时间：2023-08-21 17:22:53
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇人工智能基础教育，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
人工智能技术及其应用的发展历史虽然只有短短的50余年，但是它作为信息技术的前沿领域，对社会经济和发展的影响却越来越大。在基础教育课程改革的大潮中，许多国家意识到基础教育领域开展人工智能教育的必要性，努力把人工智能列入技术类教育的教学内容中。作为师范类院校，教授人工智能课是有必要的。?
（1）为部分优秀的学生将来做更深入的研究打坚实的基础。在面向知识经济的今天，研究获取、表示和使用知识的人工智能学科越来越受到人们的重视。目前人工智能研究被列为中国高技术领域的重点之一。以专家系统为代表的智能化系统在信息技术中也占有重要地位。因此在高等教育中开展人工智能教育和智能化系统的研发，不仅是计算机科学的应用，也是促进各学科服务于国民经济发展的必然趋势。为使人工智能的理论、方法和技术的研究与应用普及和深入，教育重心必须要下移，即从研究生教育向本科教育普及。开展本科层次人工智能普及教育的有效途径之一是在本科高年级开设相关选修课。开展人工智能教育，不仅能够更好地发挥高等院校的育人和科学研究功能，而且能为学生拓宽专业路径，扩大自主学习空间和发展个性创造条件，同时也为营造一个使学生不仅有宽厚、扎实的理论基础，且具综合分析和解决问题能力的环境。?
（2）为将来从教的学生积聚大量的知识。英国早在1999年，人工智能课程已经作为选修课出现在中学的信息与通讯技术（ICT）课程中。许多中小学还通过机器人竞赛活动来激发中小学生学习人工智能的兴趣，使学生不仅提高了用信息技术解决问题的能力，而且培养了多种思维方式，获得了更多的创新空间。美国现行的中学信息技术课程设置中，将人工智能的内容作为“媒体与技术”层面对12年级学生的要求。澳大利亚的部分中学开设的信息处理与技术课程，人工智能、信息系统、算法和程序设计、社会和伦理道德、计算机系统分别作为5个主题共同构成了该课程的教学内容。在该课程的大纲中规定，人工智能部分的教学内容在高中第3学期为12年级的学生开设，教学时间为10周。?
在我国，多年以来中学奥林匹克信息学竞赛中一直包含有人工智能相关的题目，涉及启发式搜索、博弈、智能程序设计等问题。2003年4月，我国教育部正式颁布《普通高中技术课程标准（实验）》，首次在信息技术科目中设立了“人工智能初步”选修模块，标志着我国高中人工智能课程的正式起步。?
我国的新课程标准颁布后，教育部评审并通过了分别由教育科学出版社、广东高教出版社、地图出版社、上海科技教育出版社和浙江教育出版社出版的5套高中《人工智能初步》教材，并开发了相应的教辅材料，包括教师用书和配套光盘等。为了配合中学人工智能课程的实施，国内也推出了一些适合中学生学习与体验的人工智能软件和网络资源。另一方面，一些高校的本科生、研究生也逐步关注中学人工智能教育的开展并将其作为毕业论文的研究选题。一些师范院校适应形势要求，已为师范生开设了与此相关的选修课程。?
2 人工智能的教育及教学条件现状?
通过对本人多年的教学过程进行总结，我校的《人工智能》课程教育现状可总结为如下几点：?
（1)理论知识充裕。但与实践相脱节，特别是在智能科学技术的教育教学方面。尽管知识面相当广泛，而人工智能理论的普及教育以及智能技术的开发与应用仍然十分滞后。?
(2)同其它普通高等院校一样，在本校，人工智能技术的研究与应用尚未普及，甚至比不上其它院校。这不利于培养学生的科研兴趣及创造精神。?
（3）缺乏配套实验教材，实验教学内容缺乏，无法培养学生的研究能力和创新能力。只有开设实验项目，才能使人工智能的相关知识具有研究性和综合性。?
（4）对中小学智能教育的深度及教学方式、教学特点缺乏研究。做为师范类院校，我认为在对学生进行基础知识教育的基础上，要紧抓中小学智能教育的特点对师范类学生进行相关的教育与培训。?
相对于教育现状，我校的《人工智能》课程教学条件现状要稍好一些，其状态如下：?
（1）教材使用国家级规划教材，此教材非常系统地介绍了人工智能的基本原理、方法和应用技术，适合本科及研究生使用。在我们的授课过程中，也会适当为学生提供相关的国内其他先进教材，如中南大学蔡自兴教授的《人工智能及其应用》等。?
（2）为了促进学生自主学习，我们准备了多种类型的扩充性学习资料，加强学生主动学习的意识，包括：课程相关杂志和书籍目录，以及部分重要的参考文献，与人工智能相关的网络资源如优秀BBS、新闻组、网址等。 它们包括了大量的文献资料、本领域研究的前沿动态等。 使用表明，学生非常乐于查阅这些资源。 使学生能通过使用这些资源进行一些人工智能程序设计，探讨一些问题，在课堂讨论中展示他们的收获。?
(3）校园网的普及与不断优化使本课程有优良的实践性教学环境，能充分满足教学需要。我们拥有较充足的多媒体教室和网络教室，为实现本课程教学提供了物质保障。在网络资源建设方面，全校办公室、教室、学生宿舍和教师宿舍都以宽带网相连，这些硬件设备对本课程教学发挥了重要作用，使本课程教学质量得以明显提高。?
3 人工智能教学方法及手段的改革?
针对我们现在所采取的教学方法，我认为存在许多不足，如教学方式比较单一，教学内容偏重理论讲解等，为此，提出以下教学方法的改革：?
（1）通过多种途径激发学生的学习兴趣。课程的学习效果，直接受到学生兴趣和参与意识的影响。一般来讲，《人工智能》作为一门前沿课程，开始学生学习兴趣很大，当开始接触到抽象理论知识及部分算法时，学生往往感到不易接受。 我们通过各种途径和方法， 激发和培养学生的学习兴趣，包括鼓励学生参与某部分知识的扩充性资料查找,预留一定时间请学生负责对此内容进行讲解，布置学生对某个基本成型的实验进行纠错及验证，降低问题解决的难度。学生因此产生兴趣从而做更深度研究。?
(2）进行启发式教学。 我们可以尝试在教学过程中不断提出问题请学生思考，启发学生求解这些问题，鼓励学生提出自己的猜想和解决方案，然后摆出教材中的解决方案，并与同学所提出的观点进行分析和比较，这足以加强学生学习的主动意识和参与意识，提高学生学习的积极性。?
(3）课堂辩论与交互式教学。 组织课堂辩论，讨论的议题可定位为譬如人工智能是否能超过人类智能等有争议的问题。学生通过对这些问题展开激烈争论，激发了学习潜能，明确了学习目标。当然师生间的交流方式还有很多，如邮件互发、QQ留言等，也可在课程网站中的互动平台进行交流。?
(4）分层次因材施教。 在授课过程中，通过对每个具体学生的学习进度、课堂作业情况进行及时评估，对学生提出进一步的学习建议和指导， 实现个性化的教学。 对优秀学生探讨，可以在教学设计和实验设计中要求其选作部分探索性、创新性的功课和实验，以发挥学生个性优势。对于有意于将来从事中小学教育的学生可以在机器人及人工智能技术发展现状等知识层面对其做问题讲解。而那些看似缺乏兴趣的学生，我们可以用多媒体手段如播放人工智能相关电影及科学小片引起其兴趣，实行逐步引导的教学过程。?
另外，我们可以尝试双语教学。 采用中文教材和讲授的同时，注重在课程中的关键词同时用英文表示，并适当指定英文参考短文和英文参考书。使学生能够接触国外文献资料，加深对学习内容的理解，获得更宽广的知识。我们也可以在教学内容安排上，注重理论联系实际，将一些人工智能网络上的虚拟实验给学生进行课外上网练习，从而使学生了解算法的具体运行过程， 通过参与达到知识的理解，掌握基本方法和技术。?
根据现有的条件，我们在教学中可以采用多媒体教学和网络课程教学相结合的方法，充分利用多媒体的丰富表现形式，利用网络课程的交互性、情景化等特点，构筑以学生为主体的《人工智能》课程现代教学模式。 对于抽象知识，可通过动画和视频演示，通过声音和图像展示人工智能的历史、人物和前景，做到学生直接而深刻地看到知识的内涵外延。网络课程能较好地实现交互并使学习过程情景化，通过网络课程的课堂练习和章节练习，教师可以评价学生的学习情况，并给学生提出学习建议，从而提高学生的研究力和创新力。我们也可以给学生播放中学《人工智能》课程课堂教学录像，以使学生看到初高中学生的知识范围及深度；同时给学生播放现有的《人工智能》科学成果，让学生看到理论背后的实践；也可以播放科幻片，激发学生想象的翅膀从而有兴趣把人工智能作为将来深造的方向。《人工智能》是一门较新的课程，改进教学方法和手段不仅要靠教师，也应增加硬件设备的投入。如果人工智能能采用智能辅助教学系统或机器人辅助教学过程逼真、形象，一目了然，这样可大大提高学生的学习效率，尤其是提高学生的观察判断能力、发现问题和解决问题的能力。?
4 人工智能实践教学设计的探讨?
我们可以在教学过程中，适量开设一些实验和设计，提高学生的动手能力，并加深他们对理论知识的理解，降低理论的抽象度，提升理论的实用性。在近两年的教学过程中，我们会适量加入一些人工智能语言的教学过程。例如，在讲解了“野人与传教士过河”等问题后，我们可以让学生使用Visual Prolog或者C ?++?对算法进行实现；在讲解 TSP 问题的遗传算法解决案例后，指出编码方案、初始种群大小、进化代数、交叉率变异率等因素对求解结果的影响，并要求学生通过实验的方式来分析、理解这些问题，并提出“寻找更有利的解决方案”等问题。把学生的兴趣激发后，为解决这些问题，学生会在课外主动查阅相关文献、相互讨论以实现他们所设计的方案，这样既培养了学生善于钻研和勇于创新的精神又提高了学生的实践与创新能力。?
参考文献：?
［1］ 熊德兰,李梅莲,鄢靖丰.人工智能中实践教学的探讨［J］.宿州学院学报,2008(1).?
［2］ 何元烈,汪玲.“Visual C ?++?”在“人工智能”教学中的应用与探讨［J］.广东工业大学学报:社会科学版,2008(8).?
