的研究方向選修其他三門核心課程。例如,一個系統方向的博士研究生除了修完以上兩門理論和一門人工智能課程以外,還必須修完來自于系統方向不同組的三門系統方向的課程;而一個人工智能方向的博士生則必須修完另外兩門人工智能方向的核心課程和一門系統方向的核心課程。
每門核心課程由教師講授一學期,其中每星期2次課,每次2小時,3個學分。根據內容不同,每門課程一般要安排5～8次書面作業(yè)、1次期中考試和1次期末考試。其中,對系統方向的課程來說,每個章節(jié)完成后一般還有一次課程項目設計(Course Project),主要要求學生實現相應的算法和進行性能評價。由于核心課程要求高,課程學習內容多,導師和系里會建議學生每學期選學不超過一門的核心課程,所有6門核心課程則在三年內完成。如果成績沒有達到B+,麻省大學計算機系允許學生重修該核心課;但是,如果學生在規(guī)定的博士資格考試申請時間前沒有通過全部的6門核心課,則不再具備繼續(xù)攻讀博士的資格。
嚴格的核心課程作業(yè)、考試制度和淘汰制度,不但使學生牢固掌握了計算機科學各領域的基礎知識,培養(yǎng)了學生勤奮刻苦的專研精神,而且極大地豐富了學生的視野,為學生進入實際科學研究打下了堅實的基礎。
3靈活而完善的博士生選修課程體系是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑
美國一流研究型大學博士生教育的目標是培養(yǎng)世界一流的科學家和拔尖創(chuàng)新型人才,為了實現這個目標,美國的博士生教育除了注重培養(yǎng)學生扎實和精深的基礎知識外,還非常注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和發(fā)現新問題的探索精神及能力。
如果核心課程體系的設置是培養(yǎng)優(yōu)秀博士生的基礎,是向學生傳授學科領域的重要基本知識和原理與技術,是學生全面掌握計算機基本理論與方法的重要途徑,那么,選修課的設置則是對學科基本知識的補充,是培養(yǎng)學生學習新的知識和了解并探索前沿研究方向,從而成為創(chuàng)新型人才的重要手段。
麻省大學計算機系的做法是,在博士研究階段,除了要求學生完成18個學分(6門)的核心課程學習以外,還要求完成24個學分(8門)的非核心課程(或稱為選修課)學習。這些選修課大多是關于本學科及相關專業(yè)前沿領域近3～5年的新研究方向、研究方法或新技術的相關內容的介紹,一般由教師在每學期開學前提出新的課程計劃,學生則根據自己的研究興趣和職業(yè)目標自由選課。通過課程的學習,學生能在最短的時間內了解本學科相關領域的最新研究現狀,更重要的是,在課程的學習過程中,教授會將許多新出現的問題在課堂上和學生討論,同時,通過2～3個課程項目培養(yǎng)學生獨立(或合作)解決新問題的能力,以及教會學生各種探索問題的研究方法。
在教學模式上,可以采用由教授主講的傳統方式,也可以采用以討論為主的方式。以教授為主講的教學模式在此就不再贅述,以下著重描述以討論為主的選修課教學模式。
以討論為主的Seminar是美國計算機院系的教授最常用的選修課教學模式。Seminar的課程設置沒有固定模式,但通常有以下幾方面的特點。
第一,課程的選題一般是近年新出現的有代表性的前沿研究課題。
第二,課程內容的選擇一般來自近年來該領域頂級國際會議的專題論文。
第三,課程內容的組織由教師完成。教師在確定題目后,一般會根據論文的情況將討論的內容分為多個子專題,每個子問題由3～4篇論文組成。課程的開始一般是綜述性的論文或在該領域出現的最早的學術論文,其目的是探討該研究方向出現的新的應用背景需求和所帶來的新的挑戰(zhàn)。其后的每個子專題則將對具體問題和方法進行深入探討。
第四,選課的學生人數一般在20～30人左右,而且通常是由學完了核心課程以后的高年級博士生組成。學生人數太少,論文的覆蓋面可能太小;學生太多,可能導致討論的深度不夠。同時,只有學完了基本理論后,學生才有可能具備較深入分析問題的能力。在Seminar的學習討論中,找到新的研究問題也是該課程設置的重要目的之一。
第五,課堂教學的模式基本上是教師和學生互動的教學方式。教師在第一節(jié)課引導學生對該領域的基本問題有了初步認識后,學生將對每篇論文進行評估(Review)、宣講(Presentation)和進行課堂討論。每篇論文的宣講時間是25～30分鐘,課堂討論時間是10～15分鐘。其中教師將引導學生對論文中所研究的問題和關鍵技術進行深入討論,學生參與討論的情況將作為課程考核的重要依據。
選擇合適的題目并對教學討論的內容(論文)進行篩選和組織對開課教師的要求非常高。為了準備一門新的Seminar課,教師一般需要預先通讀該研究方向所有重要國際會議的相關論文,然后根據不同的研究問題對論文分類,并將其中有代表性的論文提煉出來,作為課程學習的論文。在課程項目的設置上,教師會事先準備一些題目,如對某些算法的實現、評估和改進,實現原形系統等,同時也非常鼓勵學生在論文討論的過程中有針對性地提出自己的見解和新的解決問題的方法。
4合理的課程學習安排是培養(yǎng)高質量博士生的有效保證
美國的博士教育是以博士生的最終質量為評判標準,而不是以年限來規(guī)定學生的畢業(yè)時間。在美國計算機專業(yè),培養(yǎng)一個碩士/博士生一般需要至少5年時間。由于強調博士生專業(yè)知識學習的深度和廣度,在整個博士學習階段,博士生都會積極參與課程的學習,并盡可能地將研究項目中的問題和課程學習聯系起來,用所學到的方法或思路來解決新問題。
以麻省大學計算機系為例,雖然學生的背景不同,但為了在保證質量的前提下幫助學生用最短的時間順利完成博士課程要求和博士論文要求,系里建議學生按如表1所示的時間表安排整個博士階段的學習計劃。
麻省大學計算機系不但在本系有完善的研究生課程體系,學生可以根據自己的研究興趣和職業(yè)規(guī)劃來自由選課,而且也鼓勵學生在其他相關院系選修本系沒有開設但對研究有用的課,如數學系或電子工程系的高級課程。總之,美國博士教育的一個重要特點是強調基礎知識的學習,鼓勵學生以積極的態(tài)度參與到課程的學習中,同時訓練學生在課程學習的過程中逐步學會發(fā)現問題和研究問題的方法。
5啟示和建議
美國的博士教育強調堅實的基礎理論知識、完善的知識體系和用于探索與創(chuàng)新的研究能力,而這些恰恰是決定博士畢業(yè)生日后發(fā)展?jié)摿Φ年P鍵。長期以來,我國計算機博士教育主要是通過參與科研項目的形式來對學生進行培養(yǎng),這種“研究項目驅動型教育”在我國恢復研究生教育的初期起到了很好的推動作用,培養(yǎng)了大批科研人才。但隨著教育本質的回歸和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要,從總體來看,我國的這種單純強調研究項目的教育模式培養(yǎng)的博士生,質量與國際先進水平相比還有一定的差距。由于沒有嚴格的博士課程要求和淘汰制度,學生在學習階段往往會忽略對基礎知識的學習和對知識結構的完善。長此以往,必然會影響博士生的研究水平和發(fā)展?jié)摿?最終將會影響國家的整體創(chuàng)新能力。
筆者建議,為了使學生掌握牢固的專業(yè)基礎知識,同時培養(yǎng)學生在某一學科領域的研究興趣和基本的研究能力,應該首先強調核心課程體系的建設,不論哪個方向的學生都必須通過一定數量的核心課程的學習,如算法、分布式操作系統、人工智能等,這些核心課程應由教師來講授;同時,應嚴格課程的考核制度和課程評價體系。對于選修課,由于其主要目的是擴展學生的視野,培養(yǎng)學生分析問題和研究問題的能力,所以應借鑒國內外Seminar課程的成功經驗,積極有效地激勵教師和學生共同上好Seminar課。
博士生教育是一項復雜而艱巨的系統工程,而其中的課程學習是研究生培養(yǎng)中非常重要的一個環(huán)節(jié),如何通過嚴格的培養(yǎng)機制和靈活的培養(yǎng)方法,在給學生傳授基礎知識的同時培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力;如何將合理的研究生課程體系和研究項目結合起來,嚴格博士生培養(yǎng)機制,完善博士生資格評估體系,從制度上保障博士研究生的質量;以及如何真正教會學生探索科學基本問題的方法,培養(yǎng)學生良好的科研習慣和勇于開拓創(chuàng)新的精神等,是我們在計算機學科建設中應該進一步思考的問題。
（桂林電子科技大學計算機科學與工程學院，廣西桂林541004）
摘要：針對離散數學課程中的數理邏輯教學，分析計算思維與數理邏輯之間的內在關系，從計算思維的角度對數理邏輯教學內容進行梳理，論述如何將“對問題進行抽象建模一形式化一自動化一分析評估”這一思維模式貫穿于教學過程中，以及如何在教學中強調計算思維的基本概念和基本方法。
關鍵詞 ：計算思維；數理邏輯；抽象；形式化；自動化
文章編號：1672-5913(2015)15-0031-05
中圖分類號：G642
