时间：2023-08-21 17:22:58
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篇人工智能与课堂，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。
关键词：人工智能；选修课；专题讨论
中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0053-02
一、引言
《人工智能》是一门跨学科的课程，它的内涵十分丰富，包含了符号学、数理逻辑、神经网络、遗传算法、知识表示和推理、模式识别、机器学习等方面的知识，并且内容抽象，使得一般本科生望而生畏。目前在大多数院校里尤其是二本院校，《人工智能》只是作为一门选修课程。既然是作为选修课程，我们可以不拘泥于传统的教学方式，采取灵活多样的教学形式，培养学生研究这个领域的兴趣，使得学生既能掌握人工智能领域的基础理论，又能了解目前人工智能的前沿课题，扩大知识面，并为今后的研究打好基础。
二、改革教学方法
在传统的教学模式里，教师往往就一本教材从头到尾讲授给学生，教师讲什么，学生就听什么。但是人工智能涉及太多的数理逻辑推理知识，内容抽象，讲解起来不免有点枯燥无味，学生的兴趣就会随着讲课的进程逐渐变得淡薄。另一个问题是在传统的教学模式下，学生接触不到该研究领域的前沿问题。事实上，随着科技的进步，人工智能技术也在不断发展，再加上人工智能本身的特点，即它是一门交叉学科，涉及计算机科学、信息科学、控制科学、认知学、生物学、哲学等等领域。因此当学生了解了当前国内外学者所研究的前沿课题，这样不仅能克服“枯燥无味”的问题，而且会拓宽他们的知识面，从而他们可以将自己所学专业作为人工智能的潜在应用或研究领域。基于以上分析，考虑到人工智能是适合任何专业学生学习的一门选修课，我们设立分专题讲授模式，这些专题包括：人工智能与类人思维，人工智能与机器进化，人工智能与知识表示，人工智能与决策规划等等。下面分别叙述之。
1.人工智能与类人思维。什么是人工智能？Nilsson指出：“人工智能是关于人造物的智能行为，而智能行为包括知觉、推理、学习、交流和在复杂环境中行为。人工智能的一个长期目标是发明出可以像人类一样或更好地完成以上行为的机器……”那么为了这个长远目标，我们应该深入地探讨人类大脑是如何思维的，或者说是如何思考问题的，人类是如何感知、理解以及应付外界庞杂的世界。只有深刻理解了人脑功能原理以后，人工智能才能“贡献出”相应的类人思维模型。这相当于空气动力学，人类飞行器只是根据空气动力学的原理构造的，它并不要求人类制造像鸟儿一般的飞行工具。因此在这部分教学过程中，可以先提出“大脑是如何思维的”问题，让学生自己动脑思考，相互探讨：人脑的结构是什么？人类思考问题分层次吗？什么是智力？智力的本质是什么？……课后，学生可以带着这些问题查阅资料文献，分组讨论，甚至可以写一些文章来阐述自己对思维的理解。这样既充分调动了学生学习的积极性，又培养他们的兴趣。然后，我们在课堂上进行具体讲解，讲解内容自然而然地引入了人工智能的定义，人工智能历史知识，图灵测试方法以及认知模型方法，接着再介绍目前国内外类人思维模型的研究现状。这样的教授过程，一开始就使得学生不排斥这门课，在了解人工智能基础知识外也接触到认识论方面的知识，培养了学生查阅文献和撰写科技论文的能力。
2.人工智能与机器进化。这部分专题主要给学生讲解遗传算法方面的知识，比如遗传算法的产生与发展，遗传算法的基本操作，遗传算法的应用情况。并且在教学过程中结合实例来讲述。实例可以从最基本的简单函数优化到复杂的旅行商问题。学生可以自己设计函数优化的解决方案，指出初始种群大小、进化代数、交叉率等因素对求解结果的影响，并要求学生自己编写程序来分析和理解这些问题。这些实验和设计极大地提高了学生的动手能力。
3.人工智能与知识表示。知识表示可看成是一组描述事物的约定，在人工智能里，它研究怎样把“人类知识”表示成机器能处理的数据结构。经典人工智能的主要表示方法有：一阶谓词逻辑表示方法，这是最基本的表示方法，具有严谨的公理体系；产生式规则表示方法，这是使用最广泛的表示方法；语义网络、框架、脚本表示方法，这是结构化的表示方法，等等。但是学生在学习这部分的知识时，对于逻辑推理觉得非常枯燥无味。我们的想法是在介绍这部分的知识时，不仅透彻阐述各种表示方法的精神实质，而且建议学生阅读Sowa所编著的《知识表示》一书，该书提供了知识表示方面广泛的知识，是这一领域的公认权威著作。Sowa在介绍新思想的同时捕捉到这一领域的最新成就，并且将逻辑学、哲学、语言学和计算机科学结合到知识表示，并将其转换为可计算形式。该书中还包含了大量的哲学和语言学的知识，阅读该书可以使得学生知识面得以拓宽，加上该书目前没有翻译版本，鼓励学生阅读英文原著，对学生各方面能力的提高都有所帮助。
4.人工智能与决策规划。在决策规划中，着重介绍增强学习、偏好理论等基础知识，由于我们在这个方面上做了许多工作，因此在讲解时联系自己的研究进行一些专题探讨，例如双马尔科夫过程决策模型，协同算法，超滤偏好模型，朴素描述逻辑在中医理论上的应用等等，并欢迎学生和我们共同研究这些专题，这样做无疑会增加师生之间的学术交流，促进学生的研究兴趣，形成良好学术氛围。
5.丰富多样的教学形式。除了以上的专题外，还可以开设其他的人工智能专题。事实上可以针对不同专业的学生确定专题的内容和形式。例如对于工程类的学生，可以着重讲述神经网络，进化计算等方面的内容，并且借助于Matlab提供的相关工具箱进行实验设计。因为大多数工程类的本科生都学习过Matlab语言，该语言在科学研究和工程实践中应用广泛，在教学过程中也要充分发挥这些优点。如是文科类的学生，教学方面可以着重讲述人工智能的符号学，哲学等方面的知识，这让文科学生从另一个角度去理解人工智能。课堂上，充分利用多媒体教学，采取多样的教学手段，激发学生的兴趣和好奇心。还可以播放国际机器人大赛等录像片段，增强课堂的教学效果。
三、结束语
总之，将人工智能分专题来讲授，让学生立刻能接触到当前人工智能的前沿研究问题，并且领会其中的实质。再加以多元化的教学手段，使得学生好学，乐学，更好地实现教学目标，提高教学水平。
参考文献：
[1]Nils J. Nilsson，著.人工智能[M].郑扣根，庄越挺，译.北京：机械工业出版社，2004，6.
[2]John F. Sowa.Knowledge Representation：Logical，Philosophical，and computational Foundations[M].北京：机械工业出版社，2003，6.
[3]韩丽娟，孙玉红，李圣君.《人工智能》教程改革初探[J].电脑知识与技术，2007，（13）：222-223.