[关键词]智能机器人 师范院校 教师教育 师范模式
一、引言
20世纪90年代以来,随着科技的进步,人工智能技术的发展,智能机器人在全世界范围内掀起了一股热潮。随着机器人技术理念的逐步完善和相关设备更新,人们也将越来越重视智能机器人的教学和竞赛活动。正是因为看到了这一点,我国的高等教育以及中小学教育在这方面也都投入了巨大的热情和精力,智能机器人教育在学校教育中的地位也越来越重要。笔者通过文献检索发现,智能机器人教育在国内外已不是少数学校的事。
1.国内外高校智能机器人教育开展现状
无论国内还是国外,在高校开设智能机器人教育课程的现象已经非常普遍。但主要是一些综合性大学。比如日本是世界上机器人教育和机器人文化普及最高的国家之一,在日本不仅每所大学具有高水平的机器人研究和教学内容,且每年举行多种不同档次的机器人设计和制作大赛,通过大赛培养了大批机器人技术研究和应用人才,使日本的机器人技术走到了世界前列。其他再比如一些欧美国家,亚太地区等都有该类项目的开设。
在国内,据不完全统计也有为数相当的高校有开设这项课程。其中有包括清华大学、北京大学、北京理工大学、西安理工大学等综合型大学,也有北京师范大学、浙江师范大学等师范类大学,其他还有一些职业技术学院等等。可以说我们的教育界还是注意到了这门新兴的学科,也在这块领域投入了相当的支持和关注。
2.国内外中小学智能机器人教育开展现状
国外青少年热中于机器人基于他们的历史文化环境:一是高新科技(尤其是IT的超速发展);二是漫画、电影、电视、体育竞赛、电子游戏以及互联网的影响。也正是由于这些文化因素的影响,智能机器人教育在国外开展地如火如荼,发展也比较迅速。目前,各国都有举办不同级别、科目、门类的比赛:比如日本的ROBO―ONE比赛至今已经举办了7届,还有“青少年机器人大赛”等,其主要参赛者都是年轻人。与此同时韩国的青少年也在掀起一股机器人热潮,韩国政府和企业也正在投入大量资金开发机器人产业,并使之商品化。而在美、德、法等国家,机器人产业也正在受到重视,一般采取“官产学”形式。“官”即政府的支持和调节,“产”即产业界的自我分类的研究和开发,“学”即学校专门设置的课程,进行学校教育。在如此庞大的体系下,机器人产业在国外已占非常重要的地位,尤其在当今的信息技术时代。
我国的智能机器人教育现状又如何呢?据不完全统计,在2005年全国已有2.5万余所中小学、320余万学生参与到智能机器人教育当中来。随着这几年经济的快速发展,目前我国中小学参与到机器人教育这个项目当中的人远远超过了上述数据,而且还在不断上升。特别是沿海发达地区,比如上海、广东、浙江、江苏等地区。目前的主要开设形式是校本课程或者兴趣小组等,参与的学生也大多是出于个人兴趣爱好。
3.中小学智能机器人教育的师资现状
由于智能技术是信息技术的核心领域,智能机器人也成为了培养学生动手能力、创新能力、协作能力和逻辑思维能力,提高学生综合素质,开拓智力的平台;同时,也是进行程序设计形象化、成果化教育的平台。
目前就已开展智能机器人教育的学校来看,其主要的指导老师就是信息技术老师。智能机器人教育主要多个学科的知识,由于没有专门的机器人教育专业,使得我国基础教育领域机器人方面的师资处于接近真空状态。可以看到中小学信息技术教育在师资方面还存在着诸多欠缺的地方。而计算机科学与技术、教育技术这两类专业在培养目标和培养模式上都带有局限性。比如计算机科学与技术专业,他们培养的人才往往有双重性:一是培养具有教书育人的良好素质,能胜任中小学计算机教育的教师;二是可从事计算机行业的相关人才。而教育技术专业虽然把培养目标调整为“具有良好的信息素质,胜任中小学信息技术课程的教学工作”,但是,目前多数教育技术专业、计算机科学与技术专业的培养模式培养大批“胜任”智能机器人教育课程的教师显然不切实际。
4.关于师范院校开展智能机器人教育的情况
在我们国家而言,智能机器人还属于比较新兴的项目,作为科研重要基地的大学起步也较晚,大家的水平差距相对较小。如果师范院校现在开设该项目,以时机来看,比较恰当。正因为大家处于同一起点,相互之间的差距不是很大,更加有竞争。师范类院校作为为社会培养人才的基地,更应该看到这一事实。目前师范类院校较综合大学来实力上看处于劣势状态,但师范院校由于和基础教育结合紧密,在发展机器人教育方面事实上具有先天优势。为提高师范类院校的竞争地位,增强培养人才的实际能力,创造出师范特色的新的人才培养模式,都值得我们思考并加以实施。
二、师范院校开展智能机器人教育的价值
1.师范类院校提高本身竞争力的需要
在师范类院校开设智能机器人教育正是顺应了师范教育改革的潮流。不仅可以为基础教育提供更好的师资力量,也为师范类院校在人才培养模式上带来了新的思考。拓宽了师范生的就业渠道,增强了社会竞争力。
2.中小学智能机器人教育的需要
智能机器人教育引入中小学,不仅有利于信息技术的发展;有利于我们探索教育改革和人才培养的新途径、新方法;有利于高素质人才的培养;同时,也将推动我国智能机器人知识和技术的普及;促进我国智能机器人事业的发展和专业人才的培养;促使新兴的智能机器人产业的形成。因此智能机器人进入中小学已成为一种必然趋势。我们可以通过智能机器人教育这个平台挖掘学生的创造潜能培养造就创新人才。不久的将来,智能机器人教学必将进入我们的周围,越来越多的人员便会参与到其中。如果师范类院校开设智能机器人教学,那么等到这些人员从事到中小学教育以后,他们发挥出来的作用将不可限量。
3.培养学生的诸多能力需要
智能机器人技术是世界强国重点发展的高技术,也是世界公认的打开21世纪大门的钥匙。智能机器人融合了机械、电子、人工智能等技术。如果把它引入教育,不仅有利于信息技术教育的发展;有利于我们探索人才改革和人才培养的新途径、新方法;有利于高素质人才的培养;同时将推动我国智能机器人知识和技术的普及;促进我国智能机器人事业的发展和专业人才的培养;促进新兴产业的形成。实践证明它不仅可以激发学生的想象力,培养学生的设计能力、创造能力、动手能力和跨专业的综合应用能力而且还培养了学生的协作精神。把智能机器人引入师范教育,不仅培养了学生的诸多能力,同时又为师范类院校学生在就业竞争中提供了一项优势,何乐不为?
4.师范性和专业性结合,培养更全面人才的需要
师范教育的根本目的不在于培养文学家、科学家,而是培养能培育文学家、科学家的教育家。在师范类院校开设智能机器人课程便是培养模式上的一种尝试和创新。由于师范类院校其本身的特殊性,它主要为基础教育培养师资力量,侧重点在于培养教师而不是培养研究性人才。师范类院校要培养智能机器人教育的人才,势必要调整培养目标和培养模式,把专业性和师范性更好到结合在一起,只有这样才能优化人才,增加竞争力。师范类院校要看到自己的缺点的同时也注意发挥自己的优势。目前中小学存在的问题就是专业教师的缺乏。为中小学智能机器人教育提供更优的师资,也为师范类院校学生提供更多的就业机会而言,在师范类院校开设智能机器人教育也就非常必要而且也很有利。
三、要研究智能机器人教育发展的师范模式
1.要总结开设智能机器人教育的做法和经验
湖州师范学院于2004年开始智能机器人教育,目前拥有机器人仪器80台,实验室两个。主要以学科竞赛、兴趣小组形式开展设,目前正在课程开设试验。举办过六次机器人院级比赛,五次机器人校级比赛,举办过两期暑期培训,并代表学校参加过7次全国性的比赛,参与到这项教育活动的学生数大约有600人,获得了全国一等奖多项,引起社会、其它学校的关注。
作为师范院校,开展智能机器人教育的主要目的是为突出专业特色,增强社会竞争力。虽然我们开展的时间并不是很长,但无论是自己举办活动还是参加大规模的比赛,我们的师生都认真努力,收获颇多。在教学实践和理论方面都有了很大的提高,积累了一定的经验。
从笔者的走访来看,无论是参与到其中的教师还是学生,都得到了一定的锻炼。一些同学甚至还受到了一些中小学的邀请,去担任他们的兴趣小组指导教练,参加省级比赛,也取得了不错的成绩。智能机器人教育开阔了学生的视野,培养了学生的能力,同时打造了学校品牌,为学生就业提供了多一条的途径。
但同时在教育对象、课程设置、实验室管理等方面也都还存在着一定的问题。比如智能机器人是融合了多种技术的综合性课程,开设培训课程以前,需要学生有一定理论基础。所以需要开设一定的前序课程。由于受到实验室、师资等问题的限制,目前我们学院开设的项目还比较少,学生参与面还不够宽等等。
2.要明确培养目标,更好地开展机器人教育,形成师范模式
就师范类院校开展智能机器人教育而言,笔者认为我们要按师范专业的特点开展一系列智能机器人教育课程、活动,形成一种师范模式,更好地普及机器人教育,为基础教育培养优秀人才。
(1)在师范专业开设一些信息技术课,培养学生信息素养
当今时代,对学生的信息技术素养要求越来越高。根据我院实际经验,学生在参与到机器人活动中时需要一定的信息技术基础,比如C语言编程,而我们师范生缺少的就是这方面的知识。如果师范院校在这方面能开设一些系列课程,使学生的理论知识水平有所积累,对于我们开展机器人教育必将有极大的帮助。我们在从小学教育专业、教育技术专业本科生中开展智能机器人教育,就十分重视学生信息技术课程知识的补充,因此师范生在智能机器人教育的一系列活动、选修课程中理解能力、动手能力就迅速提升。
(2)建立配套完备的机器人教育实验室
智能机器人是技术的前沿之一,集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、材料、能源、计算机硬件、软件等众多领域的科学和技术知识,没有一种技术平台比智能机器人更综合。所以为了使现在的师范生能够更适应未来信息时代的要求,在教学实验环节中及时地增加教学实验内容是非常有必要和可行的。况且,机器人教学需要有实际的场地设备等要求,机器人教育实验室的创办非常需要。加强机器人教育实验室建设,重点在对学生进行机器人教育指导能力的训练,同时要注意实验室的专业完备程度,规范管理等,并提高机器人实验室的软件建设、社会服务能力。
(3)成立大学生机器人教育协会,组织机器人学科竞赛
机器人比赛是一项很好的科技创新活动,不仅易于激发兴趣,而且还可以培养学生的多种能力。学生们在研讨争论中,逐渐提高了语言表达能力;在策略方案分析中,锻炼了思考、分析问题和解决的能力;在具体设计和安装调试中,综合运用各门课程知识,提高了工程设计和工程实施的安装能力。我们目前建立大学生机器人教育协会,吸引学生参加这方面的活动,学习机器人原理,掌握机器人制作、编程、操作技能,活动形式主要是开展机器人学科竞赛。这样既可以检验我们学生学到的实际的知识以及获得的能力,也能赢得更多的荣誉,得到学校领导的重视,扩大师范院校在机器人竞赛的影响,更重要的是从亲身实践中学会和发展智能机器人教育活动的组织能力。
随着“科学素质教育综合示范校”建设的落实与实施，学校进一步制定了“科技教育中长期发展规划”，培养和引进了一批在全市乃至全国有一定影响的科技与学科教育领域的专家型教师，同时聘请中科院、国家天文馆、北京大学、清华大学、天津大学、南开大学和国外著名大学的专家、学者作为学校的兼职导师，并以9个优势科研领域为核心，建设了30多间创新实验室，为学生提供了科学体验和实践平台，超前达到适应高中新课程发展和科技创新型人才培养需求的标准，同时积累了一些宝贵经验。
实验中学的历任校长都始终倡导、支持科技创新教育工作。学校连续18年被评为市级科技活动先进校，获得“全国科技活动先进校”、“全国创建绿色学校先进单位”、“全国青少年科普创新示范校”、“青少年科技创新人才培养项目实验学校”、“中国少年科学院科普基地”、“全国电脑机器人教育实践基地”等称号。培养了许多在各级大赛中获奖的科技特长生，多名学生在各级科技竞赛中创造佳绩。
从2010年起，学校在天津市率先组建了“科技创新实验班”，并在此基础上进行基础教育阶段科技创新型未来人才培养的科研与尝试。随着天津市特色高中建设项目的实施，学校出台了“科技创新人才培养计划”，积极稳妥地推进学校科技创新教育工作的开展。
构建目标策略体系
培养目标
培养未来的科技创新型人才，是实验中学贯彻“以人为本、力行创新，为学生的终身发展奠基”办学理念的具体体现。实验中学的教育者认为，科技创新教育最需要体现的是“三创”，即创意、创造、创业。创意表现为新观念、新思想、新设计；创造是指动手能力，表现为新发明、新突破；创业是指开创新事业，所以，把未来的科技创新型人才可以定义为“有创意，能创造，善创业”的人。
实验中学“科技创新实验班”采取“双主线”教育模式（即育人教育和成才教育），紧紧围绕“国家兴亡、匹夫有责”的育人目标和“坚实的基础，良好的素质，发展的潜能，广泛的特长”的成才标准，培养未来的科技创新型人才。这类人才除了具备坚定的信念、较强的动手操作能力、科学的思维与研究方法、健康的体魄、健全的人格外，还应具备强烈的创新意识、创新精神和创新能力；对科学研究兴趣浓厚，具有无尽的求知欲、探索欲和责任感；逐步培养向往科学、探索科学、敢于革新、不怕失败、坚忍不拔、善于合作的精神；在不断追求真理、探索新知的同时，在创新感知力、创新记忆力、创新想象力和创新思维力等方面也表现突出。
计划分解
实验中学的科技创新教育具有鲜明的研究性质，“科技创新人才培养计划”主要通过宏观与微观、理念与实践、横向比较与纵向梳理、整体与局部四个维度的对比研究，探究国外发达国家创新型人才培养的先进理念和制度，对比分析我国创新型人才培养的主客观条件，力求探索具有中国特色的科技创新型未来人才培养模式。该计划分为以下四个方面。
一是基础教育阶段培养模式的研究。根据基础教育阶段学生的具体情况，根据学生的特点和特长，进行“案例式”和“项目式”培养方式的研究，以项目带动方式，让学生参与整个科研流程，在科研过程中提高学生沟通、交流与合作的能力，使学生的综合素质和科研潜能得到全面健康发展。
二是课程设置与科技创新型未来人才培养关系的研究。整合课程资源，突破现有学科知识框架，构建新型的课程结构，实施学分制自主型管理模式，并尝试对课程设置与培养模式的关系加以研究。根据不同项目组学生的不同需要，创设科技创新型课程设置模式。
三是校本课程研究。立足数学、物理、化学、生物、信息、化学工程、生物工程、人工智能、地球与空间科学这9大科技创新优势领域，学校构建了科技创新型人才校本课程体系，开发出1～2门科技创新教育课程。
四是评价体系研究。根据未来科技创新型人才的潜力和特长，积极为学生搭建交流成果与展示能力的舞台，采取开放性、流动性的动态管理和评价方式，让学生在全面发展的基础上，尽早进入带有个性色彩的科学研究领域，力争为国家培养出更多的优秀人才。
培养策略
第一，改革新生遴选机制。
打破传统的选拔和培养机制，探索科技创新型人才早期培养的普遍性规律，培养一批具有良好创新素养、科学精神与人文底蕴的优秀学生。“科技创新实验班”学生的选拔和培养改变以往传统意义上的“理科班”、“特长班”模式，对学生的综合素质提出更高的要求。学生自愿报名，每年5月，符合条件的学生集中培训、活动3～5天。成立专家组，以科技论文、动手实验、技术设计、基础知识综合测试等方式确定初选名单，再由专家组面试、组织答辩，确定最终入选名单。
关键词：教学模式；知识模型；学生模型；教师模型；智能教学系统
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)12-20ppp-0c
The Research of the Intelligent Tutoring Systems of Computer Foundation Course Based on the Web
QIN Yue-xing1,2
(1. College of Computer Science & Information Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China; 2. Department of Mathematics and Computer Science, Qinzhou College, Qinzhou 535000, China)
Abstract: Because of the neglect of the students' leading role and differences, the traditional CAI teaching pattern couldn't teach students in accordance with their aptitude. While ICAI pattern follows the principle of "people oriented, student first", with the purpose of teaching students in accordance with their characteristic and the fulfillment of the self-adapted teaching, it respects students' individual differences and attaches great importance to the students' central role. Through the combination of the characteristic of ICAI, this paper puts forward a structural model for the intelligent teaching of Computer Foundation course based on the Web.