第一作者簡介：常亮，男，教授，研究方向為知識表示與推理、形式化方法，changl@guet．edu．cn。
0 引 言
對計算思維能力的培養(yǎng)已經成為新一輪大學計算機課程改革的核心導向。如何從計算思維的角度重新梳理和組織計算機相關課程的教學內容，如何在教學實施中培養(yǎng)學生的計算思維能力，是近年來計算機教育者熱烈探討的問題。
數理邏輯是計算機專業(yè)核心基礎課程離散數學中的主要教學內容，不僅為數據庫原理、人工智能等專業(yè)課程提供必需的基礎知識，更對培養(yǎng)學生的抽象思維能力和邏輯思維能力起著重要作用。
1 計算思維
計算思維運用計算機科學的基本概念來求解問題、設計系統和理解人類行為，包括一系列廣泛的計算機科學的思維方法。根據卡內基·梅隆大學周以真( Jeannette M．Wing)教授的設想，一個人具備計算思維能力體現在以下幾個方面：給定一個問題，能夠理解其哪些方面是可以計算的；能夠對計算工具或技術與需要解決的問題之間的匹配程度進行評估；能夠理解計算工具和技術所具有的能力和局限性；能夠將計算工具和技術用于解決新的問題；能夠識別出使用新的計算方式的機會；能夠在任何領域應用諸如分而治之等計算策略等。在計算思維所包含的諸多內容中，最根本的內容是抽象和自動化。
在計算機專業(yè)相關課程的教學中，為了培養(yǎng)學生的計算思維能力，我們認為一種有效的途徑是從問題出發(fā)，抓住抽象和自動化這兩個核心內容，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題和對解決方案進行評估的能力。同時，我們提煉出計算機學科以及各門具體課程中涉及的基本概念和思維方法，在教學過程中有意識地強化學生對這些基本概念和思維方法的理解和掌握。
2 基于計算思維的數理邏輯數學內容組織
數理邏輯應用數學中的符號化、公理化、形式化等方法來研究人類思維規(guī)律。從廣義上看，數理邏輯是數學的一個分支，包括證明論、集合論、遞歸論、模型論以及各種邏輯系統等5部分。我們在這里談的是狹義的數理邏輯，即大學計算機相關專業(yè)學習的數理邏輯基礎。
數理邏輯與計算機科學有著非常密切的關聯。無論是在ACM和IEEE-CS聯合攻關組制訂的《計算教程CC2001》中，還是在中國計算機學會教育委員會和全國高等學校計算機教育研究會聯合制定的《中國計算機科學與技術學科教程2002》中，數理邏輯都是計算機相關專業(yè)的核心知識單元。對于計算機相關專業(yè)來說，數理邏輯的教學內容主要是命題邏輯和一階謂詞邏輯這兩個基礎的邏輯系統。針對這兩個邏輯系統，傳統的教學大綱主要從語法、語義、等值演算、形式證明系統等4個方面安排教學。在開展教學的過程中，教師強調的主要是培養(yǎng)學生的抽象思維能力和邏輯思維能力。然而，從學生的角度看，這兩種能力本身都是抽象的口號，處于大一或者大二階段的學生難以將這些知識點與計算機科學聯系起來，感覺不到數理邏輯在計算機科學或者將來工作中的具體應用，從而缺乏相應的學習興趣。
數理邏輯中的許多思想都與計算思維有著異曲同工之妙；最為明顯的是數理邏輯和計算思維都強調抽象及形式化。在關于離散數學課程的教學實踐中，我們已經把計算思維的諸要素或多或少地滲透到包括數理邏輯在內的培養(yǎng)方案和教學大綱中，但尚未上升到以培養(yǎng)計算思維能力為導向的高度。
在明確將培養(yǎng)計算思維能力作為一個新的教學目標之后，我們從計算思維的角度對數理邏輯教學內容重新進行梳理。具體來說，在計算思維的指導下，我們以問題求解作為出發(fā)點，抓住抽象和自動化這兩個核心內容，按照“對問題進行抽象建模一形式化一自動化一分析評估”的主線來組織數理邏輯教學，培養(yǎng)學生應用計算思維分析問題和解決問題的能力。與此同時，在教學實施的過程中，盡可能地提煉出各個知識點中關于計算思維的基本概念和基本方法，把計算思維貫徹到每堂課中。
2.1 從問題出發(fā)引入數理邏輯
在傳統的數理邏輯教學中，開篇的內容就是對命題進行符號化，但許多學生并不清楚為什么要進行符號化。在計算思維的引導下，我們可以通過如下兩個問題來引人數理邏輯。
第一個問題是萊布尼茨創(chuàng)立數理邏輯時的理想：把推理過程像數學一樣利用符號來描述，建立直觀而又精確的思維演算，最終得出正確的結論。形象地說，當兩個人遇有爭論時，雙方可以拿起筆說“讓我們來算一下”，就可以很好地解決問題。為了實現萊布尼茨的理想，基本思路是首先引入一套符號體系，將爭論的內容嚴格地刻畫出來；其次規(guī)定一套符號變換規(guī)則，借助這些符號變換規(guī)則，將邏輯推理過程在形式上變得像代數演算一樣。
第二個問題是人工智能中的知識表示和知識推理。人工智能中的符號主義學派認為，人的認知基元是符號，認知過程就是符號操作過程；知識可以用符號表示，也可以用符號進行推理，從而建立起基于知識的人類智能和機器智能的統一理論體系?；谶@種思路，為了在計算機上實現智能，我們首先需要將知識用某套符號體系表示出來，然后在此基礎上通過算法進行知識推理，最終實現智能決策等一系列體現智能的功能。
從上述兩個問題出發(fā)，我們可以將命題邏輯和一階謂詞邏輯當作兩個工具來引入。與此同時，對于這兩個工具來說，應用它們來解決問題的過程又可以被分解為符號化表示和符號化推理兩個階段。因此，我們最終可以從兩個維度上引入數理邏輯：一個維度是命題邏輯和謂詞邏輯兩個工具，另一個維度是符號化表示和符號化推理兩個過程。與傳統的直接介紹數理邏輯形式系統的方式相比，這種從問題出發(fā)的引入方式與計算機專業(yè)學生的思維方式即計算思維一致。
2.2 從形式化的角度組織教學內容
作為徹底的形式系統，數理邏輯為培養(yǎng)計算思維中的抽象思維能力提供了非常好的素材。從形式系統自身的角度來看，我們還可以將語法和語義兩個內容獨立出來。在此基礎上，我們用表1對計算機相關專業(yè)數理邏輯部分的學習內容進行概括。
表1列出的知識點與《計算教程CC2001》《中國計算機科學與技術學科教程2002》中關于數理邏輯的知識點一致。借助這張表，可以讓學生對數理邏輯部分的學習內容形成一個清晰、全面的認識。在教學過程中，每開始一個新的章節(jié)，我們都可以呈現這張表，幫助學生知道接下來的學習內容處于哪個位置，并且加深他們對計算思維中抽象和建模的印象。
需要指出的是，在廣義的數理邏輯中，介紹形式演算系統時通常是指公理推理系統。公理推理系統從若干條給定的公理出發(fā)，應用系統中的推理規(guī)則推演出系統中的一系列重言式。公理推理系統可以深刻揭示邏輯系統的相關性質以及人類的思維規(guī)律，但從計算思維解決問題的角度來看，我們并不關注公理推理系統。在知識推理中，我們關注的是從任意給定的前提出發(fā)，判斷能否應用推理規(guī)則推演出某個結論；我們并不要求這些前提和結論是重言式。因此，對于計算機專業(yè)的數理邏輯來說，我們關注的是自然推理系統，即構造證明法。計算思維為我們選擇自然推理系統而不是公理推理系統提供了一個很好的視角。
2.3 在數理邏輯中強調自動化
表1的知識點充分體現了計算思維中抽象和對問題建模求解的思維方式，但計算思維中的自動化尚未體現出來。在學習了構造證明方法之后，學生一般會形成一個印象，認為構造證明法使用起來簡單方便，與人們的直觀邏輯思維一致，但使用過程中需要一定的觀察能力和技巧。與之相反的是，計算思維希望能夠通過算法實現問題的自動求解。
實際上，在廣義的數理邏輯中已經存在許多自動化證明方法，其中最為典型的是歸結推理方法和基于Tableau的證明方法。為了判斷能否從給定的前提推導出某個結論，我們同樣可以采用歸結推理方法或者基于Tableau的證明方法。具體來說，我們首先對擬證明的結論進行否定，將該否定式與所有前提一起合取起來，然后判斷所得到的合取式是否為可滿足公式；如果不可滿足，則表明可以從給定的前提推導出結論，否則表明所考察的結論是不能得出的。換句話說，前提與結論之間是否可推導的問題被轉換為公式可滿足性問題來解決。
歸結推理方法最早于1965年由Robinson提出，是定理證明中主流的推理方法?！队嬎憬坛藽C2001》和《中國計算機科學與技術學科教程2002》都將其列為人工智能課程的一個重要知識點。由于許多學校都是將人工智能作為選修課來開設，因此許多學生都沒有機會接觸和學習。實際上，在數理邏輯的教學實踐中，只需要很少的課時就可以把歸結推理方法講授清楚。具體來說，在講授完構造證明法中的歸謬法之后，只需要補充介紹歸結原理這一條推理規(guī)則就可以了，最多只花費半個課時。當我們用簡潔的算法把歸結推理方法描述清楚，讓學生直觀感受到機械化的證明過程之后，學生對計算思維就有了更進一步的認識和掌握。在有條件的情況下，還可以讓學生上機實現命題邏輯的歸結推理算法。