[4]冯爱祥，罗雄麟.本科“人工智能”课程的教学改革探索[J].中国电力教育，2011，（10）：111-112.
[5]李春贵，王萌，何春华.基于案例教学的“人工智能”教学的实践与探索[J].计算机教育，2008，（9）：53-54.
[6]曾安，余永权，曾碧.人工智能课程教学模式的探讨[J].江西教育学院学报（综合），2006，27（6）：40-43.
[7]王蓁蓁，邢汉承.拟人类思维的形式结构数学模型[J].智能系统学报，2008，3（6）：529-535.
【Abstract】In recent years， with the support of highly developed electronic technology， artificial intelligence has developed rapidly， even a lot of artificial intelligence products have been put into use and walk， into people's lives. In this paper， the artificial intelligence is reviewed， and analyzed the present situation of artificial intelligence technology， points out its development problems， and the future of artificial intelligence is prospected.
【关键词】人工智能；发展现状；未来展望
【Keywords】artificial intelligence； current situation of the development； future
【中图分类号】TP18 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0107-02
1 引言
2016年年初，韩国围棋国手李在石与围棋程序Alpha Go对弈中首战失利，再一次将人工智能拉入了公众的视野，使其成为2016年度话题度最高的科技之一。不可否认，近些年来人工智能发展迅速，很多人工智能产品已经开始进入人们的家中，如扫地机器人、智能保姆等，虽然它们还没有美国大片《终结者》中所描述得那么先进，但从前遥不可及的人工智能概念正在一步步变为现实却是不争的事实。人工智能的现状如何，它又将如何发展，都是学界较为关注的课题。
2 人工智能综述
2.1 人工智能的概念
人工智能即AI，其英文全称为Artificial Intelligence。人工智能的概念要从人工和智能两方面来了解，所谓人工就是指人工智能脱胎于人类的文明，是人类智慧的产物；而智能则是指具有人工智能的计算机或其他子设备可以模拟人类的智能行为和思维方式，人工智能是计算机科学的一个分支，它的近期主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智能功能，并开发相关理论和技术。
2.2 人工智能的现实应用
如今的人工智能机器，可以在胜任一些复杂脑力劳动的同时，辅助人类进行记忆和逻辑运算等活动。现阶段学者已经研制出了一些可以模拟人类精神活动的电子机器，经过完善升级，这些电子机器将有希望超越人类的能力，协助人类完成一些执行难度较大的工作。但是目前研制出的自动化系统或者机器人虽然可以代替部分人类劳动，却还没有到达可以实现人类多方面协调和自我学习升级的智能水平，要制造出一款可以完全拥有人类智慧的机器，还需进一步深入研究。还有一些人工智能产物经常应用于各种商业用途，例如单位内部的客户信息系统，决策支持系统，以及我们在世面上可以看见的医学顾问、法津顾问等软件。
3 人工智能发展现状
3.1 智能接口技术研究现状
人工智能接口研究就是为了实现人机交流，为此学者必须从理论和实践两方面努力，解决计算机对文字和语言的理解与翻译、对自我的表达等功能问题。由于智能接口技术的研究和应用，计算机技术的发展获得了极大的推动力，在运行速率和人机交流等方面都有巨大提升。
3.2 数据挖掘技术研究现状
数据挖掘技术主要是对各类模糊的、大量的应用数据、人未知的、潜在已经存在的数据进行整理挖掘进行细致的研究，寻找出对研究有用的数据。目前，数据库、人工智能、数理统计已经成为数据挖掘技术的三大技术支撑，以基础理论、发现算法、可视化技术、知识表示方法、半结构化等作为研究内容，为数据挖掘技术的发展提供理论和技术支持。
3.3 主体系统研究现状
主体系统可以实现机器意图和想法的生成，是一种智能方面更接近人类的自主性实体系统。自主系统可以完成一些相对独立、自主的任务，甚至可以通过调整自我状态，应对环境和特殊情况的变化，进而保证自身规划任务的完成。在多主体系统研究中，主要是从物理和逻辑思维方面对主体进行智能行为的分析研究。
4 人工智能发展中面临的问题
4.1 识别功能的困惑
计算机识别技术研究在近些年取得了大量成果，其产品的实际应用范围较广，但不可否认的是，计算机识别的模式是基于一定的算法和程序设定的，其识别机制完全不同于人类的感官识别，因此，在计算机进行识别，尤其是图形识别时，对各种印刷体、文字、指纹等清晰图形可以快速识别，但对于相似度较高的物体，计算机识别能力相对较弱，识别失败的情况较为普遍。语音识别主要研究各种语音信号的分类。语音识别技术近年来发展很快，但是缺点是识别极易受到干扰，发音不标准的语音较易引发识别错误。
4.2 GPS功能的局限性
GPS是企图实现一种不依赖于领域知识求解人工智能问题的通用方法，但是问题内部的表达形式和领域知识是分不开的，用谓词逻辑进行定理归结或者人工智能通用方法GPS，都可以从分析表达能力上找出其局限性，这样就减少了人工智能的应用范围[1]。
5 人工智能的未来应用展望
人工智能与人生活最息息相关的应用范围就是融入人们的衣食住行和教育等方面，这也是人工智能未来最普遍的应用方向。
5.1 无人驾驶的汽车
奔驰、丰田等很多大型汽车企业都在研究o人驾驶的汽车，像007电影中的那种拥有自主辨别路况、自动驾驶等功能的汽车也许很快就会成为现实。自动驾驶的汽车要搭载的技术并不只人工智能一种，它还需要将自动控制和视觉计算等新型技术集成应用，改变现有汽车的体系结构，赋予其自动识别、分析和控制的能力。因此，自动驾驶汽车需要实现三方面的技术突破：其一，实现利用摄像设备、雷达和激光测距机来获得路况信息；其二，实现利用地图进行自动的车辆导航；其三，根据已有信息数据对车辆的速度和方向进行控制。未来的自动驾驶汽车还可以通过车辆之间的信息互通和互相感应，来协调车速和方向，避免车辆碰撞，实现自动驾驶车辆的安全行进。
5.2 智能化的课堂