Key words: teaching pattern; knowledge model; student model; teacher model; intelligent tutoring systems
1 引言
21世纪是一个信息社会的时代，计算机技术的日益普及和“信息高速公路”的开通将会给人类带来一个崭新的信息化社会，信息资源的共享更是当今世界发展的大势所趋。这就要求当代大学生熟练掌握计算机技术，通过它学会获取信息、加工、处理信息的能力，学会分析问题和解决实际问题的能力。《计算机文化基础》作为高等院校学生接受计算机基础教育的入门公共课程，它的内容是当代大学生必须要掌握的计算机基本知识和基本操作，其目的是为了提高学生的综合素质，使学生掌握计算机应用技能，把计算机作为一种有效的工具，应用到学习生活和以后的工作中。而目前《计算机文化基础》的上课主要是计算机＋大屏幕投影，采用以同一本教材、以教师为中心、学生围着教师转的“你教我学”的“演播式”教学模式。这种教学模式相对呆板，师生之间的交互性差，学生完全处于一种被动的学习状态，而学生又都是来自全国各地，城乡差别，地区差别较大，计算机水平参差不齐。教师把教学内容“满堂灌”式地传输给学生，而入学前计算机水平较高的学生则会感觉到课堂内容太浅，没有学习兴趣；入学前计算机水平较低的学生却又感觉课堂内容太深，上课听不太懂、跟不上，难以理解和消化。所以，实际上这样的教学模式仍然没有走出传统上课的教师“教”学生“学”的旧有模式，学生过份地依赖于教师，没有学习的积极性和主动性。这种模式忽视学生的主体性和差异性，泯灭学生的学习兴趣，面对不同的学习对象，不能做到因材施教。而智能教学则坚持“以人为本，学生第一”的教学原则，充分尊重学生的个体差异性，根据学生不同的特点，实现因人施教，充分发挥学生的主体作用，让学生积极、主动地去学习，在有效调动学生的学习主动性基础上，注重培养学生分析、解决问题和实践创新的能力。为了实现《计算机文化基础》课最好的教学效果，使学生真正掌握到计算机知识与技能，本文提出了基于Web的《计算机文化基础》的智能教学并进行了系统的简单研究与设计。
2 智能教学概况
智能教学，也称智能计算机辅助教学，简称ICAI (Intelligent Computer Assisted Instruction)是计算机辅助教学的一个重要发展方向，是利用计算机技术模仿人类的教学能力，以学生为中心，计算机为媒介形成的一种开放式的交互教学。智能教学系统是以人工智能、计算机科学、认知科学、思维科学、教育学、心理学和行为科学等为理论基础，根据学生的实际情况，自动选取适合学生的教学内容和教学方法，对学生进行个别化教学，实现了教育界提倡的“因人施教”“自适应教学”，让学生积极、主动地去获取知识，体现了智能性。实际上智能教学就相当于是赋予计算机系统以智能，由计算机系统在一定程度上代替人类教师实现最佳的教学效果。
智能教学系统最显著的特征是它具有自适应性。它能根据每个学生的基础知识、水平和能力，制定相应的学习计划，面对不同个性的学生有针对性地进行个别化指导，并在学习过程中根据学生的具体学习情况和进度自动调整适合学生的教学内容和教学策略，以达到最好的教学效果。理想的智能教学系统应能够根据学生的实际情况选取教学内容、教学模式，对学生实施个别化教学，做到“因人施教”，将教学资源、教学模式优化组合起来，建立一个良好的教与学的互动环境，激发教与学双方的主动性和创造性。
目前随着Web技术的不断发展和成熟，基于Web的智能教学系统研究越来越受到人们的重视。在Web上构建智能教学系统，利用网络的功能实现分布式教学，可以不受时间和空间上的限制，同时可以接受多个用户的并发访问，用户可以随时随地享受教学资源，充分实现信息资源的共享，又可以在最大程度上满足每个用户的需求，真正做到“因材施教”，因此得到教育领域的广泛应用。
3 基于Web的《计算机文化基础》智能教学系统设计的构成
针对基于Web的《计算机文化基础》教学系统的特点，本文采用4个相互作用的模块：知识模型、学生模型、教师模型和交互模型来设计该系统。
3.1 知识模型
知识模型将领域知识以一种特定的结构存储在计算机中，根据不同的知识类型采用不同的存储结构。知识库作为智能教学系统的重要组成部分，主要解决教什么的问题（教学内容），表示教学领域的相关知识，以及相关问题的求解知识。实际上，知识表示是智能化系统首先要实现的部分。用于智能教学的教材内容的组织不是简单地将书本电子化，而是通过对学习内容模块化来确定知识的内在联系和认知顺序。
本系统的知识模型模块，对《计算机文化基础》教学内容知识库的表示，可以采用超文本表示方法，根据教学把课程内容分解成小单元，设置相应的内容链接。其特点包括：教学内容被组织成包含文字、声音、图形、图像、动画和视频等多媒体集成的超文本文件（HTML）文件，使教学内容更为丰富、形象、生动、充实。例如，《计算机文化基础》讲解格式化磁盘或安装操作系统的相关知识时，由于硬件和时间条件的关系，教师不可能把上课所用的机子格式化后重装系统演示给学生看，一般都是口头随便讲解，草草带过。但学生对这些内容又比较感兴趣，这样，想教无法教，想学又没学到，教与学出现矛盾！但是现在通过智能教学系统，可以把这些知识点做成步骤详细的flas作品挂在校园网上，学生通过校园网可以反复多次地观看，甚至可以下载保存到自己的电脑上，这样让学生积极、主动地去学习，从而达到掌握知识和形成技能的目的。通过智能教学系统，我们可以把一些在课堂上很难实现的知识很轻松、容易地教会学生，提高学生的学习积极性。
3.2 学生模型
学生模型是记录学生的基本信息和学习情况的模块，根据学生的学习基础、能力特征和个性特点智能教学系统要提供最适合学生需要的教学，针对不同的学习个体，做到因材施教，系统就必须充分了解当前的学习对象，需要把学习对象的各种认知特征、知识水平、学习能力等用适当的数据结构记录下来，作为选择教学内容和教学方法的依据。
学生模型在ICAI中构造了一种可靠的表示学生知识水平程度的数据结构，它记录着学生对知识的掌握程度，是学生知识结构的反映。学生模型监控学生的学习情况，依据学习的进度和学生的知识水平能力从试题库中调出相应的测试内容进行测试，并将测试结果的详细情况存储到学生信息库中，方便教师模型对学生信息的调用。学生模型的构造目的是评估学生的认知状态，并发现学生在认知过程中出现的错误。
本系统的学生模型模块主要用于帮助学生进行个性化的学习活动。主要有两个方面：(1)学生学习：系统提供多种学习方式供学生进行选择，根据学生的选择系统提供相应的学习资料或课件，给出相应的学习指导。比如，如果学生选择传授式学习，那么整个学习过程都处于计算机导师的直接控制之下，相当于传统的课堂教学下的学习；如果学生选择探索式学习，那么计算机导师就会提出相应的问题和提示，学生自主地浏览相关网页内容，在这些问题和提示下，完成主动性的学习；(2)学生练习：学生完成一个单元或阶段的学习后，系统提供相应的练习题给学生进行练习；在学生提交练习结果后，系统进行评估，给出进一步的学习建议，如果系统评估不过，则学生要重新进行该练习，直到学生掌握了该知识点才能进行下一步的学习，如果系统评估通过，则形成新的有针对性的练习，或者引导学生进入下一单元的学习；同时建立学生的个性化知识库，使系统能够进行有效的推理，形成启发式的自学策略。
3.3 教师模型
教师模型是模仿人类教师工作的一组程序，存放指导教学序列和教学方法，通过人机交互对知识模型和学生模型的分析，启动推理机工作，评价学生领域知识的掌握程度，提供指导的教学序列，并在最适当的时候显示最好的指导，进行启发式的高水平教学。
本系统的教师模型主要用于辅助教师编写教案。主要包括：(1)教案生成管理：系统根据教学知识模型和学生模型，结合已有的教学资源，通过一定的推理机制生成相应的教学策略，辅助教师作出有针对性的教学计划，编写个性化的计算机教案，同时提供教案库的管理和维护功能；(2)素材组织：按照教学知识模型库将各种类型的教学素材（如声音、图形、图像、视频等）进行组织和管理，建立教学素材与教学知识点之间的有机联系，并提供与常见多媒体课件编辑工具（如PowerPoint、Authorware、Flash）的链接，能够在常见的课件编辑工具中有效地利用已有教学素材。
3.4 交互模型
交互模型实现学生与知识、系统之间的交流，是教与学双向活动的人机界面。交互模型包括学生交互界面和教师交互界面。
本系统主要有两种基本的交流工具：(1)教师信箱：学生通过电子邮件的方式与教师之进行交流；(2)电子白板:电子白板是一个虚拟的协同的交互空间，供教师和学生进行同步或异步方式的交流。对在交流过程中产生的有价值的信息，用户将其作为知识进行提取存储起来，供以后再利用。
4 结束语
《计算机文化基础》是一门基础性、应用性、操作性比较强的学科，我们要找出一条适合《计算机文化基础》教学的新路子,充分发挥学生的主体作用。目前，有关基于Web的智能教学系统的研究和开发逐渐成为国内外研究的热点，本文针对《计算机文化基础》这门课研究探讨了一种基于Web的智能教学系统的构造方法，希望能构造出一个高效的基于Web的智能教学系统，从而真正实现《计算机文化基础》的智能化教学。
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关键词：新工科；计算机基础；创新
引言
基于智能和信息技术的新工科建设引起了高校和教师的关注和讨论。软件工程专业计算机基础作为一门基础工程课程，不仅是培养软件工程专业学生信息和智力的重要手段和渠道，也是软件工程的重要组成部分。软件工程专业大学的计算机基础课程面临着课程简化、压缩甚至直接应用的问题。教学与实际应用的脱节制约了计算机基础课程的发展。
1新工科概况
1.1新工科的意义
新工科与经济发展有着重要关系。在新常态背景下，积极推进我国现代经济建设发展，需着力发展实体经济。所谓实体经济，就是在积极优化产业结构的基础上，推动经济发展方式转变。其中，新工科是实体经济发展的强大动力。新工科中的“新”可从以下几个方面来理解。在互联网时代的大背景下，信息处理方式发生了巨大的变化，正朝着移动化、智能化、个性化的方向发展。在新工科背景下，计算机计算的发展模式发生了重大变化，体现在新一代信息技术的发展由原来的纵向升级向横向渗透转变，如金融、制造等领域；此外，计算机技术的研究方向也发生了重大变化，从原来的产品技术转向服务技术。上述新的开发模式是“新”在新工科背景下的体现。因此，计算机信息技术正逐步渗透到生产、生活的方方面面。在新的发展背景下，有必要对高校计算机工程教育的内涵进行解读。在这样的背景下，可促进企业的全面升级和发展，带动社会经济的发展。
1.2新工科发展历程
新的工程概念一经提出，就受到教育研究者的高度重视。这一新课题的研究取得了良好的成果。例如，在综合性大学的新工科开发中，相关学者为新工科的开发开辟了新的路径。如利用区域优势开发新工科、多学科发展模式。这种教育发展模式最早在中山大学实施；此外，在地方高校的发展过程中，相关学者依托产业集群整合教育发展模式，院校教育要完善院校的教育功能，形成具有特色的工程教育新体系。其中，高校新设工程教育专业集工程教育、学科、科教、创业等为一体。它将新的要素融入到新工科体系的发展中，丰富了人才培养体系。专业课程是新工科发展的基础。为促进新工科的创新和发展，需要对课程和课程建设进行改革。计算机基础教育是高校专业课程的重要组成部分。在网络环境下，物联网工程和人工智能产业呈现出新的发展趋势，为计算机基础教育奠定技术基础。立足当前时展趋势，积极推进新工科背景下高校计算机基础专业改革，为物联网工程和人工智能产业建立完善的平台支撑。近年来，新工科取得令人瞩目的成就，但在战略改革方面，专业和课程设置还不够完善。这也是阻碍高等教育发展的重要原因。