基于Tableau的證明方法出現的時間早于歸結推理方法，最初在1955年就被Beth和Hintikka分別獨立提出，之后Smullyan在其1968年出版的著作中進行了規(guī)范描述。Tableau方法的基本思想是通過構造公式的模型來判斷公式的可滿足性。雖然Tableau方法使用的推理規(guī)則不只一條，但每條推理規(guī)則都直觀地體現了邏輯聯結詞的語義定義。Tableau方法在早期沒有受到太多關注，但最近十多年來，隨著描述邏輯成為了知識表示和知識推理領域的研究熱點，在描述邏輯推理中發(fā)揮出優(yōu)異性能的Tableau方法得到了越來越多的關注。鑒于此，在講授完構造證明法和歸結推理方法之后，我們也向學生簡單描述了Tableau方法，引導學有余力并且對學術前沿感興趣的學生在課后自學。
2.4 在分析評估中強化計算思維
在講授數理邏輯的過程中，我們還可以從許多知識點提煉出計算思維的內容，把計算思維貫徹到每個具體的教學內容中。我們列舉體現計算思維的4個典型內容進行探討。
首先，命題公式和謂詞公式的語法定義為計算思維中的遞歸方法提供了經典案例。實際上，除了公式的語法定義外，數理邏輯中在對語義的定義、對語法與語義之間關系的研究、對算法正確性的證明、對算法復雜度的分析等各項內容中都用到了遞歸。由于課時的限制，我們不能在數理邏輯教學中對其展開，但可以點出這個情況，讓將來可能繼續(xù)攻讀碩士或博士學位的學生留下一個印象。
其次，當我們講授了用歸結推理方法或者Tableau方法進行自動推理和問題求解之后，從計算思維的角度看，一個很自然的想法是想知道這種解決方法的求解效率。因此，我們可以對命題邏輯中推理算法的復雜度進行分析。由于我們已經把歸結推理方法通過非常簡潔的算法呈現在學生面前，因此只需要進行簡單的口頭分析就可以得出最壞情況下的算法復雜度，讓學生知道命題邏輯的公式可滿足性問題是NP問題。到此為止，在對命題邏輯進行講授的過程中，我們引導學生完成了“對問題進行抽象建模一形式化一自動化一分析評估”的完整流程。如果在后繼課程中再反復重現這個流程，將可以把這種思維模式固化到學生大腦中，使得計算思維成為他們日后解決新問題的有效工具。
第三，在講授完命題邏輯之后，我們可以用著名的蘇格拉底三段論作為例子來引入謂詞邏輯。首先我們用命題邏輯對“所有的人都是會死的”“蘇格拉底是人”“蘇格拉底會死的”進行符號化，然后展示在命題邏輯下無法從兩個前提推導出后面的結論，從而說明命題邏輯在表達能力上的局限，進而闡述引入一階謂詞邏輯的原因和思路。從計算思維的角度看，這個過程體現了如何選擇合適的表示方式來陳述一個問題，以及如何確定對問題進行抽象和建模的粒度，此外，這個例子還讓學生直觀感受到了計算工具所具有的能力和局限性。
最后，在講授完一階謂詞邏輯的推理之后，我們可以介紹一階謂詞邏輯的局限，即一階謂詞邏輯是半可判定的，一階謂詞邏輯的歸結推理算法不一定終止。從計算思維的角度看，這個結論給了我們一個很好的例子，可以引導學生分析哪些問題是可計算的，哪些問題是不可計算的。在此基礎上，我們進一步闡述邏輯系統的表達能力與推理能力之間存在的矛盾關系：一階謂詞邏輯在表達能力上遠遠超過命題邏輯，但其推理能力僅僅為半可判定；命題邏輯可判定，但描述能力不強。從計算思維的角度看，此時我們可以引入“折中”這個概念，訓練學生在解決問題的過程中抓住主要矛盾，忽略次要矛盾。更進一步地，我們向學生簡單介紹目前作為知識表示和知識推理領域的研究熱點的描述邏輯：早期的描述邏輯通常被看做一階謂詞邏輯的子語言，在表達能力上遠遠超過命題邏輯，但在推理能力上保持了可判定性。這些補充內容既能讓學生接觸到學科前沿，又能幫助學生深刻理解如何根據問題的主要矛盾來選擇合適的工具。
3 結語
總的來說，數理邏輯很好地詮釋了計算思維并為其提供了生動的案例。將數理邏輯的教學與計算思維培養(yǎng)結合起來，一方面可以從計算思維的角度重新審視和組織數理邏輯的課堂教學，取得更好的教學效果；另一方面能加強對計算思維能力的培養(yǎng)，使學生能夠更好地應用計算思維來解決問題。
計算思維的培養(yǎng)不是通過一兩門課程的教學就能解決的問題，而是應該貫穿于所有的專業(yè)課程教學中。要實現這個目標，要求授課教師不僅僅照本宣科以教會學生課本上的知識為目的，而要能夠從計算思維的高度來看待所講授的課程，對所講授的課程中含有的計算思維基本概念、方法和思想不斷進行提煉，從計算思維的角度對課程進行重新梳理和建設。進行教學改革的目標是要更好地培養(yǎng)學生的計算思維能力，在實施教學改革的過程中，授課教師的計算思維能力也得到不斷的提升和加強。
參考文獻：
[1]教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會．計算思維教學改革宣言[J]．中國大學教學，2013(7): 7-10．
[2]李廉，以計算思維培養(yǎng)為導向深化大學計算機課程改革[J]．中國大學教學，2013(4): 7-11.
[3]常亮，徐周波，古天龍，等，離散數學教學中的計算思維培養(yǎng)[J]．計算機教育，2011(14): 90-94.
[4]丁金鳳，李英梅，徐建山，等．基于計算思維的程序設計類課程教學實踐[J]．計算機教育，2012(15): 65-68．
[5]周虹，傅向華，王志強，等．基于計算思維的計算機圖形學教學改革[J]計算機教育，2013(5): 55-58．
[6]李文生，吳舜歆．面向計算思維能力培養(yǎng)的程序設計課程[J]計算機教育，2014(3): 57-60．
關鍵詞：智能控制；雙語教學；教學實踐
作者簡介：陳志楚（1976-），男，湖北仙桃人，湖北汽車工業(yè)學院電信學院，講師。（湖北 十堰 442001）
中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）34-0077-02
隨著全球經濟一體化以及信息處理手段網絡化的發(fā)展，世界各國高等教育正在經歷深刻的變化。中國高等教育的發(fā)展也正在經歷教育方式國際化和人才培養(yǎng)綜合化。而社會對于掌握專項技術同時又可以熟練使用英語進行國際交往和合作的高級復合型人才的需求也使得當前高等院校中的雙語教學方興未艾。
當前隨著我國入世和國際貿易交流的發(fā)展，全方位發(fā)展的高素質工科人才不僅需要面對大量的工程問題，同時也會遇到使用國際通用語言——英語的問題。能夠閱讀和查找最新說明書和工程資料，與同行溝通交流和解決問題，這些都是高校教育的目標。采用雙語教學，引進外文教材，使用英語、漢語來講授專業(yè)內容，讓學生可以接觸到較先進的內容和理念的同時，增強使用英語閱讀交流專業(yè)知識的能力；同時可以促進教師的教學方式和學校相關課程設置的發(fā)展，是“一舉多得”的教學改革。
智能控制作為高校機械工程及自動化專業(yè)的一門專業(yè)課程，是在人工智能及自動控制等多學科基礎上發(fā)展起來的新興交叉學科，是控制理論發(fā)展的高級階段。對于控制理論及控制工程等領域的本科生來說，需要通過該課程掌握智能控制的基本理論并逐步學會智能控制的應用。通過這些內容的學習，使學生了解智能控制的基本結構、各類主要智能控制方法的基本知識，掌握模糊控制與神經控制的基本理論、算法和基本設計方法，并為今后智能控制系統的設計、運行打下一定基礎。
湖北汽車工業(yè)學院堅持特色興校、教育創(chuàng)新，注重個性發(fā)展，著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。在本科教育上緊緊圍繞培養(yǎng)創(chuàng)新型應用人才為目標，堅持走產學研道路，積極推進本科教改，全面推進教學改革，提高教學與教研的整體水平，不斷提高人才培養(yǎng)質量。湖北汽車工業(yè)學院自動控制教研組在省級精品課程“電工電子技術”的基礎上，以“智能控制”課程作為教學試點，開展了雙語教學的一系列教學實踐。
雙語教學是使用外語進行的非語言專業(yè)類課程教學。雙語教學在高校中廣泛開展的同時也遇到了相當多的問題。在課堂中由于雙語的引入，引起了思維方式的轉變，學生的學習內容和教師的備課工作量都大為增加；學生英語水平參差不齊和教師的英語能力有限造成課堂專業(yè)課信息量減少，缺乏師生互動，教學效果受到限時。筆者一直任教控制類課程專業(yè)課程教學，并從事過英語教學多年，在開展“智能控制”課程雙語教學教學實踐活動中總結了一些經驗。
一、教材的選用
雙語教材的選用是關系到雙語教學質量的大事。在選擇教材時，應以實用、適用和學生的承受能力為主要參照。引進的原版教材一定要是優(yōu)質的，同時也應是內容比較新的。各個學校和各個院系可以根據自己的需要進行優(yōu)選。原版教材注重啟發(fā)學生思考和動手實踐，善于由淺入深地敘述和展示理論、原理，并非常注意實驗和技術應用。但是原版教材也存在課程體系和大綱與國內不符，同時內容過淺的問題。而國內教材從內容、知識結構和難度上都較符合學生的認知水平和規(guī)律，知識體系清楚完整，敘述嚴謹，擅于概念和理論推導。所以在教材的選擇上，不應完全排斥中文教材，教師應在吃透教學內容的前提下充分發(fā)揮兩者的長處，組合使用。而學生也可以在使用一兩本主教材的基礎上，同時閱讀多本參考教材，以幫助理解，激發(fā)求知欲。