当前已经有一些智能化的教学软件，教师们可以在这些软件上把教学课件传送给学生，并进行授课答题，学生还可以与教师弹幕互动，使课堂变得妙趣横生，方便了教师的授课活动。对于学生而言，能够在期末十分便捷地回顾上课的错题，甚至能够在几年后翻阅学习过的课件；对于教师而言，能够精细地知道学生对知识的掌握程度，甚至能够发现最积极和最懈怠的学生。未来的智能课堂将更具有时间延展性，学生不仅可以在课堂学习知识，还可以利用智能电子设备进行课前预习和课后复习，从而使学生可以在更加趣味性的氛围中进行自主学习安排。
5.3 自动化的厨房
今后的厨房将会更加智能化，当你做饭时，设定好你想要的菜谱，准备好所需的食材，烹调设备即可将饭菜制作得恰到好处。它会根据你食材的新鲜程度，为你推荐最适合的菜谱，并计算出其营养参考标准，并为你推荐其他食物，使膳食营养均衡。当你家中某样食材不足时，物流公司便会将时下最新鲜的这一食材送至你家中[2]。
6 结语
人工智能这一概念是在1956年提出的，在当时，人工智能还只是人们头脑中的一种幻想，而在60年后的今天，人工智能的梦想已经逐渐照进现实，它甚至渗透进了工业、医学、服务等多个领域，可以说人工智能正在改变着我们生活的世界。但对于人工智能这个人类创造出来的技术，人们也存在一定的担忧，人工智能将向何方发展？人工智能发展到极致会不会脱离人类的控制？人工智能会不会超越人类的智慧？在诸多问题围绕下，人工智能技术依然在迅猛发展，它的未来如何，让我们拭目以待。
【参考文献】
关键词：信息技术课程；课外延伸；校本课程
中图分类号：G622.3 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2013）22-0021-02
2003年国家了《普通高中技术领域课程标准（实验稿）》，其中信息技术新的课程标准规定了高中信息技术的基本理念和总体培养目标。要求全面培养和提升学生的信息素养，培养学生运用信息技术解决问题的能力，培养学生实践创新的能力。在这一标准规范下，课程标准规定高中信息技术课程包括必修与选修两部分共六个模块。其中包含了必修：“信息技术基础”；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”；选修5：“人工智能初步”。要求高中阶段学生须完成至少4学分的学习任务（必修、选修各一模块）。在各学科课程设置相对紧密，课程安排较满的情况下如何拓展学生的信息技术知识成为值得广大信息技术教师思考的问题。随着我国新一轮的课程改革的实施，提出国家课程、地方课程、校本课程三者有机结合，这就为学校开发和建设适合学校发展特色的信息技术校本课程，全面培养和提升学生的信息素养，拓展学生的信息技术应用能力提供了契机，为信息技术课程提供了有效的课外延伸教学。
通过信息技术课程必修模块与选修模块的学习，学生基本掌握运用信息技术手段对信息进行采集、处理、加工、展示和评价的能力，学生具备一定的信息素养。在此基础上，如何满足不同的学生的兴趣需求，延伸课程内容，拓展其课外知识，这就给校本课程开发提供了良好的基础。结合我校的实际情况，在完成课程标准规定的学习内容之外，根据每位教师的专业能力，我们开发了符合学校特色和适合学生发展的四门校本课程。
一、信息学竞赛之算法与程序设计
“算法与程序设计”是信息技术课程标准中选修1模块内容，要求学生体验算法思想，了解算法和程序设计在解决问题过程中的地位和作用；能从简单问题出发，设计解决问题的算法，并能初步使用一种程序设计语言编制程序实现算法解决问题。在课堂上学生基本掌握课程标准提出的要求，而对于学有余力，对程序设计有较为浓厚兴趣的学生来说这是远远不够的。在全国信息学奥林匹克联赛的推动下，开发符合竞赛培养标准的校本课程为学生提供更为广阔的学习领域势在必行。
在校本课程设计上，选择对于编程初学者较容易掌握的pascal语言作为课程语言，建立学习互助小组，通过教师的教授，小组成员间的互动探究，培养学生探究学习的能力。在课程内容的安排上，采取分阶段、循序渐进的原则，从最基础的程序设计语言到数据结构与算法艺术，针对每一位学生的特点，制定相应的课程计划，注重培养和发展学生的自主学习能力、研究能力、创新能力。通过精心的课程安排，教师与学生的共同努力，我校的信息学奥林匹克竞赛连续多年在全国信息学奥林匹克竞赛中取得佳绩，多人保送清华大学、浙江大学、国防科技大学、中国科学技术大学等名校，在培养学生兴趣的同时，也使得学生得到了较好的发展。
二、人工智能与机器人竞赛
“人工智能初步”是信息技术课程标准中选修模块5的内容，介绍了人工智能的基本概念和人工智能领域。在模块学习中，要求学生体验若干典型人工智能技术的应用。在人工智能技术飞速发展的今天，智能机器人已经进入到我们日常生活、工作、学习的各个领域。学生对智能机器人的兴趣较为浓厚，如何发挥学生的特长，开展有针对性的校本实际教学，借助中小学电脑制作大赛中机器人竞赛单元及各项机器人竞赛赛事，开设“人工智能与机器人竞赛”校本课程尤为必要。
基于这一需求，我校开设了“人工智能与机器人竞赛”校本课程，以机器人作为教学平台，通过对机器人机械、控制、传感器、控制软件四大部分的教学学习，学生能够通过设计、开发、组装各类机器人完成指定任务，培养动手实践能力以及创新能力。
三、数码摄影与图像处理、DV创作课程
“多媒体技术应用”是信息技术课程标准中选修2模块内容，要求学生初步了解多媒体信息采集、加工原理，掌握应用多媒体技术促进交流并解决实际问题的思想与方法；初步具备根据主题表达的要求，规划、设计与制作多媒体作品的能力。在数码技术飞速发展的今天，数码单反相机、DV摄影器材已经普及，成为学生课余生活中的必不可少的电子产品。但对于大多数人来说，如何使用手里的数码器材，发挥数码设备以及使用者最大的潜力，还需要通过较为专业的学习过程。
选修2模块提供了信息采集、加工处理的基本方法，但课程内容仍显过于简单，这就给校本课程的开发提供了需求。结合我校信息课程教师的实际，发挥教师在摄影、图像处理以及影视短片创作中的优势，开发了“数码摄影与图像处理”、“DV创作”校本课程。在课程设置中，以数码相机使用、摄影构图技巧、图像后期处理技术、DV摄像机使用，DV短片创作、影片编辑为主要教学内容，贴切学生的实际需求，以实践创作为主，设定教学任务，在完成教学任务中强调学生的动手实践能力的培养、培养学生的艺术鉴赏能力。通过近几年的实践，课程的开设迎合了学生的需求，拓展了学生的知识，同时，为学校校园电视台培养了大量的学生骨干力量，丰富了校园文化生活。
校本课程开发是一个持续的、动态的、逐步完善的过程，是在信息技术课程标准的基础上的创新与再加工，是信息技术课程的课外延伸。通过不同延伸课程的学习，学生在所学领域中取得较为优异的成绩，提高了学生的信息素养，培养学生运用信息技术解决问题的能力，提高了学生的创新实践能力。在校本课程的实际中，促进了教师的专业发展，提高信息技术教师的专业素质，有助于教师的个人专业成长。
参考文献：
[1]李飞.信息技术课的课外延伸[J].陕西教育教学，2012，（10）.
[2]王丽君.高中信息技术校本课程与学生社团结合的探究[J].课外阅读，2011，（2）.