2新工科背景下计算机基础课教学应注意的问题
2.1课程内容比较陈旧
目前，一些计算机基础课教师对新工科的概念、新工科人才的特点以及计算机基础课的改革认识不深。因此，一些教师对计算机基础课的教学内容进行了调整，以适应时代的发展。随着IT技术的飞速发展，教学内容也发生了变化，计算机基础课程的教学仍以办公自动化软件的操作技能为基础。除软件版本的更新，教学内容几乎没有变化。
2.2教学法是传统
目前，软件工程专业的许多计算机基础课程分为理论和实验两部分。教师采用的主要教学形式是理论课以教师为主体，实验课以学生为主体。这种教师讲课、学生重复教师操作的教学形式，很难调动学生的学习积极性；此外，高校学生的地域性、类型性差异导致新生计算机水平存在较大差异。采用传统的教学方法会导致一些学生抱怨计算机基础课太简单，学不到东西，学习积极性不高。因此，强调共性而忽视个性的一刀切教学方法已不能适应当代学生的需要。
2.3统一课程目标
不同的高校有不同的计算机基础课程，如软件工程专业计算机基础、信息素养导论、计算机文化基础、信息技术基础等。其理论知识一般涉及计算机硬件、软件等。本课程的教学内容一般集中在上述相关领域，缺乏针对不同专业的必要深入开发。由于没有为不同专业的学生规划不同的知识点，学生在后续课程中缺乏必要的专业衔接而感到困难。
2.4评价方法过于片面
目前，软件工程专业的许多计算机基础课程主要以终结性评价为主，往往采用期末统一的论文理论考试或计算机实践考试，称为期末考试。考试内容难免泛化，但也忽视了学生学习的实际表现，没有对学生的学习过程进行记录和评价。在这种情况下，很易造成学生平时离课，考前临时突击，导致学习氛围不浓厚，学习效果不明显。
3软件工程专业计算机基础课程改革措施
3.1计算机基础课教学内容的创新
在计算机基础课程的教学过程中，教师可以重新规划软件工程专业计算机基础课程的基本理论，并对计算结果进行分析。引入物联网传感器提高学生学习效率，计算机网络不仅包括结构和网络分类，还涉及WiFi和软件工程专业计算机基础课第二模块的内容可视为计算机的基本操作。教师需根据高校本身的特点甚至专业特点来讲解这本书的内容。为了学习，还需用计算机基础课程对学生进行专业启蒙，使学生掌握计算机基础课程相关知识。
3.2改革传统教学方法
软件工程专业的计算机基础课程可用教学进行合理翻转课堂。同时，也要把学生融入到教学中去分成小组。首先，分组有助于减轻学生的学习压力，加强学生的团队合作意识。但在分组的过程中，需填写每个小组所有成员信息，不应包括太多的学生，否则会出现浑水摸鱼情况。如果小组里的学生太少，教学任务也会显得太多，想要教学实践得到一定程度的拓展，教师要有强烈的责任感，然后采取合理的方法控制练习，准确评价和激发学生的兴趣。因此，翻转课堂对教师提出了更高的要求；其次，翻转课堂能使学生充分发挥自己的能力，它还可让学生充分认识到自己的不足，督促他们今后努力学习，在学习中积极探索。
3.3制订合理的培训目标
随着科学技术的飞速发展，大多数人在手机上安装Office办公软件进行移动办公。对普通的软件工程专业学生，教师可帮助他们通过综合学习任务，学生可通过软件提前学习。在课堂教学中，教师为学生讲解重点和难点后，进行教学。只有加强训练才能掌握知识。目前，我国高校数量众多的软件工程专业改变计算机基础课程或软件工程专业的电脑思维。这对学生的创造性思维起着基础性的作用，高校应注重思维的训练，而不仅是知识的学习。教师在讲解知识时，能将创造性思维与知识融为一体，它的使用实际上构成了思维。它对学习起到很好的指导作用，也可在非计算机专业人员中实现复合创新，在创新目的中起重要作用。对比软件工程专业的计算机思维课程和计算机基础课程可理解计算机学习过程中存在的一些困难，教师可根据自己的情况进行学习，根据院校、专业和学生的具体情况，设计合理的学习内容。但为了优化和改革软件工程专业计算机基础课程的教学体系，需不断提高教学质量。
关键词：机器人教育；虚拟机器人；社团；合作学习；研究
一、机器人发展现状
1.机器人教育的价值及影响
机器人教育的核心基础是人工智能技术在教育领域以人性化、智能化的形式加以利用。由于人工智能技术是信息技术发展的一次重大飞跃，因此信息技术教育必将走向机器人教育。我国颁布的义务教育阶段信息技术课程标准和《国家九年义务教育课程综合实践活动指导纲要》中，机器人设计和制作被列入信息技术课程选修内容。由此可见，机器人教育已经纳入了中小学信息技术教育内容中。此外，全国各地的机器人比赛蓬勃开展，比赛内容不断完善，参加的人数不断增多，规模不断扩大，影响力也在逐步提高。从技术的综合性、先进性、自主体验和兴趣激发等方面学生都能有极大的收获进而实现极大的教育价值。
2.虚拟技术的发展及在教育领域的应用
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真）是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般。
目前，虚拟技术在大众教育、军事、医学、航空，旅游等各行业得到了广泛的应用，利用虚拟技术可以建立各种虚拟实验室，虚拟环境。随着虚拟技术逐渐成熟，虚拟技术逐渐普及化，大众化。虚拟技术以其强大的交互性、随意性、安全性等人性化特性，必将对教育领域产生深远的影响。虚拟机器人作为虚拟领域的一部分也得到了快速发展。
3.实物机器人存在的问题
各国的机器人竞赛开展得如火如荼，机器人的教育价值也逐渐得到认可。虽然我国开展机器人教育已经有十多年，但进展缓慢，仍游离于基础教育教学之外，通过分析可发现其主要原因是经费问题，学校没有财力购买大量的实物机器人用于教学。虽然有学校购买了实物机器人，但数量有限，只是用于参加比赛的学生。实物机器人的价格、后期的升级、维护、场地、工作环境等都制约着实物机器人进入学校教学。
二、开设虚拟机器人社团的原因
1.概念界定
虚拟机器人是近年来得到人们重视的一类新兴机器人教育载体，英文简称为“Virtual Robot”。目前，还没有一个统一的定义。根据互联网上的描述和Michael Somby对机器人软件开发平台的界定，就相当于虚拟机器人平台。所谓的“机器人软件开发平台”指的是用来给多种机器人开发程序的软件包，一般包括下列内容（1）统一的编程环境；（2）统一的编译执行环境；（3）可重用的组建库；（4）完备的调试仿真环境；（5）对多种机器人硬件设备的“驱动”程序支持；（6）通用的常用功能控制组件。
2.实物机器人现状
机器人技术融合了机械原理、电子传感器、计算机软硬件及人工智能等众多先进技术，为学生能力、素质的培养承载着新的使命。机器人教育在教学中体现了以下几个方面的作用：
（1）让学生了解机器人的发展和应用现状，理解机器人的概念和工作方式。
（2）让学生了解机器人各个传感器的功能，学习编写简单的机器人控制程序，提高学生分析问题和解决问题的能力。
（3）通过机器人竞赛和完成各项任务，使学生在搭建机器人和编制程序的过程中培养动手能力、协作能力和创造能力，有目的地培养学生的科学素养。
（4）迎接机器人时代的到来。机器人的广泛应用将极大促进社会生产力的发展与产业结构的调整。开展机器人教育，有助于使我们在机器人时代走向世界前列。
实物机器人已经成为呼声很高的创新教育平台，并且正在走向基础教育。机器人教育在国内尚处在起步阶段，把实物机器人作为课程，在现阶段遇到了诸多方面的制约：
（1）实物机器人产品缺乏规范性。国内外机器人制造商开发的实物机器人品牌十分繁杂，且自成体系，互不兼容，开放度较低。
（2）实物机器人价格高，场地有严格要求，而学校资金严重缺乏，也没有相应的场地作为实物机器人的教学场地，配套组件及设施不够，给普及增加了难度。
（3）机器人教学所使用的“教材”质量不高，大多属于“产品说明”或“用户指南”等，缺少课程与教学专家的参与和指导，每个学校要独立开发各自的校本教材，难度较高。
（4）师资队伍的良莠不齐。
3.虚拟机器人在线仿真平台
iRobotQ 3D机器人在线仿真平台的出现，解决了学校开展机器人教学的一个最重要问题，即资金和场地问题。iRobotQ 3D机器人在线仿真平台是全球首款基于网络互动模式设计，以强大物理引擎作为技术支撑，以机器人为载体的科技创新平台。它对资金、环境的要求不高，只要有网络的地方都可以使用。平台通过先进的3D虚拟技术对机器人应用的各个环节进行高度的3D模拟，实物机器人所拥有的功能都可以在该平台实现。
国外机器人教学实验证明，机器人竞赛不仅活动主题有趣，
更重要的是其问题解决方案是开放性的，学生可以用不同的方法完成同一个目标，虚拟机器人拥有实物机器人的绝大部分功能，而且拥有实物机器人所不具备的零件永不磨损的优势，因而虚拟机器人教学活动能激发学生充分发挥想象力、创造力，有利于培养学生的开放性思维。在机器人教学中，学生主要是通过动手实践获取知识。他们就像真正的工程师一样，针对项目主题进行研究、策划、设计、组装和测试。他们以小组为单位，使用积木、传感器、马达等组件设计自己的机器人，并为机器人编写程序，让它完成自己想让它做的事情。学生通过主动探索、动手实践，亲身体验了抽象的理论知识如何变成了触手可及的答案，享受成功的兴奋。在活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，还可以培养多方面的能力和素养，如与人沟通合作的能力，合理利用时间的能力，毅力与自信心的树立等。
三、虚拟机器人社团项目合作学习范式
新一轮课程改革的重点之一，就是要让学生的学习产生实质性的变化，逐渐改变以教师为中心、课堂为中心和以书本为中心的局面，促进学生创新意识和实践能力的发展。小组合作学习成为当代深受关注和欢迎的教学理论与策略，它能有效培养学生的自主创新能力，适应国家培养创新人才。
本人在虚拟机器人教学实践中进行了一些小组合作学习的探索，下面从小组合作学习来谈谈自己的认识。
所谓小组合作学习是以班级授课为前导结构，以小组活动为基本教学形式，系统利用教学动态因素之间的互动来促进学习，共同达成教学目标的活动。
在小组合作学习的过程中逐步培养学生的自主创新能力。具体表现在以下几个阶段中。
1.明确目标：为培养自主创新能力做好铺垫
由于学生各具不同的性格、知识、思想，所以他们会以各自不同的表达方式去处理各种不同种类的信息。因此，教学过程中，教师首先要了解学生通过什么途径可以学得更快、更好，再决定如何利用学生优势带动发展其他有待发展的潜能。因此，教师需采用多元途径进行个性化的教育。除个别化教学外，教师还应组合不同性格类型和水平的学生进行小组活动，利用他们互补的潜能，通过多元虚拟的教育途径进行合作学习。
我的虚拟机器人社团总共20位学生，在教师的指导下，以小组合作的形式，把学生分成5个小组。每个小组由4名不同能力、性别、性格、文化背景的学生组成。在合作学习之前，师生从心理、思想、内容等方面都要有明确的目标，为激发学生的自主创新意识和热情铺平道路。
教师要为学生培养自主创新能力铺路搭桥。一方面给学生提出合作学习中培养自主创新能力的明确要求。即学习的内容和目标是什么，怎样完成任务，评价的标准是什么；另一方面，通过设计具有挑战性的问题，激发学生学习的积极性，启发学生运用已有知识和经验解决问题，促进学习的迁移、自主创新能力的培养。