考慮到多數高等學校第五或第六學期開設智能控制課程，其前序課程有“自動控制”、“現代控制”和“過程控制”作為基礎，所以其內容和前面課程有較強的連貫性。因此，為開展“智能控制”雙語教學，筆者將在前面部分回顧控制理論的主要內容作為引入智能控制方法的基礎，并向學生推薦課下閱讀控制理論的經典教材，比如Dorf的《Modern control System》（國內有影印版）等?！爸悄芸刂啤闭n程本身內容非常龐雜，涉及領域也很廣，故教材也是風格迥異。模糊控制方面的教材有Kevin M. Passino etc.的《Fuzzy Control》等，神經網絡控制方面的教材有Kevin Gurney的《An Introduction to Neural Networks》等，但符合國內“智能控制”大綱的教材非常少，而且國內改編和自編教材基本沒有?？紤]到課程本身的特點，筆者采用了“原版教材和中文教材結合，主要教材和參考教材結合”的方式。筆者在課程中外文教材主要采用Alexander M. Meystel和James S. Albus等的《Intelligent Systems：Architecture，Design，Control》。該書是智能控制領域的著名教材，它回顧了整個學科的發(fā)展，同時從理論和技術兩個方面全面講述了智能控制系統的構造、設計和實用。國內出版社有影印版出版，并同時有原文和中文翻譯兩個版本方便學生閱讀。易繼鍇的《智能控制技術》作為主要中文參考教材。該書對于各個知識點的講述比較清晰透徹。除此之外，在課程教學過程的不同階段，鼓勵學生通過圖書館或者網絡自由選用、閱讀更多的外文教材和中文參考教材。
二、教學內容的選擇
不論是否采用雙語教學，課程最后的教學效果是關鍵。由于雙語教學在語言理解上花費了學生和老師大量的精力，這樣在教學內容的選擇上就更顯得尤為重要。應在內容上選擇符合大綱、重點難點為主的知識，并在這些知識點上增加教學投入時間?！爸悄芸刂啤笔且婚T國內開展較晚的課程，由于其涵蓋模糊系統、神經網絡、優(yōu)化算法和專家系統等諸多智能算法和應用控制方法，所以教學上不可能做到面面俱到，只能是擇優(yōu)而取。參照國外很多著名大學（諸如麻省理工學院、加州理工大學等）的教學課程安排，基本上沒有專門的“智能控制”課程，而是各個系會針對學生所學專業(yè)需要開展相應的課程，例如“針對模式識別的神經網絡算法”或者“機器學習中的模糊控制”等等。依據湖北汽車工業(yè)學院和自動化專業(yè)的具體情況，“智能控制”主要是對各類控制算法的原理和應用領域進行介紹，讓學生對其有總體的了解和認識，使其能在實踐中運用?；诖四康?，筆者主要講授的內容為緒論（智能控制的發(fā)展歷史）、模糊控制理論基礎、模糊控制系統、神經網絡模型、神經網絡控制論和集成智能控制系統。
由于課程學時較少，每個知識點的學時有限。這樣，每種智能控制方法以介紹講述為主，但不作詳細的分析和過多的數學推導。比如在講述模糊控制的模糊推導系統時，推理方法有蘊含積、蘊含最小和Mamdoni方法等各種推理方法，在講授時以應用最多的Mamdoni方法為主介紹原理，其他方法只需了解。為使得學生能夠理論聯系實際，特為本課程增加實驗環(huán)節(jié)，并專門開設“智能控制”實驗，安排實驗學時及老師等資源配置，以保證實驗效果。學生需要利用Matlab或者C及其他編程語言分別針對倒立擺和水箱水位控制等多個控制對象使用神經元控制、模糊控制、專家控制等不同的智能控制手段進行仿真分析，以驗證課堂內容。比如針對水箱水位控制學習，采用學生分組，每個小組通過討論確認選擇不同算法，可采用神經元控制、模糊控制、模糊控制和專家控制結合等各類方法。最后測試結果，分析原因。通過這樣的實踐活動可以提高學生對書本內容的直觀理解，增加學習熱情。
三、教學方法的改進
“智能控制”課程涉及到控制論、人工智能和運籌學等諸多交叉學科，而其中每個學科的內容都十分龐雜。一味介紹講述容易使學生像聽“科普課”，興趣很大但實際意義不大，無法指導實踐；而針對某個知識點講述過深過難，本身學時不夠，會造成學生的畏難情緒且無法讓學生形成對課程的整體理解。雙語教學既有很多優(yōu)點，但要教好也存在學生不易理解等諸多難題。為此，筆者和課題組老師針對這些問題展開了一系列教學改革和探索。
1.教學課件使用英語制作，主要使用英語講述
雙語教學要提高學生英語的閱讀、溝通和交流能力，教師首先要使用英語教材和英語課件，并使用英語來“教授”課程。但是考慮到英語并非母語，可在重要專業(yè)術語初次出現時旁邊加注漢語。并在介紹和描述概念時主要使用英語，但不應盲目排斥使用漢語。在需要師生互動的時候，如果學生反映理解有困難，可以使用漢語舉例子或者使用比喻、講故事等方法以幫助學生理解。
2.多使用課堂多媒體演示
智能控制效果單獨通過講述智能控制方法會讓學生覺得枯燥，而利用多媒體來對某個控制算法進行軟件仿真和演示就可以直接形成“感觀”意識，從而加深學生對于課程內容的印象。例如針對智能洗衣機的模糊控制，可以使用Matlab結合Simulink和Labview等軟件對分別進行使用不同形狀隸屬度和不同模糊推理方法的仿真，最后控制的效果可以通過仿真展現在學生面前，激勵學生自己通過實驗得到真實結果來對比并展開討論。
3.增加實驗教學環(huán)節(jié)
本課程之前由于學時的限制，僅限于理論教學。為增強教學效果，特增加神經元控制和模糊控制等多個實驗，并在實驗驗收階段增加小組答辯等環(huán)節(jié)，以增加學生的實踐技能和分析研究問題的能力。
四、課程考核的改進
雙語教學不同于普通英語教學、專業(yè)英語教學，它以掌握專業(yè)知識和技術為主要目的。但是雙語教學課程既然以培養(yǎng)學生的全面素質為目的，那么在最終成績的考核體系上就需要綜合各類因素，盡可能全面公平公正地給予學生評價。傳統的“智能控制”課程考核方法僅限于試卷考試，主要是概念論述和公式推導演算，無法全面評價學生的能力水平。試卷中無法涵蓋學生對于專業(yè)基礎知識的掌握情況，也無法提供學生在學習探究以及采用雙語教學后英語應用能力的測試結論。
本課程現已轉變?yōu)樵嚲砜荚嚒⒃囼灴疾楹酮毩蟾娴榷喾矫娼Y合的課程考核方法。除去卷面考試分數外，學生可以通過以下途徑獲得加分：閱讀相關外文文獻并作出閱讀報告或完成英語口述演示；學生通過獨立或小組實驗并根據實驗結果作出實驗分析報告且完成答辯。這些教學改革意在全面考查學生的理解和實踐能力，鼓勵學生分析研究和創(chuàng)新。學生不僅要掌握智能控制的控制思想和方法方面的知識，還要能使用英語閱讀和表達，并通過試驗和獨立研究實現自己的控制理念。
五、結束語
筆者通過對“智能控制”進行雙語教學提高了學生對于該課程的學習興趣，并取得了較好的教學效果。多數同學認可教學改革的效果。課程考查通過率達到82%，其中約21.2%的同學通過英語綜述和閱讀報告獲得加分，約1/3的同學通過實驗和課程報告獲得加分。而隨后的問卷調查顯示，31.7%的同學在課程結束后對智能控制產生興趣，51.3%的同學認同在學習后英語水平有提高，并對后期通過大學英語四、六級考試有幫助。
從長遠看，在專業(yè)課程中開展雙語教學是一個大趨勢，但是如何使雙語教學發(fā)揮優(yōu)勢、避免一些可能的問題還需要解決大量細致的問題，在師資培養(yǎng)、教學方法創(chuàng)新和雙語教學效果評估方法方面不斷思考、研究和探索。
參考文獻：
[1]吳平.五年來的雙語教學綜述[J].中國大學教學，2007，（1）.
[2]莫勇波.關于大學雙語教學有效性探索[J].廣西教育學院學報，2008，
（5）：48-51.
[3]Richard C.Dorf，Robert H.Bishop.Intelligent Control System（12th Edition）[M].Prentice Hall，2010.
[4]Alexander M.Meystel，James S.Albus.Intelligent Systems：Architecture，Design，Control（First Edition）[M].Wiley-Interscience，2001.
[5]TimonthyJ.Ross.Fuzzy logic with Engineering Applications（Third Edition）[M].Wiley，2010.
[6]Laurene V.Fausett.Fundamentals of Neural Networks：Architectures，Algorithms And Applications（First Edition）[M].Prentice Hall，1993.
[7]Kevin M.Passino，Stephen Yurkovich. Fuzzy Control（First Edition）[M].Addison Wesley Publishing Company，1997.
[8]Kevin Gurney.An Introduction to Neural Networks[M].CRC Press，1997.
[9]易繼鍇，侯媛彬.智能控制技術[M].第二版.北京：北京工業(yè)大學出版社，2007.
[10]劉金琨.智能控制[M].第二版.北京：電子工業(yè)出版社，2009.