2019年7月1日至7月5日，东西部协作2019年大通县信息技术骨干教师能力提升培训在南京市雨花台区教师发展中心进行。信息技术素养观转变。从技术应用能力转向信息素养能力，我们不仅要利用技术，更要利用信息素养和信息技术合作。
人工智能时代的教育变革
一、人工智能驱动智慧教育
当前，以人工智能为代表的技术创新进入到一个前所未有的活跃期。当人类社会迈进信息时代的新阶段——人工智能时代，这种工业化的教育体系已经无法满足未来社会对人才的需求，时展迫切需要一场教育变革。换句话说，教育不是由外而内传递知识，而是由内而外觉悟智慧。这就要求，我们必须打破整齐划一的传统教育形态，构建与人工智能时代相适应的智慧教育体系，利用智能技术对学习环境、学习内容、教学方式、管理模式进行系统化改造，为学生提供富有选择、更有个性、更加精准的智慧教育。
二、智慧教育的理念内涵
综合已有研究，我们认为，智慧教育是指以“人的智慧成长”为导向，运用人工智能技术促进学习环境、教学方式和教育管理的智慧转型，在普及化的学校教育中提供适切的学习机会，形成精准、个性、灵活的教育服务体系，最大限度地满足学生的成长需要。只有把“人”置于教育的最高关注，发掘人的潜能，唤醒人的价值，启发人的智慧，才能从容应对人工智能时代带来的挑战。智慧教育不仅是教育基础设施的信息化、智能化，而且是教育理念与教育方式的转型升级，从注重“物”的建设向满足“人”的多样化需求和服务转变。
智慧教育包括三个组成部分：一是相互融通的学习场景，利用智能技术打通物理空间与网络空间之间的壁垒，让万物互联，让世界互通，所有学生都可以在任何地方、任何时刻获取所需的任何信息；二是灵活多元的学习方式，注重学习的社会性、参与性和实践性，打破学科之间的界限，开展面向真实情境和丰富技术支持的深度学习；三是富有弹性的组织管理，破除效率至上的发展理念，释放学校的自主办学活力，利用人工智能提高教育治理的现代化水平，让学生站在教育的正中央。
虚拟和增强现实（VR/AR）技术在教学中的应用与前景展望
一、虚拟现实和增强现实技术的起源、概念和应用领域
（一）虚拟现实和增强现实技术的起源
虚拟现实（VirtualReality，简称VR）技术描述的就是我们现在熟悉的“虚拟现实”。增强现实（Augmented Reality，简称AR）是指在真实环境之上提供信息性和娱乐性的覆盖。
我国虚拟现实技术的研究起步于20 世纪90 年代初。随着计算机图形学、计算机系统工程等的高速发展，虚拟现实技术得到相当的重视。2016 年3 月17 日全国两会授权的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中指出：“大力推进先进半导体、机器人、增材制造、智能系统、新一代航空装备、空间技术综合服务系统、智能交通、精准医疗、高效储能与分布式能源系统、智能材料、高效节能环保、虚拟现实与互动影视等新兴前沿领域创新和产业化，形成一批新增长点。”
（二）虚拟现实和增强现实的概念、特征和应用领域
1. 虚拟现实技术
虚拟现实，是一种基于多媒体计算机技术、传感技术、仿真技术的沉浸式交互环境。具体地说，就是采用计算机技术生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。
虚拟现实具有特性，即沉浸性(Immersion)、交互性(Interaction)、构想性(Imagination)，是一个学科高度综合交叉的科学技术领域。虚拟现实与人工智能 (AI) 技术及其他相关领域技术结合，将会使其还具有智能(Intelligent) 和自我演进演化(Evolution) 特征。头戴式虚拟现实设备，即可观看虚拟现实视频介绍。
虚拟现实涉及门类众多的学科，整合了很多相关技术。虚拟现实是未来科技发展的方向之一，它可以从人的感觉系统上改变现有的空间感。虚拟现实现有的产业链大致可分为硬件设计开发、软件设计开发、资源设计开发和资源运营平台等几种类别。通过虚拟现实关键技术的突破以及“虚拟现实+”的带动，会产生大量行业和领域的虚拟现实应用系统，为网络与移动终端应用带来全新发展，将会推动许多行业实现升级换代式的发展。虚拟现实可以应用于国防军事、航空航天、智慧城市、装备制造、教育培训、医疗健康、商务消费、文化娱乐、公共安全、社交生活、休闲旅游、电视直播等领域中。
2. 增强现实技术
增强现实是在虚拟现实的基础上发展起来的一种新兴技术。增强现实技术基于计算机的显示与交互、网络的跟踪与定位等技术，将计算机形成的虚拟信息叠加到现实中的真实场景，以对现实世界进行补充，使人们在视觉、听觉、触觉等方面增强对现实世界的体验。
增强现实具有三大特点，即虚实结合、实时交互和三维配准。
增强现实具有三种呈现显示方式，按距离眼睛由近到远划分分别为头戴式（head-attached）、手持式（hand-held）、空间展示（spatial）。增强现实智能眼镜，扫描二维码可以观看Magic Leap 增强现实演示视频。
增强现实的应用领域非常广泛。如在教育领域增强现实可以为学生呈现全息图像、虚拟实验、虚拟环境等；在旅游业增强现实可以帮助游客自助游玩景区，以虚拟影像的形式为游客讲解景区概况、发展历史、人文景观等内容；在零售业中增强现实技术可以实现一键试穿，在网上销售中具有极大的应用空间。增强现实在工业、医疗、军事、市政、电视、游戏、展览等领域都表现出了良好的应用前景。
二、虚拟现实和增强现实技术在教学中的具体应用
虚拟现实和增强现实技术在教学中的应用潜力巨大、前景广阔，主要体现在运用虚拟现实和增强现实技术具有激发学习动机、创设学习情境、增强学习体验、感受心理沉浸、跨越时空界限、动感交互穿越和跨界知识融合等多方面的优势。虚拟现实和增强现实技术的应用，能够为教育工作者提供全新的教学工具，同时，能激发学生学习新知识的兴趣，让学生在动手体验中迸发出创新的火花。因此虚拟现实和增强现实技术应用于教育行业是教育技术发展的一个新的飞跃， 它营造了自主学习的环境，由传统的“以教促学”的学习方式演变为学生通过新型信息化环境和工具来获取知识和技能的新型学习方式，符合新一轮教学改革的教育理念，有助于学生核心素养的培养。虚拟现实和增强现实设备有多种，这里分别介绍各种设备在教学中的具体应用。
（一）头戴式虚拟现实和增强现实设备在教学中的应用