例如，我在社团课中给学生制订了关于“汽车总动员”项目学习的相关内容（如下表）。
项目学习计划表
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项目学习评价量规
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项目活动记录表
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项目评价表
■
学生根据教师制订的项目学习计划，每个小组再制订自己小组的项目实施计划，并把项目进行分解，分配给小组的每位同学。
2.合作探究：培养自主创新能力的重要环节
每个小组成员明确了学习任务之后，根据分工进入合作探究阶段，由于虚拟机器人是对现实的一个仿真，学生在进行机器人的搭建和编程过程中就要充分考虑到马达的性能、车轮的摩擦系数、轴距对车子的影响、速度的快慢等各种物理因素，促使学生要灵活运用科学知识及生活常识。每个学生知识掌握不同，生活经历不同，对项目实施过程中的理解也不同，这样，每个学生就会根据自己的理解进行互相交流、讨论，甚至争辩，在这一过程中，教师进行适当的引导，小组成员间经过多次的磨合，逐渐形成小组的学习成果。在讨论过程中，让学有余力的学生充分发挥自己的潜能，并带动学习有一定困难的学生多思考、多发言，保证他们达到基本要求；同时，教师要在巡视时，针对学习过程中出现的各种问题及时指导，帮助学生提高分析问题的技巧与能力。这一合作过程，既是类似科学研究的体验过程，更是提升学生自主创新能力的过程。
例如，在“汽车总动员”这个项目任务中，在实施汽车的搭建这个小任务时，我给学生以下提示和问题，让学生根据这些问题去寻找合理的答案。
（1）整条道路由普通道路路面、能量补充站路面、快速过弯路面、飞车路面，这些路面的颜色值都不相同，如何让汽车知道行驶在什么路面上（使用什么传感器来判断）？
（2）道路两边都有栅栏，能否在汽车行驶过程中合理利用这些栅栏？如果能利用栅栏，那应该使用什么传感器？
（3）道路上有得分物，怎样让汽车判断得分物在哪（应该使用什么传感器）？
（4）汽车使用什么样的马达和轮子比较好？
我把上述几个问题交给各小组长，由各小组长再具体分解，分配到每个组员，学生依据一些有待研究的问题，自己去思考，自己去体验。在合作中，学生有了探索与创造的机会，学生的学习活动更具有自觉、能动、创新的特征，学生在合作学习、解决问题的过程中，学习按照一定规则开展讨论，明确表达自己的观点，与他人进行交流，学会倾听别人的想法，修正自己的观点，激发新的灵感，在共同参与中，主动地获取知识、应用知识、解决问题。通过与同伴共同努力来整理资料、分析处理和寻求问题的答案或结论，最终形成小组的汽车搭建方案。
3.成果交流：培养自主创新能力的收获阶段
合作学习后，由小组长代表全组学生对自己小组的汽车搭建方案进行展示，并对选用的部件进行详细介绍，即为什么要选用这些装置，这些装置的作用。展示完毕，由其他各组成员对其进行点评，并对该组进行评分。同时，组内每个成员对自己的表现进行自我评分，并对小组其他成员进行评分。最后，教师对各组进行评价，指出各组的优势和不足之处供学生参考。
虚拟机器人本身就提供了给学生的充分想象空间，再加以使用小组合作学习，充分调动了学生学习的主动性、创意性，学会与他人进行交流，学会倾听别人的想法，修正自己的观点，激发出新的灵感。合作中的倾听、分享、交流、互助与反思，扩展了生生之间、师生之间的沟通网络，从而在教学中构建了立体动态的沟通途径。成果交流中学生之间会有比较鉴别，会互相取长补短、优势互补，提高了学生的自评和他评能力，促进学生进一步动手探索机器人奥秘的能力。拓展了学生个性化思维，锻炼了学生的多向思维能力与创新精神，也展示了学生的创新能力，满足学生对归属感和自尊感的需要。
通过半年来的实践，根据调查，发现学生对信息技术的爱好有明显的提高，这些社团的成员玩电脑游戏的少了，利用课余时间进行开发虚拟机器发的学生多了，原先家长是不允许孩子在家使用电脑的，现在多数家长已经同意学生玩虚拟机器人2个小
时。在小组合作学习的实践过程中使学生受益匪浅，每个学生在学习过程中都多了一份责任与自信，虚拟机器人强大的便利性和对学生的创造要求，使学生学习后创新能力有所提高。
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我国自1983年开展中小学计算机教育至今已十多年,但是由于各地经济和教育发展的不平衡,只在某个时期、某些地区火红了一阵,紧接着出现了一个低谷时期,总体上仍然维持着BASIC的天下。总而言之,我国中小学计算机教育十几年来取得了很大成绩,但仍存在不少问题,现择其主要的谈谈自己的一些看法。
关于小学计算机教育的目标
当前,我国小学计算机教育的最大困惑莫过于目标不清。计算机是20世纪科学技术的骄子,由于它的诞生和发展,极大地提高了社会生产力,并掀起了广泛而深刻的社会变革。计算机已渗透到各行各业及人们生活的各个角落。我们的孩子如再不学习计算机将很难立足于未来社会,国家也将因公民素质低下而处于贫困挨打的落后地位,所以,掌握计算机技术才算拿到通往21世纪的钥匙。
诚然,我们的学生确实应该学习计算机,但学什么,怎样学呢? 我们一贯主张吸收国外一切有用的经验,但别人的经验绝不能替代我阿自己的研究和实践,我们站在别人的肩上,其目的是要有所作为。计算机教育是前无古人的事,世界各国都在根据本国的具体条件和民族特点,在不同程度上进行研究和试验,水平也参差不齐,我们只有对别人的论点、主张进行深入的探求和/:请记住我站域名/思考,才能去粗取精,为我所用。
计算机是先进的科学技术,也是直接关系国计民生的重要科学,但是并非所有先进和重要的科学技术,都必须在中、小学阶段设课教育。在先进性、重要性之外,还有其它值得注意的因素,那就是基础性。这里所指的基础,主要是计算机操作运用能力,而不仅仅是计算机学科的知识。计算机是信息交换和信息处理的一种工具,不会运用计算机,就会像文盲一样,很难在今后的社会中立足。学会运用计算机能为学好当前的课程及为今后更高层次的学习提供良好的手段,奠定必要的基矗正如小学生学习语文并不是为了当作家,但如果不学习语文就无法完成其它各科课程的学习一样,小学计算机教育也同样不是为了培养计算机专家,只是为学生提供一种交流和处理信息的手段,以提高各科教学的效率和效益。
计算机教育是学习计算机的基本运用,关键在“用”字上,不能理解成是进行计算机科学的基础教育。计算机科学是一门上层学科,它的基础是数学和物理学,要求小学生学习什么递归算法,什么磁性存储,这对绝大多数学生来说,无论从生理上还是从认知能力上,都是无法接受的。这种揠苗助长的做法,只会扼杀他们学习计算机的积极性。小学生要学习简单的计算机使用,在利用计算机进行语文。数学、自然、思想品德、音乐、美术等学科的教学活动中,非常自然地接受训练和教育,把计算机知识融汇在各科学习和课外活动中。
计算机是一种现代化工具,应用在教育上,确实具有其它任何一种教学手段所不能比拟的优势,特别是多媒体技术、协同技术以及人工智能技术的引入,使多种信息的表达形态同时呈现在学生面前,更容易激活学生的思维活动和联想。计算机为提高学生智力提供了一个极其良好的环境,但是要真正做到发展学生的思维,还需要广大教师(包括各学科教师)付出艰辛的劳动,结合我国的教育实际及学生的认知规律。恰如其分地运用计算机的各种功能,而下能幻想笨靠仟设计算机课,就能使学生的能力和智力得到异乎寻常的提高。应用计算机去开发学生潜在能力和智力,是一个十分严肃且极有前途的事业,我国广大的教育工作者和研究人员应该在这方面有所建树,努力建设具有中国特色的计算机教育模式。
小学生应该掌握计算机最基本的操作技能,学习这种技能的目的与要求,仅仅是认识计算机、熟悉计算机的使用方法,以便在各科教学中运用计算机来学习、巩固、扩充自己的知识,提高学习的效率、效益和深度。学校要用计算机为学生营造一个有益于发展思维、开发创造潜能的开放环境,以逐步培养他们适应各种不同环境的能力。
开展计算机教育既不能无的放矢,信马由缰,也不能不着边际、盲目攀求,要根据我国现有的条件和水平,充分发挥现有设备的功能,并结合我国优秀的文化传统,使学生获取一种掌握知识和交换信息的手段,以促进学生当前的学习以至今后一生的学习和提高。通过教育应培养学生具有适应社会变化和科技进步的应变能力。我想这才是我们开展中小学计算机教育的目的。
关键词：研究生；公共平台课程；知识结构；应用技能
计算机科技是信息社会的基石，广泛应用于提高生产效率和管理水平，因此，受到各行各业关注，尤其在石油石化领域倍受重视。计算机应用是模拟人工问题求解过程，并发挥其高效率、高精度和高存储等特点对问题进行相关的数据收集、加工、管理和等。发挥计算机作用的关键是计算机应用系统，其基础是以计算机硬件为平台，利用系统软件和开发工具，结合问题求解方法，进行计算机应用系统的研发。各专业许多成果需要以计算机为载体进行推广，服务于企事业单位的生产、管理。石油主干专业研究生是科研的生力军，承担着大量的科研和知识推广工作，急需充实计算机应用知识和掌握研发技能。目前，该专业研究生存在一些问题，亟待解决。
一、计算机知识结构不足
我校肩负着石油石化领域高层次人才培养的重任，计算机应用技能是石油主干专业研究生创新能力的重要组成部分，但他们的计算机知识结构参差不齐，且计算机应用知识和技能普遍欠缺，主要表现在以下几个方面：
1.计算机应用知识缺乏。在非计算机专业的本科阶段，各高校推行计算机文化基础、计算机技术基础、计算机应用基础“三个层次”教学。第一层次以基本知识和办公软件为内容，让学生掌握计算机基本知识和操作技能；第二层次以计算机高级语言为内容，让学生掌握计算机问题求解基本过程；第三层次以石油主干专业应用软件为内容，让学生利用应用软件系统解决专业问题。可以看出，计算机教学的核心是：什么是计算机？怎么操作和使用计算机？缺少计算机应用知识和研发技能的教学。
2.课程重复设置或孤立。过程型计算机语言的编程以变量及其访问为核心，通过顺序、分支、循环结构控制程序的走向。不同过程型语言尽管语法、开发环境和运行环境不同，但具有相同语义和算法，因此，再开设过程型计算机语言课程时，并没有进一步涉及问题的形式化表示、数据管理、功能分析与设计等内容，也就不能达到提高计算机应用技能。尽管本科阶段也开设Java、C++、网站建设等选修课程，但也只介绍了基本概念、语法、语义。这些程内容都是相对独立的，也有交叉，在知识结构上，没能形成递进提升。
3.教学内容不适用。为计算机专业研究生开设的计算机课程，其重点在计算机本学科内容，如《计算理论》《计算复杂性》《分布计算与并行计算》等，大部分不适合于石油主干专业研究生选修。即使部分计算机应用类和开发类课程，如《人工智能原理》、《高级软件工程》、《Web程序设计》等，有部分石油主干专业研究生选修，也由于缺少前导课程基础，有许多编码实现的实验也难于完成，因此，这类课程学习也难于达到提高计算机应用能力的目的。
二、计算机公共平台课程建设与实践
1.重视课程建设，明确教学目标。针对石油主干专业研究生计算机知识结构和应用技能的现状，以问题描述与形式化表示、数据处理、数据管理以及应用系统研发为核心，丰富和完善计算机应用系统研发相关技术基础，使他们掌握计算机应用研发的基本概念、基本理论和经典处理方法。为了实现教学目标，在教学中要以计算机公共平台课程建设为契机，完善教学内容、教学方法和实验方案，主要涉及：①问题形式化方法；②数据表示及其处理算法；③数据管理与运算；④信息系统访问及操作；⑤软件工程的基本思想及软件开发技术与集成技术。