[關鍵詞]e-Learning；語音；情感識別
[中圖分類號]G40―057
[文獻標識碼]A
[論文編號]1009―8097(2009)13―0224―02
引言
e-Learning也叫數字化學習，是通過因特網或其他數字化媒體進行學習與教學的活動。當前，隨著信息技術的快速發(fā)展，e-Learning已經在教育、教學等領域得到了廣泛應用，并產生了深刻影響。然而，在當前的e-Learning環(huán)境下，由于師生在物理空間上的分離，導致師生之間缺少必要的情感交流和反饋。而按照教育心理學的觀點，一個真正人性化的教學系統，不僅應當是有智能的，而且還應當有情感的。因此，如何在e-Learning系統中測量出學習者學習時的認知和情感，構建具有情感交互能力的和諧學習系統，已經成為現代遠程教育中一個新的熱點研究課題。
近年來，以語音情感識別為核心的情感計算技術的研究發(fā)展，已經成功應用于人工智能、智能人機交互等領域。這使得在e-Learning系統中，也可以利用情感計算技術，跟蹤學習者的情感狀態(tài)，提供個性化服務，以及根據學習者情感體驗的變化及時調整教學策略。為此，本文利用語音情感識別技術，以e-Learning應用為背景，設計一種基于語音情感識別技術的新型e-Learning教學系統。
一 基于語音情感識別的e-Learning系統模型
師生情感交流是教學環(huán)節(jié)中的一項重要內容，它有助于學生消極情緒向積極情緒的遷移。在學習過程中，學習者的言語中不僅包含了文字符號信息，同時也包含了豐富的感情和情緒等信息。例如，當學習者對學習內容能夠理解和接受時，往往情緒高漲，言語比較歡快；反之，情緒低落，言語比較低沉喪氣。可見，學習者不同情感的表現是一種重要的教學反饋信息。利用這種反饋信息，我們可以有效調整教學策略，更好地服務自主學習。因此，在傳統e-Learning系統的基礎上，本文通過增加一個語音情感識別技術模塊，設計出一種基于語音情感識別技術的智能化e-Learning系統模型，如圖1所示。
該系統模型以語音情感識別技術為核心，及時捕捉和識別學習者的情感狀態(tài)，并根據學習者特定的情感狀態(tài)作出相應的情感激勵或補償策略。該模型主要有五部分組成：
接口：除了傳統e-Learning系統中的人機接口外，新增加一個情感語音輸入接口模塊，專門負責收集學習者的情感化的語音信息。
語音情感信息處理算法模塊：通過相關傳感器，對收集到的情感化的語音信息提取能夠區(qū)分不同情感類型的語音特征參數，然后利用模式識別分類器識別出學習者的整體情感狀態(tài)，并作出適當的學習評價。
評價模塊；主要收集評價結果，然后轉化為相應的評價參數，同時從學習模型中提取學習記錄。
教學策略：根據評價參數和學習者模型中的學習記錄，及時調整教學策略，從課程資料庫中選取適合學習者學習的資料提供給學習者，同時也作出相應的情感激勵和補償。
學習者模型：主要記錄和學習者相關的個人信息、學習背景信息，認知風格信息、情感信息等。
二 語音情感識別技術的實現
語音情感識別就是對輸入的學習者的情感化語音信號進行預處理(如降噪)后，分析和提取與學習者情感表達密切相關的語音特征參數，然后采用模式識別分類器分別進行訓練和測試，最后輸出學習者的情感類型，得到識別結果。一個簡單的語音情感識別模型由如下五部分構成，如圖2所示。其中模型中最重要的兩個環(huán)節(jié)是，特征提取以及分類器的確定。
1 語音情感特征參數的提取
提取何種有效的語音情感特征參數是語音情感識別技術研究中最關鍵的問題之一，情感特征的優(yōu)劣直接影響到情感最終識別結果的好壞。心理學和韻律學的研究已經表明，語音信號中的情感主要通過語音中的韻律特征表現出來的。例如，當一個人發(fā)怒的時候，講話的速率會變快，音量會變大，音調會變高，而一個人悲傷的時候講話的語速會變慢，音量會變小，音調會變低，這些都是可以很直觀的感受到的變化。目前，研究者進行語音情感識別的研究普遍采用了常見的基音頻率(簡稱基頻)、振幅、語速等韻律特征。原因是這些韻律特征能夠反映說話人的部分情感信息，較大程度上能區(qū)分不同的情感，而且容易提取和使用。但是，近年來的研究表明語音信號中的音質特征也包含情感信息，體現了不同類型情感的發(fā)音方式的區(qū)別，如生氣和高興發(fā)音時由于喉嚨的位置不同而引起的喘氣和沙啞等方面的不同。本文提取的語音特征參數類型包含了韻律特征和音質特征。表1列出了這些提取的語音特征與四種常見的情感類型(生氣、歡快、沮喪、厭惡)之間的關系。
2 分類器的選擇
語音情感識別本質上是一個模式識別問題。目前，各種模式識別方法，如人工神經網絡、最近鄰法和支持向量機等不同的單一分類器，都被應用于語音情感識別，取得了較好的識別效果。已有的研究表明，在不同單一分類器中，建立在統計學習理論中的結構風險最小化原則基礎上的支持向量機能夠取得最好的識別性能。另外，將不同性能的單一分類器構成組合分類器，也能夠進一步提高語音情感識別的性能。
目前，隨著計算機圖像技術和多媒體技術的飛速發(fā)展，作為人類情感表達的其他方式，如人臉表情識別、人體運動姿態(tài)識別、手勢識別等技術必將得到快速發(fā)展，并將在e-Learning系統中發(fā)揮重要作用。
關鍵詞: 構建;網絡語境;學習理論;媒體
前言
語境概念起源久遠，學者在不同的時間，以不同的角度，構建了不同語境內涵。著眼于語言的功能，各語
言學流派都不約而同地把語境作為研究視野中的一個重要參數，加以重視和研究(王建華， 2002: 189) 。這說明了語境理論在語言發(fā)生發(fā)展過程中的重要性，也說明了語境研究的困難。語境研究的困難主要源于三個方面:語境內部結構的復雜性、語境外部功能的多樣性、語境運動形態(tài)的具體性(段曹林， 2000: 5) 。在語言學研究中， 語境是一個理論構建( theoretical con2struct) ，是語言學家從實際情景中抽象出來并確定為語境構成的所有因素(Lyons， 2006: 572 ) 。從本質上說，語境是語言發(fā)生發(fā)展、存在與變化的條件，一切影響與制約語言的發(fā)生發(fā)展、存在與變化的因素都屬于語境范疇(韓彩英， 2004: 43) 。也就是說，語境是語言學家的抽象，是成系統的，并非包括任何可能出現的環(huán)境因素，所有被語言學家看上去是帶有任意性的因素都不在其中(許力生， 2006: 158) 。從信息處理的角度看，語言的輸入輸出即是信息的加工處理過程，也是語境構建的過程。從語言習得的角度看:母語習得理論表明，學生要熟練掌握言語能力，就必須把學生放在特定的、與之相適應的言語交際環(huán)境中，通過學生的言語實踐活動來實現(孔凡成， 2004: 64) 。按照建構主義的觀點，學習實質上就是個體在具體的情境中通過協作與會話等交互控制方式來實現意義建構的過程(鄒建梅、劉成新， 2003: 61) 。換言之，言語交際中的意義構建也就是語境構建的過程。
綜上所述，語境無處不在。在語言學中，如何進行語境的理論構建就成了一個比較關鍵的問題，這在很大程度上決定了研究的狀況和可能取得什么樣的成果。從語境構建方式的變化上，我們也可以更清楚地看出語言學的發(fā)展趨向(許力生， 2006: 158 ) 。換言之，在多媒體網絡自主學習中，如何進行網絡語境的理論構建就成了一個比較關鍵的問題，這在很大程度上決定了研究的狀況和可能取得什么樣的成果，所構建的網絡語境合理與否將直接影響著網絡課程的學習績效。從網絡語境構建方式的變化上，同樣可清楚反映出多媒體網絡自主學習的發(fā)展趨向。也就是說，網絡語境范疇包括多媒體網絡中學習者語言輸入輸出和背景因素的變化條件及一切影響與制約語言的發(fā)生發(fā)展、存在與變化的因素。實際上，網絡學習的過程即是網絡語境構建的過程，構建是由交互和控制來實現的。交互是指學習者與學習資源、學習伙伴以及指導教師
等在網絡化情境中借助網絡媒體的功能所進行的信息交流活動;而控制則是指學習者在網絡語境中通過各種交互操作和信息反饋來管理自己的學習過程，并通過對自己的學習行為進行適時調整，以達到提高學習質量和學習效率的目的。交互和控制是網絡語境構建過程中互為條件、互相依存、密不可分的兩個方面。網絡語境構建過程中的控制很大程度上是學習者與學習資源、學習系統和課程環(huán)境等交互操作的過程。網絡語境研究的最終目的在于為指導交際主體更好地建構、適應、利用和控制語境，為各類語用活動(表達〈輸出〉、接受〈輸入〉、交際〈交互作用〉、語言文字信息的加工處理等)服務。然而，隨高科技迅速發(fā)展及應用于網絡教學的研究與實踐，學者從不同角度對網絡教學進行了研究，但從網絡語境的概念上進行探索的卻極少。重視網絡語境的構建將有助于網絡教學的普及與提高，直至主導教學。