头戴式虚拟现实设备一般包含头戴式显示器、位置跟踪器、数据手套和其他设备等，分为移动虚拟现实头盔和分体式虚拟现实头盔。国外有脸谱、谷歌、微软、三星等公司的虚拟现实头盔产品，国内有微视酷、蚁视、暴风魔镜、中兴、乐视、华为、小米等100 多种虚拟现实头盔产品。结合国内外的研究报告以及目前虚拟现实教育实践情况，虚拟现实和增强现实技术在生物、物理、化学、工程技术、工艺加工、飞行驾驶、语言、历史、人文地理、文化习俗等教学中均可应用。
学生使用头戴式虚拟现实设备体验学习时具有置身真实情境的沉浸式感觉，能给学生以绝佳的真实体验， 使人如身临其境，让书本中的内容可触摸、可互动、可感知。例如地理学科讲述关于宇宙太空星际运行的课程时，在现实生活中学生无法遨游太空，如果戴上头戴式虚拟现实设备，就可以让学生从各个角度近距离观察行星、恒星和卫星的运行轨迹，观察每个星球的地表形状和内部结构，甚至能够降落在火星或月球上进行“实地” 考察、体验星际之旅等。虚拟现实头戴设备， 手机扫描二维码观可看虚拟现实效果视频。
（三）手持式虚拟现实与增强现实设备在教学中的应用
手持式增强现实设备多采用移动设备与APP 软件相结合的方式。APP 有视+AR、AR、4D 书城、幻视、视AR、尼奥照照等，另外有多种增强现实图书都有相配套的APP，如《机器人跑出来了》《实验跑出来了》《恐龙争霸赛来了》这套“科学跑出来”系列增强现实科普读物有iRobotAR、iScienceAR、恐龙争霸赛来了等多个APP，它们的原理都是采用手机摄像头获取现实世界影像，通过手机在现实世界上叠加虚拟形象的形式，实现增强现实的特殊显示效果。有的APP 中提供了丰富的教育资源，如安全教育、科普读物、识字卡片、益智游戏等，特别适合儿童教育。使用方法有两种：一种是手机APP 与相配套的纸质图书一起使用，用手机摄像头扫描图书上的图片，在手机屏幕上即可呈现出演示效果；另一种使用方法是运用APP 下载增强现实资源并与外界实景叠加即可呈现出演示效果。增强现实特效非常逼真，利用这些APP 进行学习，学习过程具有真实感、体验感、沉浸感，增强了学生学习知识的兴趣，可以达到寓教于乐的教学效果。
三、虚拟现实与增强现实技术在教学中应用的优势分析
（一）虚拟现实与增强现实技术为学生自主学习提供了有利条件
虚拟现实和增强现实教学资源存在形式多种多样， 根据采用的设备不同，可以将教学资源保存在网络运营平台、桌面式设备、移动设备和纸质图书里，学生可以在不同的地方采用不同的设备调用虚拟现实和增强现实教学资源进行随时随地的自主学习。如果学生在课堂上有些知识点未能掌握，可以重新学习一遍，增加对知识的巩固和理解，有时学生因为特殊原因未能在课堂上学习，也可以课后弥补，同时可以将虚拟现实和增强现实设备作为载体采用“翻转课堂”或“微课导学”教学模式组织教学，为学生提供自主学习条件，教师也可以从繁重的重复性讲解中解脱出来，有针对性地为学生答疑解惑，有助于传统教学方式的变革。
（二）虚拟现实与增强现实技术为学生提供更加真实的情景
在传统的教学课堂上，知识的传输主要通过文字、图片、声音、动画和视频的形式呈现。遇到比较复杂的情况，比如数学课的立体几何、地理课的天体运动、物理课的磁力线和电力线、化学课的微观粒子结构、生物课的细胞结构等，教师用语言很难把这些知识点表达得非常清晰，同时由于每个学生的理解力不同，教学效果也会因人而异，甚至初次学习这些知识的学生会得到“盲人摸象”般的感受。而采用虚拟现实和增强现实技术组织教学，三维立体效果的呈现可以弥补这样的缺憾，能够把知识立体化，把难以想象的东西直接以三维形式呈现出来，让学生直观感受到文字所表达不出来的知识，真实的情景可以帮助学生对知识的理解和记忆，使学生的想象变得更加丰富。
（三）虚拟现实和增强现实技术能提高学生的学习兴趣
由于虚拟现实和增强现实技术具有视觉、听觉和触觉一体化的感知效果，学生具有真实情境体验、跨越时空界限、动感交互穿越的感受，能身临其境般在书海里遨游，让书本中的内容可触摸、可互动、可感知。身临其境的感受和自然丰富的交互体验不仅极大地激发了学习者的学习动机，更给学习者提供了大量亲身观察、操作以及与他人合作学习的机会，促进了学生的认知加工过程及知识建构过程，有利于实现深层次理解。传统的学习方式让很多学生觉得枯燥乏味， 为了应付考试不得不去死记硬背，但很多知识学生考完之后很快会忘得一干二净，而采用虚拟现实和增强现实技术组织教学，新颖的学习方式和丰富多彩的学习内容能够极大地提升课堂教学的趣味性，生动形象的场景会加强学生的记忆，激发学生的学习兴趣。“兴趣是最好的老师”，兴趣也是学生学习新知识的不竭动力。
（四）虚拟现实和增强现实技术应用能促进优质资源均衡化
我国幅员辽阔，地区之间贫富差距较大，存在教学资源分配不均的情况。经济发达地区无论是软硬件配置， 教学师资和教学资源都非常丰富，而经济落后、地域偏远的山村学校学生连接受最基本的教育都难以实现。各级政府和教育主管部门都在大力推进教育均衡发展，加大教育投资力度，而虚拟现实和增强现实技术应用将是解决城乡教育资源不均衡问题的一把金钥匙，有利于缓解教育资源两极分化，扩大优质资源的分享范围，能让教育资源不再受限于地区和学校，让教育发达地区的名教师通过虚拟现实和增强现实课堂走进山村学校，能通过整体优化教育资源配置，来缩小城乡差距，实现教育公平，同时这也是教育扶贫的较佳途径。
四、虚拟现实和增强现实技术在教学应用中存在的问题
虽然虚拟现实和增强现实技术在教学中的应用可以改变传统的教学方式、提高学习兴趣、实现教育均衡发展，但虚拟现实和增强现实技术发展还处在初级应用阶段，在技术瓶颈、资源开发、教学内容和推广普及等方面还存在很多问题。
（一）虚拟现实设备应用中的眩晕问题
人们在使用虚拟现实设备时会出现眩晕感，从硬件结构来看，由于现在的科技还无法做到高度还原真实场景，许多用户使用配置达不到要求的虚拟现实产品时会产生眩晕感；虚拟现实界面中的视觉反差较大，实际运动与大脑运动不能够正常匹配，影响大脑对所呈现影像的分析和判断，从而产生眩晕感；虚拟现实设备的内容有相当一部分资源是从PC电脑版上移植过来的，UI 界面不能很好地匹配虚拟现实设备，不同的系统处理上也无法达到协调统一，画面感光线太强或太弱都不能让用户接受；虚拟现实设备帧间延迟跟不上人的运动，会有微小的延迟感，当感官与帧率不同步时也会让使用者产生眩晕感。