2.理顺知识体系，完善知识结构。通过对石油行业的调研，我们总结出石油企业计算机应用主要应用包括数据处理、数据管理、数据交互三大领域。数据处理主要用于油藏数值模拟、地震数据反演等，其核心是数学建模和智能建模及其参数优化；数据管理主要用于石油工程、地质工程和油田信息化建设等，其核心基于应用领域的数据模式及其关联关系和业务流程，借助于数据库管理平台实现数据信息管理；数据交互主要用于油气勘探开发和生产管理等，其核心是计算机网络结构和协议（机-机交互），数据可视化（人-机交互）。从计算机学科应用角度，综合考虑石油主干学科应用特点，优化筛选计算机应用知识构成主要教学内容。同时，理顺本科和研究生阶段的计算机知识体系，确保计算机知识的连贯和提升，避免教学内容重复。
3.联系实际应用，丰富教学内容。在教学过程中，以提高计算机应用技能为核心，重视计算机应用相关的理论、方法，确保计算机知识的基础性和研发实践中计算机知识的实用性，同时，通过联系生产实际，强化计算机应用实践，增进计算机问题求解能力的应用性，达到提高计算机应用技能的目的。在数据处理教学中，以“基于粒子群优化的分段线性逼近数学建模”为例，解决地震反演问题；在数据管理教学中，以“海相油气地质知识管理关键技术研究”为例，解决油气勘探数据（包括知识）管理问题；在数据交互教学中，以“地震数据可视化研究”为例，结合图形系统平台，解决地震数据三维可视化问题。基于案例教学过程中，每一案例都可成为完整的系统，涉及到需求分析、问题形式化、逻辑分析、功能设计、编码实现和测试等研发过程，最终形成软件工程思想。通过“问题提出-实际案例-理论学习”和“理论学习-实际案例-问题解决”，形成“实际案例和应用理论”相结合的教学模式，突显计算机应用知识和能力培养，达到深入学习计算机应用知识的目的。
4.发挥教师经验，确保教学质量。由教授牵头负责，组织副教授和博士构成教学团队承担课程建设和教学任务。在科研上，团队成员长期从事计算机科研工作，富有计算机研发经验，确保教学内容能够讲解深入透彻。在教学上，团队成员承担计算机教学工作，并且多门课程通过学校合格课程评估，具有丰富的教学实践经验，确保教学内容能够讲解、消化、理解。多年来，团队成员一直参与教改工作，并发表教改文章总结教学经验，编写教材和讲义，取得一系列教改成果。团队成员具有良好的教育背景和教学、科研经历，为公共平台课程建设奠定了基础，确保了教学质量。
5.设计实践课题，提高应用技能。在教学过程中，强调课程习题实践，把课程习题分为基础类习题和应用类习题。基础类习题以数据表示、数据存储、数据处理等基本知识为要点，达到消化、掌握基本知识，为后续计算机应用技能的提升奠定基础。而应用类习题结合教师的研发成果经验，设计内容与实际应用紧密相关，并要求以2～3人小组形式，按研发流程实现系统的设计和开发。为了减少应用类习题的难度，涉及到的习题与课程技能性的内容有一定相似性，也可在技能性讲义的基础上进行修改和完善。对于应用类习题，从需求分析开始，要求进行系统逻辑分析、功能设计、详细设计、用户体验设计（界面设计）、编码实现等过程，完成相应的报告文档，体现了把计算机基础知识融合到计算机应用技能中，提升了教学内容的应用性和实用性。
6.加强实践答疑，增强问题理解。对于计算机公共平台课程，选修的研究生较多，但他们拥有计算机知识的水平和认知能力差异较大。完成应用类习题包括“问题—方法—算法—程序”，涉及到多个阶段，任何一个阶段遇到难处都难于完成习题。研究生学习能力较强，对基本知识的理解和掌握较好，普遍能够顺利完成基础类习题，但对应用技能掌握较难，难于很好完成应用类习题。这些学生对自己专业相关问题较为清楚，也能较好地理解处理问题的有关方法，但在方法转变为算法上不很适应，导致后续程序难于实现。通过定时安排答疑，适当调整集中答疑和分散答疑。一方面，对共性的难题进行分析、讲解；另一方面，由于知识水平的差异，对个性的难题进行及时辅导。通过教学实践，发现答疑非常有意义，对研究生应用知识和技能提升的重要性不亚于课堂教学。
随着计算机的发展和普及，计算机与其他学科领域结合应用是计算机应用的主要形式，并为计算机学科和其他学科的发展起到重要作用。在石油主干专业研究生的计算机公共平台课程建设中，要把完善计算机知识结构、提高计算机应用技能作为教学目标，制定专题性的应用，使研究生计算思维的形成和应用落到实处，为培养石油主干专业信息化建设的计算机应用创新型人才起到重要作用，但教学内容的实用性限制了应用的广泛性，导致此类课程通用建材建设的困难。这也是后续需要努力做好的工作方向。
参考文献：
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[5]吴卫江，赵建辉，刘博.也谈计算机硬件课程群建设[J].计算机教育，2012，（1）：24-27.
[6]连远锋，王新，李莉.“因专业施教”的数据结构教学改革探索[J].计算机教育，2011，（6）：5-7.
一、研究方法
（一）调查对象基于以上文献分析，本文将从高职公共基础课数学课教师教学能力现状和高职学生数学课堂表现现状两个方面做一些实证性探讨，目的在于更有针对性地对教师教学能力提升做出对策建议。我们采用问卷调查法来了解制约教师教学能力的因素，样本覆盖四川、云南、广东、山东、石家庄等13所高职院校的92名数学老师，采用问卷法来深入了解高职学生的课堂学习表现，共回收学生卷551份，涉及10余个不同专业的学生，用数据分析为研究结果提供理论支持，本研究借助问卷星平台在网上填答。
（二）测量工具高职公共基础课数学教师教学能力大致包括公共基础课数学课教师队伍的大致结构，教师自我评价，培训发展期望，教学手段的更新和对自己教学能力的满意度以及影响自身教学1能力因素等，高职学生数学课堂表现主要包括学习态度，对数学的兴趣，与教师的互动和对教师上课方式的满意度，我们采用自编的数学教师教学能力和学生课堂表现调查问卷。经过多次修改，最终确定了更为科学的反映教师与学生现状的调查问卷。此问卷意在为目前我国高职院校数学教师教学能力提升提供有效策略。
二、公共基础课数学教师教学能力
现状学生课堂学习效果现状为了了解高职院校师资结构情况，我们设计了教师的教龄，职称和最高学历几个内容，从教师基本情况来看，具有10年以上教龄的老师占到总人数的一半以上，拥有副高级和讲师职称的教师最多，硕士学历人数占总人数的比例最高，但也有将近40%的老师是本科学历。具体情况见下表：教师教学的实施能力是整个教学过程中最为核心和关键的能力，这将严重影响学生学习的效果，而教师对教学手段的操作能力又是教学实施的重要环节，随着互联网的加速推进和人工智能的迅速兴起，学生可以多渠道获取知识，也就对教师提出了更为严格的要求，以前传统的教学手段难以调动学生的学习积极性，教师必须与时俱进，如果教师能够熟练应用现代信息教学手段上课可为教师上好一门课增色。因此，我们对现代信息教学手段的操作能力熟练程度做了调查，数据结果如下表：除了教学实施能力外，为了了解在教学过程中影响教学效果的其它因素，我们做了如下调查：数据显示，大部分老师会认为教学经验的积累和与同事的交流合作是影响教学效果的重要因素，除此之外，使用单一的教学方法也是影响教学效果的主要因素，所以更多的进行培训进修也是提高教师能力的核心手段。高职院校公共基础课教师基本上都是从普通高校毕业的，他们的培养模式和知识结构都深深地受本科学习模式的影响，导致了高职院校公共基础课理论形成了单一的学科体系。常规的教学方法使师生之间缺少互动交流，这种教学模式容易使学生上课注意力不集中，在课上做与学习无关的事情，少部分学生甚至偷偷看手机或者打游戏，极易产生学习疲劳。教师缺乏教学技巧，难以调动学生的学习热情，一直这样，很大程度上影响到教学效果。教师应该时刻树立活到老，学到老的理念，在知识更新如此快的今天，只要一天不学习，就会落后，教师需不断提升自己，包括自身专业素养，教学理念，教学方法，教学手段，教学改革的新思路，由于每个老师的擅长点和不足之处不同，我们设计了教师对参加培训的需求这个问题，调查结果如下表：从表4明显看出，信息教学手段的操作能力，学科前沿知识和教学改革都是老师急需进一步学习的内容，这也是影响教师教学能力的关键因素。另外，根据数据分析结果来看，受试者中77.17%的老师认为，高职院校学生基础薄弱也是影响教学效果最大的障碍。除参加国家高考外，部分高职院校的学生还实行单独招生录取，其中又有许多学生来自职业高中，所以导致学生的文化水平参差不齐。故我们进一步对学生的课堂表现做了调查，首先分析学生对基础学科数学课喜欢和不喜欢的原因，具体结果如下表：表5数据结果显示，几乎达将近一半学生从小就对数学不感兴趣，许多学生在小学到中学阶段并没有养成良好的学习习惯，他们缺乏学习的主动性，学习起来比较困难，对学习存在畏难情绪。由表6明显看出，老师的教学艺术会直接影响学生的学习效果，其次，就数学课本身而言，数学注重培养的是逻辑思维能力，动手能力和推理能力，由于学生从小没有养成好的思维能力，所以提高自身思维能力也是学生喜欢数学课的一个非常重要的原因。表7和表8表明，半数以上学生认为数学还是非常有用的，学生对学习的偏见性强，认为有用的知识的学习积极性相对较高，而对认为无用甚至是枯燥知识的学习效率很低，课堂上，学生对授课内容不太感兴趣，尤其对概念知识缺乏热情和兴趣，自我控制能力较差，学习主动性较差，但是上课经常玩手机现象还是非常少见，还有少部分学生进入高职院校学习出于无奈，只是想混一张文凭，根本不懂所选专业，有些学生去教室听课，是受到老师对出勤的考核，或者为了通过期末考试，在自身基础薄弱条件下，如果课堂跟不上老师节奏，课后又很少看书的情况下，慢慢的就对学习失去兴趣，越来越不想听了。极少部分同学也会自己认为专业课知识有用才会努力学习，认为公共基础课这些无用的知识常常会不闻不问。
三、提升教师教学能力的有效策略
教育部《关于加强高等职业技术教育人才培养的意见》指出，高等职业技术教育课程和教学内容体系改革是高职高专教学改革的重点和难点。要按照突出应用性、实践性的原则重组课程结构，更新教学内容，要注重人文社会科学与技术教育相结合，教学内容改革与教学方法、手段改革相结合。教学内容要突出基础理论知识的应用和实践能力培养，基础理论教学要以应用为目的，以必需、够用为度；专业课教学要加强针对性和实用性，公共基础课和专业课是相辅相成的，在培养高素质人才的过程中发挥着非常重要的作用[4]。因此，只有找到基础课程与专业课程的最佳结合点，寻求本专业学生教学内容与素质能力培养的最佳切入点和结合点，构建和谐的关系，才能实现高质量、高水平的输送，才能为社会和地方经济建设提供熟练的应用型人才。对照文件要求，下面我们提出提升数学教师教学能力的对策。
（一）教师自身专业发展提升教师首先要学会运用先进的教育教学理论武装自己的头脑；其次，找到一种可行性的方法来实践这一理论；最后，还要经过教育教学实践的检验，用数据说话。教师要持续不断的学习和研究，一个优秀的教师应该加强对教育学、心理学的学习，并自觉将其理论与方法灵活用于课堂教学[5]。高职公共基础课数学教师要积极参加专业协会，相关技能竞赛，去国内外同类院校访学并与同行进行交流，加大教师学术访学和专题培训力度。积极参与教学观摩活动，积极思考自己和其他教师的教学有什么差异，发现自己的优缺点，并自觉及时的进行改进，不断更新教育理念，改进教学策略和教学思维，鼓励青年教师晋升学历。