1 從建構主義看網絡語境的構建
建構主義認為，人是知識的積極探求者和建構者，知識的建構是通過人與環(huán)境的互動進行的。從網絡學習的角度看，知識的建構孕育在網絡語境的構建之中，其關系是相輔相成的。在網絡教學中，教學雙方的交互與控制過程即是網絡語境構建的過程，過程中信息的輸入輸出促進了學習者外語知識的習得和發(fā)展。事實上，多媒體計算機和網絡所具有的技術特性，為建構主義的實現提供了物質基礎和技術支持，使得建構主義所倡導的學習環(huán)境的“情境”、“協作”、“會話”和“意義建構”等基本屬性能夠得以實現(王景勝， 2006:126) 。也就是說，網絡媒體支持由“情境”、“協作”、“會話”和“意義建構”所形成的學習環(huán)境(李新民，2006: 13) 。由此，以網絡教學為基礎，以建構主義學習理論為起點，探索構建網絡語境的理論基礎對指導網絡教學而言有著現實意義和理論價值。
(1) 從“情境”看網絡語境構建。建構主義認為，“情境”是學習者進行學習活動的社會文化背景，學習
者在真實的情境下，借助于社會性的交互作用和利用獲得的學習資源，可積極有效地建構知識(李民，2006: 13) ，真實的情境創(chuàng)設是意義建構的前提條件。由此，網絡語境的建構總是以學習者已有的知識結構為基礎，有選擇地知覺外在信息，根據具體實例的變異性建構當前事物的意義，即學習者以網絡海量的學習資源為背景，把所學的知識與一定的真實任務和情境掛鉤。為解決實際問題，學習資源要在形式、內容、觀
點上各有所異。基于個性化和自主性考慮，可以創(chuàng)設全方位、多層次與學習相關的真實語境，并為學習者提供足夠的控制學習方式、學習進程和學習內容的手段，以促進自主性學習。應特別注重構建基于任務和解決問題型的情景語境，任務的難度和復雜程度可以各有所異，以體現個性化教學的特點。學習者也可根據各自不同的需求來選擇適合自己的語境來踐行自主性學習，逐步提高相關的技能，從而實現學習者的認知靈活性，形成對知識的多角度理解，并把知識學習與具體情境聯系起來。網絡中的言語交流受到情境制約，隨言語交際的發(fā)生發(fā)展所創(chuàng)建的情境構建了語境的動態(tài)變化。
(2) 從“協作”看網絡語境構建。建構主義認為，學習者與周圍環(huán)境的相互作用對于知識意義的建構起
著關鍵性的作用。知識不是抽象的，而是與學習的情境、學習者帶入這一情境的經驗及周圍環(huán)境有密切關
系。知識的復雜性使得學習者不可能對知識有全面的理解;同時，由于情境中問題的艱巨性，學習者也不可能完全獨立解決。學習者主動從不同背景、角度出發(fā)，在教師或他人的協助下，通過獨特的信息加工活動(爭辯、討論和提供證據) ，實現知識意義的重新建構，從而使面對面的或通過多媒體網絡進行的“協作學習”成為必然?！皡f作”是學習者在學習過程中，利用已有經驗的基礎，在特定的情境下，以特殊的方式建構;強調學習者與教師、學習同伴、網絡交流者等的相互作用(李新民， 2006: 13) 。網絡教學實踐證明，協作在一定的意義上主要是自我協商和相互協商。自我協商是學習者自身對學習內容或結論等比較或判斷;相互協商可以是人對人，組對組對學習內容的商榷、討論和辯論等。因此，體現學習社會性的“協作學習”是整個學習群體共同完成對所學知識的社會性建構，具有社會性特征，即是建構了語言學習的社會性語境。
(3) 從“會話”看網絡語境構建?！皶挕笔菂f作過程中，通過人/人、人/機交互，使得每個參與者的思
維成果(智慧)為整個學習群體所共享，以實現意義建構(李新民， 2006: 13) 。“會話”是“協作”最基本的方式或環(huán)節(jié)，“協作”過程必然存在“會話”?！皶挕睂τ谕七M每個學習者的學習進程，是至關重要的手段。如，人/人通過“會話”來討論學習內容、方法、經驗等。事實上，人/人的言語“會話”只有在一定的語境的作用下才有其現實意義，語境影響言語交際的績效，“會話”的過程也是語境構建的過程;隨著言語內容的變化，也同時伴隨著語境內涵的重新構建。此時，學習者與周圍環(huán)境的交互作用，促使學習者對知識的理解將更加豐富和全面(即對知識意義的建構) ，認知水平也隨之得到提升，也說明語境的發(fā)生發(fā)展是動態(tài)變化的。也就是說，語境并不是預先已經給定的，而是在交際過程中由語言使用者的主動選擇所生成的，外在世界的方方面面只具有成為語境因素的潛勢，但是否實際成為特定語言交際中的具體語境構成，則最終還要取決于語言使用者(許力生， 2006: 162) 。這說明了學習者的主動構建是學習的主干，也說明了“會話”是構建語境不可少的因素。
(4) 從“意義建構”看網絡語境構建?！耙饬x建構”是整個學習過程的最終目標，所要建構的意義在于事物的性質、規(guī)律以及事物之間的內在聯系(李新民，2006: 13) 。在學習過程中的意義建構即是對當前學習的內容所反映事物的性質、規(guī)律以及該事物與其他事物之間的內在聯系達到較深刻的理解。建構主義認為，知識是學習者主動建構的結果，是一種意義的建構，具有個人性和情境性。學習者與環(huán)境這兩個因素對建構主義來說都是重要的，因為正是兩者之間的具體互動創(chuàng)造了知識(盛群力， 2004: 29) 。也就是說，學習者知識的主動構建與語境構建過程是互動的，兩者相互作用使得知識與語境達到新的構建。由此，網絡學習者的自主性則顯得更為重要，只有學習者主動的進行知識意義上的構建，伴生的網絡語境才會更豐富與完善。從作用與反作用的角度看，知識建構的過程也就是網絡語境構建的過程。相對具體英語學習來說，無論是語言知識還是語言技能，都要靠學生自己主動去學去練，這樣才能有長進，教師的作用只能是主導而不能包辦代替(陳堅林， 2000: 6) 。學習者知識意義上的主動構建與創(chuàng)設真實情境相互作用。為提高學習績效，學習者可通過學習策略訓練，培養(yǎng)自身自主學習能力，在教師、學習同伴、媒體等的幫助下在構建網絡語境的同時，實現知識意義的主動建構。
轉貼于 2 支持構建網絡語境的技術基礎
由于高科技含量的日益增加，可以說，在教學領域里，計算機的功能(擬人化或擬物化)更加全面而完
善，以前很難實現的教學效果(如教學示范、場景呈現、超量信息傳輸、模擬互動等) ，現在都能通過計算機得以完美實現(陳堅林， 2005: 10) 。從個性化與自主性來看，現代教育技術中多媒體網絡教學系統所具有的技術特性，為在大學英語網絡教學中構建網絡語境提供了技術支持的基礎，促進了教學觀念的根本性變革，自主學習理念的應用有效地克服了傳統教學中的種種弊端，提高了學習者的認知能力、分析和解決問題的能力，使大學生的素質教育和創(chuàng)新教育落到實處，也為網絡教學奠定了基礎。
(1) 多媒體網絡平臺構建宏觀網絡語境。目前，信息和網絡技術的應用使當今的數字化信息網絡成功構建了“天網”(如數字衛(wèi)星通訊系統，移動數字通訊系統)與“地網”(英特網及其他各類網絡)相互獨立與優(yōu)勢互補的宏觀網絡語境，以其覆蓋面廣、資源廣泛與共享、時空超越限制、多向互動和便于合作的優(yōu)勢，實現了學習者自主學習過程中的個性化，自主性和交互性。如，多媒體網絡自主學習者的個性化學習可以通過網絡進行文獻檢索，視頻點播獲取需要的信息。這些信息具有多角度、即時、新穎、影音文圖的特點。由此，虛擬課堂、虛擬學校、虛擬社會等概念脫穎而出，改變了傳統的學習觀念，促進了自主學習理論的應用。當代國際教育界正在以建構主義理論為指導思想，深化科學教育改革，形成了基于建構主義的科學教學模式百花齊放的局面(袁維新， 2003: 50) 。而計算機網絡技術為課題研究模式、問題解決模式、探究學習模式、情境學習模式、概念轉變學習模式和社會文化模式提供了良好的技術支持?；诙嗝襟w與網絡的大學英語教學軟件具有跨越空間進行實時或非實時交互的特點，為學生個性化學習和大量的聲像語言互動練習提供了機會(王守仁， 2004: 6) 。事實上，這種交互為學習者提供了豐富的通訊交流機會，它能夠支持協作學習、討論學習、探究學習以及個別化學習等多種學習模式(鄒建梅、劉成新， 2003: 61) 。網絡技術、多媒體及虛擬現實等技術相結合，可以虛擬教學課堂的現場，學習者可以根據自己的需要主動選擇學習的內容及課程的進度。教師與學習者之間可以通過網絡環(huán)境的支持，在任何時間、任何地點進行信息交流，不必拘泥于課堂上有限的時間。人機交互的教學模式能有效地實現班級授課制下的教學個別化，為大面積因材施教提供了重要的條件。