（二）虚拟现实和增强现实技术在教学中资源短缺
目前虚拟现实和增强现实产业刚起步，软硬件设施不完备，开发人员技术力量不足，很多学校未配备虚拟现实和增强现实设备；中小学校的很多教师还没有接触过虚拟现实和增强现实，不知道如何在教学中应用，更谈不上如何去开发虚拟现实和增强现实教学资源。因此，针对中小学教学所开发的虚拟现实资源很少，课程资源短缺是虚拟现实和增强现实在中小学推广的最大瓶颈。但随着虚拟现实和增强现实技术的迅猛发展，将虚拟现实和增强现实技术应用于教学势在必行，未来虚拟现实和增强现实技术在教学中的应用势必带来课堂教学方式的颠覆性改变。
（三）虚拟现实和增强现实教学平台和资源的设计重形式轻内容
当前很多虚拟现实教育平台都只是在一个3D 视频或虚拟现实软件游戏的基础上构成虚拟现实教学。虽然学生在虚拟世界玩得津津有味，课堂气氛很活跃，学生互动、交流和讨论很热烈，表面上看学生得到了沉浸式的体验感，但是有些虚拟现实教育平台所提供的知识点讲解还停留在现实世界中，课本内容的单调、枯燥并没有因软件的存在而得到缓解，知识要点的讲解没有变得更加生动、有趣和有针对性，这种只重视形式而不重视内容、教与学完全脱节的虚拟现实课堂只能称为“伪虚拟现实课堂”。
（四）虚拟现实和增强现实设备价格较高和技术条件限制导致普及困难
企业的前期研发成本较高、设备销售量较少，导致多数虚拟现实和增强现实设备销售价格居高不下， 很多学校因资金问题望而却步，无力购买售价高昂的虚拟现实和增强现实设备，进而导致虚拟现实和增强现实技术在学校的推广普及步履艰难。大多数虚拟现实软件普遍存在语言专业性较强、通用性较差和易用性差等问题。受硬件局限性的影响，虚拟现实软件开发花费巨大且效果有限。另外在新型传感应用、物理建模方法、高速图形图像处理、人工智能等领域，都有很多问题亟待解决。三维建模技术也需进一步完善，大数据与人工智能技术的融合处理等都有待进一步提升。以上诸多原因的存在制约了虚拟现实和增强现实技术在中小学教学中的推广和普及。
五、虚拟现实和增强现实技术在教学应用中的前景展望
虚拟现实和增强现实技术发展对未来教学形式的影响
随着科学技术的迅猛发展，在云计算、雾计算、物联网、“互联网+”、大数据、人工智能突飞猛进的新时代背景下，虚拟现实和增强现实技术与人工智能、大数据和物联网融合，将会让虚拟现实和增强现实技术应用如虎添翼。
随着虚拟现实和增强现实软硬件设备的性能提升和价格降低，会有更多的教育投资公司开发出更加丰富多彩的教学资源，让虚拟现实和增强现实技术快速走进中小学课堂，在教学中大面积应用普及。依托其具有的沉浸性、交互性、构想性、虚实结合、实时交互和三维配准等超级体验感的优势，教师的教学方式和学生的学习方式都将会发生改变。虚拟现实和增强现实技术在教学中的应用普及将会颠覆传统的教育方法和教学形式，具有巨大的应用潜力与应用前景。
关键词：机器视觉与应用；创新实践；邮电类高校
国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中提出了我国人工智能“三步走”战略目标并深化实施“中国制造2025”，将人工智能上升到国家战略层面。因此，必须加快推进人才培养模式改革，推进科教协同育人，完善高水平科研支撑拔尖创新人才培养机制。新工科背景下的核心课程机器视觉与应用是邮电类本科学生的基础课程，许多高校主要面向自动化、计算机类等工科专业开设，此课程融合了机器学习理论，数字图像处理，智能决策与最优化等技术[1]，教学内容涉及机器视觉系统的组成与标定、图像滤波与分割、目标检测与识别、成像原理与多视图几何、三维测量等。各个学校对该课程的教学内容侧重点不同，培养目标也不尽相同，但普遍面临的问题是：强调理论知识点的掌握如定理、证明等，理论教学内容不能与最新技术发展同步，实践教学内容简单、肤浅，不能有效联系实际应用或案例。学生对这门课缺乏兴趣，实验设备老旧、编程语言传统，不符合企业实际需求，影响学生就业与升学的竞争力。因此，为解决上述问题，《机器视觉与应用》这门课程的教学改革势在必行。
一、理论教学课程体系改革的与时俱进
机器视觉在我们生活中的应用不断扩大，如手机上的摄像头系统，微信、支付宝的扫码操作等，因此在《机器视觉与应用》这门课中，在深入讲解经典机器视觉知识的同时，要将当前最新的机器视觉与应用的研究成果与行业前沿知识在课堂上对学生进行介绍，如基于稠密深度、轻量化卷积神经网络的目标检测与识别、图卷积神经网络等，让他们了解最新的知识点与行业应用及当前流行的软件、硬件平台，为他们以后的学科研究与就业奠定良好的基础。因此，对课程的培养目标与课程体系进行了修订。
新版的《机器视觉与应用》课程以Python语言为基础，要求学生掌握机器视觉的概念、原理、图像处理方法及经典视觉成像模型，掌握多视图幾何及三维重建的原理及实现方法，学会搭建基础的轻量化卷积神经网络，为进一步学习人工智能相关专业课以及从事本专业的研究和技术工作打下必要的基础。
同时，要充分考虑企业的需求，以协同育人的视角构建教师和企业导师联合育人团队，因材施教，优势互补。比如，通过理论讲解掌握机器视觉的图像滤波与目标检测，借助于生产线现场缺陷目标检测等工业应用案例掌握理论教学知识，并反馈理论教学中未涉及的实际应用要点，如算法的实时性、检测成功率，影响误检测的因素等。
二、创新实践教学平台
为了紧跟当前机器视觉与应用技术发展的潮流，培养人工智能应用行业所急需的专业人才，在通过课堂将机器视觉与应用专业理论知识传授给学生的同时，还需启发学生将来在机器视觉应用方面有创新性的成果[2]。
我们构建了三种型号的基于机器视觉系统的无人车、无人机等创新实践平台，每一种型号分别采用英伟达Nano和树莓派两种开发板，每种开发板32套，总共192套基于机器视觉系统的无人平台。这些平台不仅更好地服务于机器视觉与应用课程的章节实验及综合性实验，而且还作为实验室的创新平台，为智能车比赛，无人机竞赛，机器人大赛提供强有力的支撑。
三、创新实践教学机器视觉软件的组成
本课程的章节实验及综合性实践提供多种编程语言和工具箱平台，学生可以根据自己的兴趣、爱好及未来的学业、职业规划选择一种或多种编程语言及平台[3]。在Matlab图像处理工具箱与OPENCV工具箱的基础上[4]，本课程的实践教学创新性地引入基于Python的机器视觉与应用基础工具箱、进阶版深度学习工具箱，紧跟当前机器视觉与应用课程发展的技术潮流。因为Python是一种面向对象、解释型、动态数据类型的高级程序设计语言。其代码量小，简洁清晰。还具有丰富的机器视觉标准库和扩充库，如Pytesseract、OpenCV等，是当前人工智能行业广泛应用的编程工具。