（二）数学教师要不断学习现代信息教学技术在当前全球新一轮信息化浪潮下，云计算、大数据、智能制造等新技术、新概念层出不穷，这对教师提出了更高的要求。最近，美国著名智库布鲁金斯学会报告说，随着智能机器人加速进入职场，美国四分之一工作岗位将受到严重冲击[6]。该报告认为，在可预见的未来，大约3600万美国人从事的工作可能实现自动化，至少70%的工作任务可能很快可以由智能机器人完成。根据目前的情况，未来一些界别如：工业界，金融界，医疗界，律政界，餐饮界有不少人将会面临智能机器人带来的失业危机。但是，随着科技的进步，尤其是人工智能，大数据，云计算等的发展，智能机器人的智能水平将会不断提高，人们的工作，生活等方式将发生巨大变化[6]。公共课数学教师必须将当前的课堂教学以教师为中心的教学活动转变为以学生为主体的教学活动，将学生的被动学习转变为以激励学生的思维的主动学习。所以，教师应考虑如何在有限的时间内，以适当的教学方法传授知识，激发学生的求知欲，使学生尽可能地理解和掌握。因此，现代信息技术能力对于促进教学过程的优化和个性化，调动学生学习的积极性和提高教学质量起到非常重要的作用。例如，在“超星学习通”平台上，完成多媒体微课视频、完整课程PPT和习题库等课程资源的建设，采用混合式的教学模式，分为线上和线下两种形式，线上学生可通过平台自行学习内容，对于存在的问题通过平台跟同学讨论，老师及时答疑，线下主要以老师讲授，学生分组讨论为主，课下通过微信交流平台，为随时、随地的学习提供基础。通过“蓝墨云班课”平台，教师在任何移动设备上都可以轻松管理自己的班课，管理学生，分享资源，布置批改作业，组织谈论答疑，开展教学互动，教师也可对每位学生的学习进度跟踪和学习成效进行评价。
（三）以“贴近专业、服务专业”为目标，弄清高等数学课与专业课的关系，应将教学内容与不同专业的教学目标密切结合起来高等数学课教师不仅要注重自身专业方面的提高，还要注重不同专业的专业要求、人才培养目标和专业发展前景。在教育教学整个过程中，教师应不断自我知识更新，不断提高自己的综合素质。通过学习，我们可以不断扩大知识领域，将学科发展的前沿知识和技术丰富到教学中去。明确学生未来工作所需的基本素质，根据不同专业的培养目标，深入研究教学内容，根据专业特点，重新组织原有的教学内容体系，制定不同专业的教学大纲和教学计划，体现针对性，以体现基础课程服务专业课程的有效性。
【关键词】高中信息技术，计算机，变化，目标
一、引言
新一轮基础教育课程改革，并不是换一套教科书和课程内容调整那么简单，它蕴含着一场教育观念的更新，人才培养模式的变革；蕴含着由课程改革所牵动的整个基础教育领域里的全面改革和深化。教育的根本任务是培养适应时代需要的人才，我们说要加强学生的人文教育、道德建设、综合素质的提高，显然，高中新课程改革将于信息技术教育和教育技术紧密结合，为我国的基础教育注入新的生机。
二、新课改所带来的变化
1、教学内容的变化
新课程改革以后，高中信息技术课程分为必修和选修两部分，共六个模块。必修课程是普通高中阶段所有学生必须学习的课程，体现了课程对所有学生的基础性要求。选修课程是供学生自主选择的课程，强调在必修模块的基础上关注技术能力与人文素养的双重建构，是信息素养培养的继续，是支持个性发展的平台。必修部分只有“信息技术基础”一个模块，选修部分包括“选修1：算法与程序设计”、“选修2：多媒体技术应用”、“选修3：网络技术应用”、“选修4：数据管理技术”和“选修5：人工智能初步”五个模块，每个模块2学分。学生必须修满4个信息技术学科的学分，才能取得高中毕业资格。显然，新课改在教学内容上提出了更多的要求。
2、教学目标的变化
新课改的教学目标强调三个方面：知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观，同时这也是新课改教学目标的核心。知识与技能强调的是理解信息及信息技术的概念与特征，能熟练地操作并应用常用信息技术工具，能适应信息技术的发展变化，初步形成自主学习新信息技术的能力；过程与方法重点在于指出获取信息的四个过程分别为确定信息需求、确定信息来源、采集信息及保存信息；情感态度与价值观是特别强调的课程目标，要求形成正确的世界观、人生观、价值观等。而新课改之前则主要强调学生的知识与技能。因此，在教学目标上，新课改给学生提出了更高的要求，同样也给教师提出了更高的要求。
3、教学方法的变化
在新课改后，我们应该在原有的教学方法基础上更加注重激发学生学习的主动积极性和创造性，这样才利于学生的发展。因此在新课改的背景下，我们所有一线的教师都应该在教学方法上下工夫，激发学生的学习兴趣，给学生创造一个良好的学习氛围。
我认为只有清楚在新课改后发生的一些变化才能真正把握好课程的本质，上好一堂精彩的信息技术课。任何新生事物的发展都不可能是一帆风顺的，总会有不同程度的阻力。同样，新课改作为新生事物在其推行发展过程中也会遇到来自各方面的阻碍。
三、作为信息技术教师要做到以下几点
1.从自身做起，加强学习培训，转变观念，提升素养。实现有效的教学，需要教师转变教学观念，提升业务素养，教育理论的支撑就显得尤为重要。我们鼓励教师利用网络资源学习，我们的阅览室和电子备课室是一起的，我们要求电子备课室网络必须畅通、保证老师顺畅地上网学习。我们学习特级教师的课例、经验做法等，老师们积极在自己的课堂中实践，取得了良好的效果。这两年学校每期都派出教师观摩特级教师的课，参加学习的老师总是满载而归，既收获了教学艺术和智慧，又收获了教育激情。学校及时组织他们进行汇报和上移植课，受训老师对名师高超的教学艺术有了更深的领悟和理解，也起到了一人受培众人受益的效果。现在学校老师绝大部分都啃读了一本新课程名师精彩课堂实录丛书。教师读书活动在我校的顺利开展，提高了教师的专业理论素质，促进了学校教学改革的不断深入，为实现有效教学提供了“源头活水”。
2.强化教学常规管理、严细实恒，确保教学高质量全面落实好教学常规，是做好教育、教学工作，实现有效教学的保证。在每学期期初的工作计划中，学校就把“加强对教学活动的全程管理，进一步落实课堂教学常规，实现有效教学”作为工作重点。
3.组织教学常规学习，明确教学常规要求。我校对教学常规要求比较严格，不允许有迟到、早退，特别不允许放空课的现象，一开学，我对组内的老师就提出了一个要求，信息技术课虽然不是高考科目，但一样对学生来说是培训他们信息素养的重要阵地，教学常规一定要做到，并做好。
4.加强检查，落实教学常规要求。学校成立了教学督察小组，不定期对教师上课情况进行抽查，并对抽查的结果进行登记，和教师期末考核有直接关联。
四、开展了促进教师行为转化的教学研究，实现对有效教学策略的探索
学习和培训，使教师的教学观念发生了巨大变化，而如何落实在行为转化上是本课题研究的难点。我们以课堂为主阵地，让老师们通过磨课活动开展“教学研究”促进老师们“行为转化”。学校还开展了观摩特级教师录像课，集体评课，集体备课，集体研课等活动聚焦课堂，经过暴风雨式的听课、观课、研课、磨课、评课、专题研讨等活动教师们课堂教学现状发生了很大的变化，课堂教学实效性得到较大提高。
为此，新课改背景下高中信息技术教学，教师的角色要逐渐由传统的“知识传授者”向“设计者、指导者、组织者、帮助者、学习资源管理者及研究者”转变，这种新型教师的职能变化，对教师提出了新的更高的要求。所以，要保证多媒体教学的顺利进行，除了要有先进的教学设备外，还要有掌握现代教育技术的教师，否则，再先进的设施也只是一种摆设，一种渲染现代化教学气息的道具。因此，教师必须与时俱进，不断努力学习新知识和新技能，提高信息素养，具备良好的计算机操作能力。为了更好地让新的教学理念来指导我们的教学实践活动，教师还应经常互相听课、评课，在平等的交流和相互学习中取长补短、相互提高，总结其成功的经验或失败的教训，从中领悟其教法、学法之精华所在。
综上所述，在新课改的大好形势下，我们信息技术教师要抓住这个机遇，大展身手，转变学生看法，取得更好的成绩。
参考文献：
关键词：教育信息化；信息技术教育；需求；探讨
中图分类号：G630 文献标识码：A 文章编号：1009-010X(2012)06-0021-03
《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》指出，未来十年我国要加快教育信息化进程。所谓教育信息化，是指在国家及教育部门的统一规划和组织下，在教育系统的各个领域全面深入地应用现代信息技术，加速实现教育现代化的過程。教育信息化的特征通常可以分别从技术层面和教育层面加以考察。从技术上看，教育信息化的基本特点是数字化、网络化、智能化和多媒体化。从教育层面看，教育信息化可以看作一个追求信息化教育的過程。信息化教育具有以下显著特点：教材多媒化、资源全球化、教学个性化、学习自主化、任务合作化、环境虚拟化、管理自动化。
信息技术对教育发展具有革命性影响。伴随着网络技术、虚拟现实技术、传感技术等信息技术的飞速发展，伴随着国家在教育信息基础设施建设方面的投入不断加大，覆盖城乡各级各类学校的教育信息化体系将逐步构建，终端设施将逐步普及，数字化校园将伫立在我们面前，而伴随着网络教学资源体系建设，国际优质数字化教学资源的引进，网络学习课程的开发，数字图书馆和虚拟实验室将逐步建立……信息技术对教育的影响会更加深远，在创新人才培养、构建学习型社会方面的优势会愈加突显。然而，面对着奔涌而来的教育信息化浪潮，正如何克抗教授所言：我们必须清醒地认识到，信息技术的应用不会自然而然地创造教育奇迹，它可以被用于促进教育革新，也可以被用于强化传统教育，因为任何技术的社会作用都取决于它的使用者。在新一轮课程改革中，如何发挥信息技术优势，以信息化推动教育现代化，推动课程改革，特别是教学结构的改革，将课改推向更深层次，是每一位教育工作者必须思考、更要践行的课题。
一、教育信息化为教育教学改革创设了无限的可能性
技术的突飞猛进使得信息时代的教育较之传统意义上的教育有了太多变化的可能：多媒体技术使得信息的表示形式异彩纷呈，从而改变了学习者的认知方式；利用人工智能技术构建的智能导师系统，能够根据学习者的个性特点和需求进行教学或提供帮助，个性化教学孕育而生；网络技术的发展改变了信息资源的分布和人们对它的拥有关系，信息由不对称逐步趋向对称，引起教师权威的削弱，从而改变了师生之间的教、学关系；学校不再是系统学习的唯一场所，利用信息技术支持自主学习或通過大规模的合作和信息交流完成学习任务成为当前国际教育的发展潮流；信息技术改变了时空结构，资源全球化，形成了信息的多源性、易得性、可选性，从而改变了学习者的学习状态。虚拟教育与现实教育结合，校内教育与校外教育贯通，这是未来信息化学校的发展方向。
二、教育信息化助力基础教育课程改革目标的实现
基础教育课程改革，强调“双基”内涵的时代特色，基础知识与基本技能的界定要与时俱进；强调课程内容与现代社会生活的整合；强调学生的学习過程与学习方法，不仅仅是关注学习结果，更注重体验；强调在学习知识的過程中，形成积极的、正确的人生观与价值观；在注重学科内在逻辑的同时，强调根据学生的经验来组织教学内容；强调平等互动的师生关系和学习方式的转变；强调发挥评价的教育功能，建立促进教师、学生、课程发展的发展性评价体系；推广面向应用教学及学习的過程性评价方法；强调发挥教育对当地经济社会发展的促进作用，提高课程的适应性、实现课程的多样化；在重视“双基”的同时，特别强调能力的培养，培养学生的创新精神和实践能力。