(2) 超媒體(Hyper Media) 構建網絡節(jié)點語境。
超媒體是由文字( Text) 、影像(Movie) 、圖片( Image) 、視頻(Animation) 、音頻(Audio)五部分媒體元索組成的。認知心理學的研究表明，人類思維具有聯想特征，經常從一個概念或主題轉移到另一個相關概念或主題。超媒體是按人腦聯想思維方式非線性組織管理的一種先進技術。它按照人腦聯想思維方式，將文、圖、聲、像等不同媒體信息整合，將講解、演示、測驗等不同教學內容整合，將預備知識、當前知識與擴展知識整合，構成了一個豐富而生動的超媒體學習環(huán)境(王光玲、宋廷山， 2003: 137) ，這和人類思維的聯想特征相符合，從而實現對教學信息最有效的組織與管理，使得學 習者自由聯想能力得到發(fā)揮，促進創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。同時，教學信息的非線性使學習者可以根據自己的實際情況通過聯想，自由選擇不同的路徑，進入不同的鏈接點，從一個主題跳轉到另一個主題，即從一個鏈接點跳轉到另一個鏈接點，靈活地瀏覽各節(jié)點的內容(包括文本、聲音、圖形、圖像、動畫等) ，為自主學習奠定了基礎。特別是流媒體技術的應用，以其連續(xù)性( continu2ous) 、實時性( real2time) 、時序性( time2ordered)使得流媒體數據流隨時傳送隨時播放。例如，實現對教學進程和呈現方式的全面控制，用便捷的方式解決同步和互動的難題(陸元明、郭麗， 2006: 76) 。這樣，就為多媒體技術的交互功能提供了圖文聲并茂的多重感官綜合刺激，使得學習者可以依據自己原有的認知結構、認知水平和興趣，自由選擇、自主控制學習內容及其呈現方式。
(3) 虛擬現實技術構建網絡虛擬語境。網絡和虛擬現實技術的結合，促使了網絡虛擬現實技術的出現，
給網絡教學帶來了新的教學手段，為網絡教學提供了新的技術支持(徐素霞，馬文婕， 2006: 29) 。虛擬現實技術是由計算機與仿真技術、智能接口技術、人工智能技術、多傳感器技術、語音處理與音響技術、網絡技術、并行處理技術等相結合而形成的媒體技術。它具有沉浸性、交互性和構想性，使參與者能在虛擬環(huán)境中做到沉浸其中、進出自如、交互自由，因此虛擬學習環(huán)境是其它教學環(huán)境無法比擬的。人與計算機生成虛擬現實環(huán)境的交互，在虛擬現實技術“構建”的交互性課堂中，實現了人的臨場化，增強了參與者與環(huán)境的自然交互，可獲得直觀、真實的效果。此時，教師和學生可以是真實的或虛擬的，學習者可以是一個或多個，教學模式可以多樣化，教學方法的可選擇性使得教學進度可由多方控制。也就是在教學過程中，學習者和教師同是教學的設計者和控制者，克服了傳統班級授課限制學生主動性和獨立性的缺點，確保了師生雙主作用得到充分發(fā)揮。虛擬現實技術所創(chuàng)造和展示各種趨于現實的學習情境，把抽象的學習與現實生活融洽起來，有效地激發(fā)了學生的思維，使得學習者以豐富的想象力實現知識意義上的建構。例如，在外語教學中，虛擬現實技術可虛擬學習者親臨英語語言情境，并通過學習者的視聽說來提高聽說能力及了解英語語言文化背景。
(4) 多媒體通信網絡技術構建網絡資源語境。計算機通信網絡與多媒體技術融合而成的多媒體計算機
通信網絡是計算機網絡和多媒體技術發(fā)展的必然趨勢，它兼收了計算機的交互性、多媒體的復合性、通信
的分布性及電視的真實性等優(yōu)點。在網絡學習環(huán)境中，學習者既可實現信息資源共享，也可實現利用網絡媒介進行信息交流，打破了地域和時間上的限制，學習者自主地選擇學習內容、學習方法、學習時間、學習地點、學習條件，改變了被動的、被支配的、受監(jiān)控的地位(王光玲、宋廷山， 2003: 137) 。網絡資源共享使得學習者獲取學習信息的資源極大豐富，幫助了不同層面的學習者獲取平等受教育和平等競爭的權利，為面向民眾的全面素質教育的實施和語言文化交流的國際化奠定了基礎。網絡教學中的“協作學習”、“小組討論”、“在線交流”、“BBS論壇”等學習策略使師生之間、學習者之間通過交流信息實現情感互動。網絡語境所構建的課題研究模式、問題解決模式、探究學習模式、情境學習模式、概念轉變學習模式和社會文化模式對高級認知能力的發(fā)展、合作精神的培養(yǎng)和良好人際關系的形成等具有明顯的支持作用。在某種程度上，網絡語境的構建是學習者在網絡上各取所需的學習過程。
(5) 人工智能技術支持網絡智能語境的構建。人工智能技術使計算機的功能智能化，智能化也就意味著計算機可以進行擬人思維，可以在教學上扮演人的角色，因此人工智能技術可以被認為是信息化外語教學系統的核心技術(陳堅林， 2005: 10) 。目前出現了基于網上的多媒體專家系統，這些知識和新的技術可以被應用于計算機遠程教育，帶著問題進行在線學習的學習者可以得到豐富細致準確的解答服務，而且采用各種媒體顯示的答疑專家系統，無疑會提高學習者的學習效果，提高遠程教育的教育質量(張， 2005:
230) 。
3 結束語
在科學技術高速發(fā)展的今天，尤其是由于計算機三大關鍵技術(人工智能技術、數字化技術、信息和網絡技術)的發(fā)展，可以說在外語教學上計算機有了主導教學的可能和條件(陳堅林， 2005: 49) 。但目前大部分多媒體網絡教學研究仍停留在傳統教學模式起點上，僅僅著重于各種網絡技術多媒體技術在教學中的綜合應用，沒有從教學理論思想的深層次進行研究，以揭示學習和教學的本質規(guī)律(楊紅穎、王向陽， 2004:49) 。語境范疇基本理論研究剛剛起步，對于語言與語境的關系和關于語境的一些基本理論問題還有待于語言學界、語言哲學界進一步的研究與認識(韓彩英，2004: 47) 。本文僅是基于建構主義學習理論、現代信息技術對構建網絡語境進行的概括性論述，僅是一種嘗試性的討論，也僅僅是為了拋磚引玉。
參考文獻
[ 1 ] Lyons， J. Semantics[M ]. Cambridge: Cambridge UniversityPress， 1977.
[ 2 ] 王建華. 關于語境的定義和性質[ J ]. 浙江社會科學，2002， (2).
[ 3 ] 段曹林. 系統論與語境研究[ J ]. 修辭學習， 2000， (1).
[ 4 ] 韓彩英. 語境本質論[ J ]. 自然辯證法通訊， 2004， (5).
[ 5 ] 許力生. 語言學研究的語境理論構建[ J ]. 浙江大學學報，2006， (4).
[ 6 ] 孔凡成. 語境教學觀的理論基礎研究[ J ]. 教育評論，2004， (4).
[ 7 ] 鄒建梅，劉成新. 網絡課程的交互設計與控制策略[ J ]. 中國電化教育， 2003， (11).
[ 8 ] 王景勝. 借助多媒體技術實現建構主義學習環(huán)境[ J ]. 青海師范大學學報， 2006， (4).
[ 9 ] 李新民. 構建大學英語多媒體網絡教學模式的探索[ J ].外語電化教學， 2006， (2).
[ 10 ] 盛群力，譯. 行為主義、認知主義和建構主義(下) [ J ].電化教育研究， 2004， (4).
[ 11 ] 陳堅林. 現代英語教學組織與管理[M ]. 上海:上海外語教育出版社， 2000.
[ 12 ] 陳堅林. 從輔助走向主導———計算機外語教學發(fā)展的新趨勢[ J ]. 外語電化教學， 2005， (4).
[ 13 ] 袁維新. 國外基于建構主義的科學教學模式面面觀[ J ].比較教育研究， 2003， (8).
[ 14 ] 王守仁. 解讀《大學英語課程教學要求》[ J ]. 中國大學教學， 2004， (2).
[ 15 ] 王光玲，宋廷山. 基于建構主義的網絡教學淺論[ J ]. 山東師范大學學報， 2003， (4).
[ 16 ] 陸元明，郭 麗. 流媒體技術在交互式外語教學網頁中的應用[ J ]. 外語電化教學， 2006， (2).
[ 17 ] 徐素霞，馬文婕. 虛擬現實技術及其在遠程教學中的應用[ J ]. 網絡教育與遠程教育， 2006， (2).