此外，为进一步支撑机器视觉综合性实验及基于视觉导航的无人车进阶实践项目，建议学生学习ROS开源的元机器人操作系统，包括硬件抽象、底层设备控制、常用函数的实现、进程间消息传递以及包管理。上述的OpenCV，Python等机器视觉工具箱及激光雷达、IMU惯导模块以及相应的多传感器标定、图像处理、目标识别与跟踪、三维重建、SLAM等都可以在此环境下实现。
另外，学生还可以熟悉掌握常用的深度学习框架，如PyTorch、TensorFlow、Keras、MXNet等，为将来的工作和学业深造打下坚实的基础。
四、创新实践教学内容的设计
我结合机器视觉与应用的理论教学内容，并兼顾实验室开放创新项目及竞赛需求，设计了渐进式创新实践教学内容，主要分为三个级别：验证性机器视觉章节实验、综合性视觉及多传感器融合实践项目、创新性实践项目。考虑到学生对知识的掌握程度不同，三个级别的项目由易到难，循序渐进，兼顾学生的兴趣爱好及实际生活中的创意实现。三个级别的实验及实践项目举例如下：
1.验证性实验：摄像头启动及驱动，图像预处理如多彩色空间转化、灰度变化、图像增强、图像滤波、锐化、图像分割与二值化、腐蚀与膨胀、图像特征提取与匹配等。
2.综合性实践：相机标定实验及误差分析，多传感器联合标定（相机、激光雷达、IMU联合标定），图像去雾、去雨、去模糊化等。
3.创新性实践：视觉导航，无人车视觉避障，无人车视觉同时定位与重建，模拟工业机器视觉应用如智能产品缺陷检测、视觉测量，快递包裹视觉实时追踪与定位，人流估计与预测等。
验证性实验是必选的，综合性及创新性实践是以小组完成的，学生可以跟踪兴趣、爱好选择不同的题目，提高主观能动性，并允许学生利用所学知识进行创新创意性扩展。
五、创新实践教学方式改革探索
（一）梳理课程间内容关系，完善相应的平台、硬件、软件及相应的电子资源建设
学生的专业基础不同，所掌握编程知识及实践能力有一定的差异性，教师开课前应摸底学生所学的课程内容，了解学生不同的专业基础，并进行合理的分组、引导，使学生互帮互助；完善实验室的理论教学平台，发展三种类型多套的无人硬件平台，建立相应的课程电子资源网站，包括理论教学内容知识点和实践教学内容及所需的软件、教程、工具包，网站上包含专门的知识内容讨论区，另外还包括国内外《机器视觉与应用》相应的多媒体课件、论文、书籍及经典算法的实现代码，以适应当今人工智能行业内机器视觉知识的内容多、涉及范围广、知识更新快的特点，以便学生下载、查阅。同时，教师要合理利用一些即时通讯平台，如微信群、QQ等工具，及时解答学生的疑问。
（二）优化小班化实验室課堂，注重学生知识的掌握与应用
教师要改变往常以教师讲解为主，学生机械地参与的满堂灌模式，直接在实验室采用小班化教学，一次32人，分为四个小组，每个小组都要完成三个级别的实验，保证每个组员都要参与，都有相应的任务，实验内容尽量避免雷同。每次课2个课时，教师进行0.5课时基础理论知识进行透彻地讲解；拿出1个课时让学生进行验证性实验，对基础知识进行实现、验证，并进行组内讨论；剩下的0.5个课时，学生进行综合性实践或创新型实践的讨论、演示、讲解，任课教师进行点评、讲解、指导。学生人手一台实验设备和电脑（或自带笔记本），实验室设备与学生一一绑定，不随意更换，方便理论知识的掌握、实现以及相应软件环境的安装设置等，并改变以往提交纸质实验报告的考核方式，采用分组答辩的形式，每个人讲解展示自己所负责的工作，相互学习、相互进步。这样可以较好的避免抄袭，避免雷同的实验报告，激发学生学习的积极性和自主性，有利于知识的拓展和创新创意实践。
（三）鼓励学生进行应用性创新实践，并为产学研合作及企业实践提供支持
学生在完成多个实践性项目的同时，后续可能要对系统硬件、算法软件进行不断的完善、优化。为了使更多的实践成果走出实验室，贴合实际生产生活，鼓励学生带成果走出去，教师要主动积极联系有机器视觉应用需求的企事业单位，将创新成果与实际企业需求、工业现场要求进行深入沟通与协作，建立稳定的产学研机制。这种机制可以对校内课程体系进行有效扩充和延伸，并对创新实践教学成果进行反馈，更好地贴近实际生产生活需求，做更接地气的实践教学内容改革探索。同时，教师要鼓励学生进行相应专利的申请和论文的撰写，保护好相应的知识产权。
关键词：脑科学；认知科学；教学模式；教学设计；教学方法
中图分类号：G642 文献标识码：A
1 引言
“脑与认知科学基础”是“智能科学与技术”专业的一门重要的专业基础课程，是现代脑科学、认知科学、心理学、神经科学、数学、语言学、人类学乃至自然哲学等学科交叉发展的结果。通过对这门课程的学习，要求学生掌握脑与认知科学的基本概念、原理、方法、知识结构、应用等，了解脑与认知科学的研究现状和发展趋势，对已有成果展开分析与讨论，为今后进一步的学科探索打好基础。
由于该课程具有一定的抽象性和难度，学生在学习中容易出现学习目的不明确、学习方法不清楚，以至于只知道表面不知道其本质，从而变为变动学习。如何使学生从抽象中理解具体，从困难中学会知识，更好地、自主地、创新地学习，就要求老师在知识的传授过程中，要注重学习方法的传授。故教学模式、教学设计和教学方法的探讨，成为“脑与认知科学基础”课程中重要研讨内容之一。
随着社会的发展、国际交流的日渐频繁及网络技术的日臻完善，如何借鉴先进的国外教学理念，更好地培养具有创新能力的学生，也成为教学研究的一个主要问题。
2 国内外教学比较
下面从教材内容、课堂形式和学生培养三个方面来阐明国内外教学的差异。
(1)教材内容
目前MIT的有关于“脑与认知科学”的开放课程(MITUndergraduate Course：Brain and Cognitive Sciencel，其信息量大、知识面广，并且注重系统性和实践性的分析和研究。