信息技术为构建符合基础教育课程改革发展方向的新型教学模式提供最佳手段。新型教学模式包括：计算机支持的讲授式教学、基于问题的探究式教学、基于案例的教学模式、基于资源的自主学习、计算机支持的合作学习、WebOuest网络探究学习、基于ICT的协作性学习、基于问题的研究性学习等等。大量实验表明，这些教学模式在以培养学生创新精神与实践能力为重点的素质教育中有着无法替代的独特价值。而实验也同样表明，这些教学模式需要建立在信息化所营造的一种新型教育教学环境之上，即要有必要的信息化环境的支撑。信息化环境包括丰富的网络资源、工具以及交流与合作平台等等。
按照行为主义的观点，教学就是通過提供一定的刺激来激起预期的学生反应，可以说利用任何媒体都可以产生满足这种需要的刺激。教学中起作用的是方法而不是媒体，这是以科拉克(美国著名的教育技术专家)为代表的学媒无关说的重要观点。但是，按照当前国际流行的建构主义教学观，没有适当的媒体很难创设允许学生自由探索和建构的学习环境。也就是说，现代信息技术在教育中的作用具有不可替代性。而建构主义学习理论是与我国倡导的创新教育密切相关的。因此，从这个意义上讲，基础教育课程改革目标的实现需要教育信息化是不容置疑的。
三、教育信息化需要教师形成良好的信息素养和信息技术应用水平
【关键词】计算思维；高中信息技术；基础教学；案例
【中图分类号】G434 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384（2016）07-0057-03
研究背景
自2004年普通高中课程改革开始至今已经十多年。在这些年中，高中信息技术课程按照国家制订的课程标准稳步实施，取得了一定成效。但是随着社会的发展、课程改革的深入，信息技术课程出现了一些问题，这些问题引起我们的深思。
1. 信息技术课程存在的必要性
伴随互联网的普及，传统的信息技术课堂不再是中小学生获取大众取向的信息技术知识技能的唯一渠道。在我国全社会信息化水平不高，学生从其他渠道学习信息技术的机会非常有限的情况下，学校的信息技术课程在一段时间内承担了信息技术教育主渠道的作用[1]。但是，现在的形势发生了很大变化，学生可以通过家庭、社区、少年之家等多种途径来习得面向大众的应用软件的知识和技能。即使不参加中学的信息技术课程学习，学生也能玩转电脑。那么，信息技术课程存在的必要性在哪里？
2. 信息技术课程的核心价值
现阶段，按照高中的课程标准，学生可以通过学校开设的信息技术必修课程和信息技术与其他学科教学整合的课程来提升自身的信息素养。信息技术与学科教学的整合将信息技术必修课程中面向大众的部分应用性课程的内容和价值剥离走了、整合掉了[2]。那么，信息技术课程本身所特有的、不可替代的课程内容和价值又是什么呢？
3. 信息技术课程对人才培养的作用
21世纪的知识经济时代，培养具有国际竞争力的核心人才尤其重要。基础教育承担着为大学培养、选拔、输送优秀人才，帮助国家储备综合国力所需人力资源的责任。作为基础教育中的一门独立学科，信息技术应该怎样承担相应的责任？信息技术教育应该为此做些什么？是跟在发达国家源源不断的信息技术创新的后面，亦步亦趋地为发达国家的技术培养“忠实的消费者”，还是为我们国家的信息技术创新和信息技术领域的核心竞争力培养原创型技术人才呢[3]？
针对上述问题，我们认为未来的信息技术课程要为学生提供更加系统、专业的信息技术教育。即不能仅仅着眼于软件工具的使用，而应回归计算机学科相对稳定的、体现学科思想和方法的核心内容和思维方法。目前，计算思维是国内外专家、学者比较认可的计算机科学体系的核心思维模式。我们就计算思维在高中信息技术基础教学中的培养进行了教学实践，形成相关案例，并进行了初步研究。
计算思维概念及研究现状
1. 核心概念的界定
思维模式就是看待世界和认识世界的方法和观点。科学思维主要分为以物理学为代表的实证思维和以数学为代表的逻辑思维[4]。随着计算机科学技术的发展，图灵机理论、复杂性理论和交互式证明系统的提出，学术界认为出现了独立于实证思维和逻辑思维的第三种思维方式――计算思维。计算思维由周以真教授在2006年首次提出，表述为应用计算机科学领域的基础概念进行问题解决、系统设计和人类行为的理解。2010年，计算思维被进一步表述为一种思考过程，通过对问题和解决方案的清晰表述，使问题解决可以由具备信息处理功能的程序高效完成[5]。
英国皇家科学院将计算思维定义为认识周围世界所存在的不同层次的计算，并应用计算机科学工具和技术理解并辨析自然系统和人工系统及其运行过程[6]。Google公司认为计算思维过程是问题解决技巧和技术的集合，并将计算思维过程界定为问题分解、模式识别、模式生成和抽象、算法设计[7]。
目前，我们可以查阅的关于计算思维的定义有多种，对它的解释多停留在“哲学”或“科学”层面，在教学层面上还未形成一个清晰的表达体系，其内涵、外延还没有得到清楚的描述[8]。通过研究比较，我们认为周以真教授在2006年提出的计算思维的定义更适合指导我们这项教学实践的研究，因此，我们采用了周以真教授在2006年提出计算思维概念的表述作为研究的理论依据。
2. 研究现状
在我国，计算思维的培养起源于大学教育。2010年7月，为了提高大学计算机基础教育的质量，在“九校联盟（C9）计算机基础课程研讨会”上，与会者明确提出将“计算思维的培养”作为计算机基础教育的核心[9]。自此，增强计算思维能力的培养，不仅成为当下大学计算机基础教学改革的主旋律，而且受其影响，高中信息技术课程建设正在朝这一方向转变。
案例研究
1. 案例主题的选定
目前，高中培养计算思维的课程教学主要针对程序设计与算法、人工智能等内容展开。但是，在高中信息技术基础教育中，基本概念、基本原理、软件应用的教学内容占较大比重。为了探索在这些教学内容中培养学生计算思维的方法，我们选取了高中信息技术基础必修模块中第二单元《有效获取信息》作为案例研究主题。在这个主题下，我们先后开展了三次教学实践活动，本文选取了两个案例《认识图像》和《声音的数字化表示》进行分析、研究。
2. 教学案例分析
案例一 《认识图像》
图像是我们生活中的一类重要信息。目前，我们主要通过数码相机、手机拍摄获取。数码相机等设备在拍摄景物成像的同时，也对相关的成像信息进行了数字化处理，形成了我们在计算机中所看到的图像。那么，计算机是如何将图像呈现在了屏幕上？计算机又是通过何种方式来准确描述图像信息呢？我们如何应用计算机处理图像的技术来解决实际问题？这都涉及图像的基本概念、基本原理及相关应用。《认识图像》教学设计的目的是希望通过对课程的学习，学生能够理解计算机显示图像的原理，掌握以计算机方式表述图像参数的基本方法，学会使用PS图像处理软件的相关技能，逐步养成以计算机解决问题的思维方式，即计算思维。
上课伊始，教师导入情境――播放《萌兄萌弟》视频短片。短片中妙趣横生的图像，吸引了学生的注意力，激发了学生学习图像的兴趣。在新知学习的环节，教师选择一张图像，放大16倍，学生观察图像，发现并理解图像的基本构成单位――像素及其特点。然后，教师展示实物照片和电子图像实例，提出一系列问题，引导学生思考、比较两者的区别与联系，进而学习图像的基本概念和基本原理。在探究应用环节，教师为学生安排了一个探究活动――“研究图像尺寸、输出分辨率、打印尺寸与图像质量的关系”。首先，学生应用PS图像处理软件的功能，分别查看图像1-1和图像1-2的参数，将数据记录在表格中。其次，学生对表格中的数据进行分析、归纳，得到图像参数的改变与图像质量关系的结论。然后，同学之间互相分享，教师矫正。最后，迁移运用，学生要应用研究得出的结论，解决一个实际问题，即按要求将图像文件的大小、尺寸进行修改，上传到网站。
在整个教学过程中，教师主要采用探究式教学。课前，教师为学生准备了必要而充足的学习材料。课堂上，学生通过材料发现问题、探索有关图像的规律性知识、解决问题。在探究的过程中，学生获得图像的基本概念和基本原理，习得图像的操作技能，培养相关能力，即对所要解决的实际问题进行分析，应用课上所学图像知识进行表述，运用课上所学图像处理技能进行解决。整个学习过程是学生思维发展的过程，是学生计算思维形成的过程。
案例二 《声音的数字化表示》
按照高中课程标准的要求，这部分内容不应只停留在简单使用音频信息的层面，还要深入到声音信息数字化的原理、方法、过程。它是体现信息技术学科本质的内容之一，也是《高中信息技术基础》教材中的难点。初中生已经有过听音乐、歌曲，或者通过MIC进行类似“卡拉OK”这样的娱乐活动。他们能够对声音文件进行非常简单的操作，比如，声音文件的下载、播放等等。但是他们对于声音是如何在计算机中表示的、声音波形的特点及波形的描述等还不清楚。
在本课中，教师通过图像与动画，把抽象的原理形象化，让学生能够直观地了解“音频数字化”的过程。在教师的不断引导启发下，学生学习并理解采样、采样频率、量化位数、声道数的概念，以及各个指标对于音频数字化质量的影响。最后，将生活中的问题抽丝剥茧归纳为声音的基本概念，应用所学的声音数字化原理解决。
案例《声音的数字化表示》的片段
课堂实验
（1）改变音频的声道数，观察声音效果变化（有操作提示）。将结果填写在下面的空白处。
应用Audition软件，将“诗朗诵”进行声音通道数的变化。 听音频效果，观察规律。
【操作指导】：运行Audition软件，单击“文件”“打开”找到“春江花月夜”文件单击“打开”默认为“波形”编辑视图（单一文件的编辑，有两个声道）。
①第一种方法：右击左上部“文件”面板中的当前文件名提取声道为单声道文件试听单声道效果与原文件比较，进行下列填空：
原文件声音效果特点：――――――――。
单声道效果特点：――――――――。
②第二种方法：在音轨最右侧，分别标有L和R，表明左右声道，点击相应字母，即可开关此声道，使声音变为单声道的情况，听效果完成下列填空。
原文件声音效果特点：――――――――。
单声道效果特点：―――――――――。
③得出实验结论：――――――――。
（2）改变音频量化位数，观察声音效果变化，（有操作提示）。
（3）改变音频采样频率，观察声音效果变化，（有操作提示）。
3. 案例研究的发现
虽然这两个案例在教学内容的选择、具体的教学方法等方面不尽相同，但是，通过上述的研究分析我们发现，两个课例均采用了探究式教学方法来培养学生的计算思维能力。
探究式教学方法是让学生经历一个科学家的研究过程，通过一系列的科学探索活动发现科学结论。在这个过程中，学生不是通过教师讲解或完全靠书本上的间接经验获取知识，而是通过自己的实践活动和搜集到的第一手材料认识问题，体验各种疑难情境[10]。这正与信息技术课程的性质相吻合。《普通高中技术课程标准》明确指出，普通高中信息技术课程是技术课程，立足于学生的直接经验和亲身经历，立足于“做中学”和“学中做”。在学生亲身体验、全程参与的过程中，学生会发展将问题以计算机能解决的方式进行表达，并借助计算机的软硬件予以解决的计算思维能力。
研究结论
经过研究，关于在高中信息技术基础教学中进行计算思维的培养，我们可以得出如下结论：
（1）计算思维的理论研究尚处于发展中，它的内涵和外延也在不断地被深化、丰富。虽然这种发展变化为计算思维理论指导教学实践带来了一些困惑，但是也为我们在高中信息技术教学中探索学生计算思维的培养提供了更大的自由空间。