關鍵詞：SPOC；在線課程；數理邏輯；教學改革
0引言
隨著網絡和智能技術發(fā)展，基于課程與教學論的在線課程如雨后春筍般涌現出來，尤其是MOOC和SPOC等新興在線課程在美國頂尖大學的帶動下迅速在全球升溫，吸引多所國際著名大學投身其中。然而，許多在線課程的教學理念依然是傳統的教學模式，并沒有做徹底的改變，僅是用新式的教學平臺承載基于認知主義的教學資源，并沒有體現行為主義和建構主義的教學改革。在線課程能否成為高校提高教育質量和提升國際競爭力的一個重要途徑？側重于“廣”而“大”還是“精”而“小”？這些問題在國內外展開了熱烈的爭論。
1SPOC在線課程的特點及優(yōu)勢
人類社會正在轉型成為終身教育和學習型社會，因此各高校及教學機構紛紛推出SPOC和MOOC等網絡在線課程，同時結合“混合學習”（blended learning）、“翻轉課堂”（inverted classroom）、“泛在學習”（ubiquitous learning）、“移動學習”（Mobile Learning）等相關理念進行教學模式的改革，一方面讓學生學習到專業(yè)領域的知識，另一方面培養(yǎng)學生自主學習和終生學習的能力。以互聯網信息平臺為載體的網絡在線課程是對課程教學內容及其教學活動實施過程的體現，同時也是一種具有交互性、共享性、開放性、協作性和自主性等基本特征的信息時代條件下的教學形式，包括按一定的教學目標、教學策略組織起來的教學內容和網絡教學支撐環(huán)境。其中，由加州大學伯克利分校的阿曼德?福克斯教授最早提出和使用的SPOC（small private online course）小規(guī)模限制性在線課程具有廣闊的前景。SPOC主要針對高校在校學生實施課程教育，與MOOC中的Massive和Open相比，對學生規(guī)模有一定的人數限定，而且對學生的準入也有限制條件，達到要求才能被納入SPOC課程。此外，除了在線視頻、習題、測試等，還可以有更加靈活的線上或線下課堂、答疑互動等輔助手段。因此，SPOC所具有的Small和Private特性恰恰有利于在線課程的教學質量，并可以結合因材施教、因人施教等教學模式，針對不同的學生制定個性化的教學策略，提高課程學習效率和人才培養(yǎng)質量。綜上所述，相比于MOOC課程在教學方式缺乏多樣性等不足，SPOC課程具有更多的優(yōu)勢，詳情見表1。
從表1可以看出，SPOC在課程教學模式上具有更高的靈活性。同時，由于SPOC限制學生規(guī)模，有利于教師全程介入學生的學習過程，保持師生良好互動，清楚地了解學生的學習狀況并給出個性化指導。顯然，針對性越強的教育其效果會更好，而且具有良好的可持續(xù)性。此外，SPOC通過周期或非周期的線下交流，要求學生有一致的學習進度，有利于在課程討論區(qū)中形成相對集中的討論熱點；但SPOC同時也要求教師投入更多的精力，學生在選擇SPOC之后必須按照教師的規(guī)定來觀看課程，這意味著學生也需要支付更多的學習時間和精力。
2數理邏輯的教學特點以及SPOC課程建設
2.1數理邏輯SPOC在線課程建設背景
數理邏輯作為計算機科學和人工智能領域的重要理論基礎課程，有利于培養(yǎng)和提高學生的抽象思維和邏輯推理能力。數理邏輯課程一直以來都存在著“課時少，內容多”的問題，怎樣才能在保證一定學時的情況下盡可能滿足學科和專業(yè)的需求？如何利用現代教育信息技術和網絡技術對數理邏輯的教學工作起到推動和提高作用？同時既能培養(yǎng)學生具有扎實的理論基礎，又能造就具有創(chuàng)新實踐能力的實用人才，一直都是相關教學工作者探討的關鍵問題。
當前SPOC課程的蓬勃興起無疑非常有利于高等學校實現其提高教學質量的目標，因為SPOC在線教育可以將在線學習從復制課堂課程的教學模式中脫離出來，并且創(chuàng)造出更為靈活和有效的學習方式。顯然，此類教學模式非常適合像數理邏輯這樣的專業(yè)基礎課程的教學，因為專業(yè)基礎課程對學生的要求更高，需要教師投入更多的精力實施個性化指導，從而打好堅實的理論基礎，尤其是SPOC中，教師的作用被重新定義了，教學模式也有了突破和創(chuàng)新，能夠使得教師更多地回歸小型在線課堂，“精”而“?！钡匾龑W生從事學習活動。SPOC課程的教師雖然線下不是講座視頻中的主角，也不必準備每節(jié)課程講座，但是需要根據學生需求整合各種線上和實體資源，而且在課堂上要對學生進行引導，此外還需要組織學生分組研討，隨時為他們提供個性化指導，共同解決遇到的難題，因此對教師提出了更高的要求。顯然，SPOC創(chuàng)新了課堂教學模式，激發(fā)了教師的教學熱情和課堂活力，更重要的是為學生提供了良好的學習平臺。
2.2結合人才培養(yǎng)，強化基礎，突出關聯，面向應用
當前，邏輯表示及推理在計算機科學、知識工程及人工智能中的作用越來越凸顯，以數學為工具進行相關領域研究的方法，用數學語言表達事物的狀態(tài)、關系和過程的應用，以及經推導形成解釋和判斷的研究越來越普遍。因此，數理邏輯SPOC課程建設時需要將數理邏輯的內容進行合理的細化、深化和強化，以適應相關領域的研究應用需求，進一步培養(yǎng)學生抽象思維和嚴密邏輯推理的能力，強化素質提升和創(chuàng)新能力的訓練。數理邏輯SPOC課程在教學內容上還需要增加數理邏輯在相關領域的應用實例及算法分析應用，使學生了解數理邏輯在計算機和人工智能等領域的相關應用，有利于培養(yǎng)學生運用知識及創(chuàng)新應用能力。
此外，數理邏輯SPOC課程在建設中還要注重教學內容的基礎性和前沿性，正確處理教學內容不斷更新與教學過程相對穩(wěn)定的同時，精選核心內容，重組知識單元，強化基礎概念，突出知識點的關聯，對課程體系和知識結構作整體優(yōu)化，與信息技術的最新發(fā)展相結合，注重教學與前沿相結合的成效，培養(yǎng)學生理論聯系實際的能力。
3數理邏輯SPOC課程教學方法的改革
3.1側重個性化的學習體驗，提升學習效率
SPOC課程的建設促使教師有興趣嘗試更加靈活和富有挑戰(zhàn)性的教學改革方法，而不是按部就班的課程講座。我們在數理邏輯SPOC課程建設中加入自動評價功能，使得教師從創(chuàng)建和按部就班的講座視頻內容中脫離出來，以便有更多的時間與學生一起深入研究、攻克更加有價值的教學難題，引導學生解決遇到的其他相關問題，如圖1所示。
這種教學模式下，教師可以很方便地將平臺的課程資料整合進實體課堂，因此也是建構主義對課程知識和學習的貢獻，更加強調學生完整和深入的學習體驗，有利于提高課程的學習效率。具體建設思路如下：
（1）以學生為主體，采用問題驅動的啟發(fā)式教學策略，學生帶著問題去學習，不僅明確基本理論的意義和作用，也增強了學習的興趣和動力，逐步培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。
（2）運用信息技術、網絡及多媒體技術，將數理邏輯課堂教學結合SPOC在線課程建設，延伸課堂教學的效果，豐富課程教學的內容，并通過教學輔助、課外答疑等互動的教學方式，開展多維度的立體化教學，培養(yǎng)學生的自學能力，拓展學生的知識面，有利于學生的知識、能力、素質的協調發(fā)展。
（3）以能力培養(yǎng)為核心，重視教學設計，克服在數理邏輯SPOC課程教學中容易出現的散亂等缺點，形成“抓重點和關聯、有取舍和節(jié)奏、講方法和思想、重啟發(fā)和互動”的教學方法。
數理邏輯SPOC課程建設通過限定課程的準入條件和學生規(guī)?？梢詾檫x定的學生定制個性化課程學習指導，為他們提供有區(qū)別的、力度更大的專業(yè)支持，增進學生對課程的完整體驗，從而避免MOOC的高輟課率和低完成率情況。SPOC課程視頻相比傳統課堂所指定的閱讀材料更能吸引學生認真準備，激發(fā)其參與度，增添良好的學習體驗。由于SPOC課程改革了復制課堂教學的模式，產生了更為有效的學習效果，有利于獲得高質量的課程材料，并通過自動線下評價迅速反饋給學生，最大限度地使優(yōu)質教學資源發(fā)揮效力。
3.2結合學習評價體系，提高教學質量
在SPOC環(huán)境中，學習評價是對學習效果和學業(yè)成就的評價，是從“學生評價”和“教學評價”中分離出來的對學生在線學習的一種評價方法，同時也是對學生的學習行為和學習結果進行把握、判斷和評定的評價體系，通常包括成績、提高、能力增長以及其他成就、表現等具體指標。因此，學習評價是本科教育服務質量管理的核心，是自主學習動力的支持，也是一種通過某種規(guī)定、提示、約束等對學習產生監(jiān)控作用的外部手段，能夠激發(fā)學生的學習積極性，并促使學生堅持完成課程的學習。數理邏輯在線課程的學習評價把“因教施考”“全面考核”“過程考查”等先進理念貫徹到考核評價中，堅持認真落實為發(fā)展而評價的觀念，著眼于科學全面地評價學生的綜合成績及應用知識的能力，克服學習評價與能力脫節(jié)的現象，積極探索多樣化的學習評價體系。具體建設思路如下：
（1）知識點考查。當前知識點學習結束后，通過測驗的形式了解學生對當前內容的掌握情況。這種方式既督促學生認真學習，又加深了學生對當前知識點內容的理解和認識，同時強化對學生學習過程的考核，以便更加公平、公正地評價學生的綜合學習情況。
（2）學生自主學習能力的評價。一方面，教師針對每章內容都設計了課后自測題，便于學生了解自己的學習狀況；另一方面，要求學生在SPOC在線課程學習平臺上圍繞相關知識點內容進行學習互動和交流討論，包括問答、討論、質疑及自學自測等多個環(huán)節(jié)，側重于評價學生學習能力的提升。
（3）線下習題與實踐。數理邏輯課程的特點為“學―練―考―用”4個環(huán)節(jié)，因此，習題及應用實踐是其中的重要環(huán)節(jié)，教師針對每個章節(jié)優(yōu)選出一些能體現知識應用的代表性習題和應用實例，使得學生通過習題和實踐應用環(huán)節(jié)，促進和加深對課堂內容的理解和消化，同時也有利于評價學生對所學知識的應用能力。
（4）綜合知識考核。傳統的課程教學模式在學期末都會進行期末閉卷考核，數理邏輯SPOC在線課程雖然被分成多個知識點考查、習題與實踐以及能力測試，但應該在學完全部課程后進行綜合知識考核，尤其要結合應用型人才培養(yǎng)的特點，有側重地形成數理邏輯SPOC在線課程的綜合知識考核，這樣的考核方式符合“厚基礎、重應用”的人才培養(yǎng)要求。
綜上所述，數理邏輯SPOC在線課程建設，采用課堂教學與網絡自主學習相結合的混合教學方式，充分利用傳統學習和互聯網學習相結合的優(yōu)勢特點，通過“學―練―考―用”4個教學步驟，形成在線學習、交互探究、自學自測和創(chuàng)新應用等多維度立體化教學方法，重視教學設計，豐富教學內容，將學生畏難的課程變成感興趣的課程。