北京师范大学罗跃嘉教授的《认知神经科学教程》讲授了认知神经科学基础、认知神经科学的研究技术与方法、认知过程的神经基础和认知神经的发展与障碍。该教材系统介绍了认知神经科学的兴起与发展、大脑的解剖与生理、脑和认知功能的进化；主要的神经数据收集方法(fMPd、MEG、ERP、TMS、光学成像)和数据处理方法(数学模型、计算神经科学、图像处理技术)；力图反映感知觉、注意、记忆、语言、意识、情绪等领域的最新研究进展以及认知发展、老年化、语言加工障碍、认知与遗传等内容；此外，还专门介绍了认知神经科学的研究仪器及其在中国的使用。
武秀波教授的《认知科学概论》讲授了作为认知科学核心组成部分的认知神经科学、认知心理学、认知语言学、认知的计算机模拟等主要内容、基本概念、基本原理及实际应用情况，阐述了各种认知过程的多方面的研究规律和研究成果，并将丰富的试验资料与理论分析相结合，促进了理论之间的比较和相关学科的交叉。
北京邮电大学钟义信教授的《人工智能统一理论》，讲授了知识表示，信息获取，信息处理，信息利用，专家系统，人工神经网络，人工智能研究的最新进展和机制主义方法等。
(2)课堂形式
国外的授课往往注重内容的学习、知识的掌握，课堂教学方法也是各有迥异。我国的课堂教学主要以教师讲授为主，学生被动接受，留给学生的自主空间相对狭窄；而国外课堂相对活跃，讲授和讨论相辅相成，学生能积极地加入到课堂教学中。
(3)学生的培养
由于国内教学中以教师为主，所以往往只注意知识的传授，忽略了学生能力和全面素质的培养。我国学生知识掌握牢固，但知识运用能力差，主动和创新能力欠缺。
3 教学模式、设计和方法的探索
3.1 实现目标
“脑与认知科学基础”是“智能科学与技术”专业的一门重要的专业基础课，对该专业的学生在将来的学习工作中都起着举足轻重的作用。该课程的教学目标不仅仅是知识的掌握，更重要的是学生能力的培养。
通过对本课程的学习，将使学生掌握人脑结构、脑功能以及人类基本认知能力的基本概念和系统知识，对脑与认知研究中所使用的技术有初步的了解，通过学习和教学，着重激发学生对人脑结构与人类基本认知能力的思索，激发学生对进一步研究智能形成机理和工作方式的强烈兴趣，为今后深入研究自然智能、并将人类智能产生机制的相关假说和研究成果用于机器智能奠定基础。
在掌握知识的基础上，增强学生批判性思维和解决问题的能力。学会解决问题、分析问题的方法和手段，掌握信息的收集、检索、分析、评价利用的机能，提高合作技能，促进班级内学生的合作交流，开阔学生的综合素质，最终提高学生的创新能力。
3.2 教学模式
主要涉及教学模式转变、教学课堂和激发学生学习兴趣三个方面。
(1)教学模式转变
针对当前教学过程中存在的问题，按照学生认知规律，应该对新的教学模式进行探索，主要涉及以下五个方面的转变。
教师角色的转变。使教师从原来以教师为中心的“讲解者”角色，转化为学生学习的引导者、学生活动的导演者角色，由此引导学生掌握学习方法。
学生地位的转变。使学生有原来的单纯听讲、接受灌输的被动地位，转化为能有机会主动参与、发现、探究的主体地位；要积极调动学生参与，充分发挥学生主体的作用，使学生不仅要学会知识，还能更好地学会学习方法。
媒体作用的转变。使教学媒体从教师手中转化到学生手中，使媒体由作为教师的讲解工具转化为学生的认知工具；使学生学会利用工具来完成学习和研究任务。
教学过程的转变。使教学过程由传统的逻辑分析或逻辑综合，转变到为学生建立教学情景，使学生通过与教师、同学的协商讨论，参与操作，发现知识，理解知识，从而获得知识和掌握知识。
教材应按人类联想规律组织教学信息，符合学生的认知规律。
(2)课堂教学模式
教师应运用灵活多样的教学方法，授课时充分结合讲授、讨论、思考、测试和自学等多种方式。教学过程中注重双向性，突出启发性，调动学生的积极性。
所谓双向性是指教学过程中，教师是课堂的主导，学生是课堂的主体，既强调教师的讲授，又强调学生能动性的发挥，促使教师和学生在教学中相互联系、相互作用，使教学过程成为师生双方主动介入的过程。
突出启发性，即在教学过程中突出以学生为主体，促进学生学会思、善于思考、主动理解和掌握知识，培养分析和解决问题的能力。
除了灵活运用上述各类教学方法之外，考虑到课上学时的限制，适当地给学生留思考题，让学生课下独立思考，巩固课堂上的知识，也是课堂教学模式的一大补充。另外还可以促进学生利用先进的手段广泛查阅资料，学会自己解决问题的方法。为了得到良好的教学效果，教师在充分 理解知识的基础上，提炼出精华的思考题，使学生通过思考，更精确地理解课本知识，发挥学生的主观能动性，培养学生积极思考、解决问题的能力；把学生从传统被动的学习状态转化为主动的学习主体，给学生充分的学习空间和创新思考的余地。
(3)激发学生学习兴趣
学习兴趣有直接和间接之分，间接兴趣有学习活动的结果激发，如意识到学习的重要性，对学习的结果产生兴趣。对大学生来说，到底什么是积极健康、持久旺盛的学习动力?最具积极健康和持久旺盛特性的三种学习动力是：兴趣、理想和事业，而且每个学习阶段积极健康、持久旺盛的学习动力也是不同的：小学主要是兴趣，中学是理想，大学则是事业。
人生进入大学阶段后，开始思索实现的人生之路，面对现实，就必须从事一个职业，必须做事，必须根据社会的发展和个人的自身条件，包括自己的个人爱好和自己的理想以及社会的需求去从业干事，因此，在人生的大学阶段，产生了职业理想。有了职业理想，才有明确的人生奋斗目标。美国的戴维・坎贝尔说过：目标之所以有用，仅仅是因为它能帮助我们从现在走向未来。大学生只有明确了职业理想、职业目标，才会有为职业理想、职业目标的实现制定出科学合理的规划，并付诸实施，避免随波逐流。
直接兴趣是有学习内容和学习过程的特点直接引起的，如趣味性强的学习资料、新颖的教学内容、生动而又系统地讲解等等。下面结合作者从事的《脑与认知科学基础》课程教学，给出下面的建议。
首先，充分利用实物、影视等手段进行直观教学。凡是教学内容涉及的脑的52个分区等都尽量的在课堂上将实物展示出来，让学生通过亲睹实物，增加感性认识；同时最大限度的利用电教化手段，通过生动的画面吸引学生的注意力，将抽象的理论形象化，学生印象深刻而又便于理解。
其次，培养师生感情，树立教师威信。“师者，传道、授业、解惑也”，教师的职责不仅仅是“授业”，也应该注重“传道”与“解惑”，在课堂上有针对地传授学生为人处事的道理，这样不仅活跃了课堂气氛，教师也因为博学而受到学生的敬仰；对学生在生活、学习上遇到的可能、苦恼，适时地以朋友的身份，对他们关怀备至，帮助他们客服可能，他们就会从心里热爱老师，感情上接近教师，爱屋及乌，从而对你交的课程产生浓厚的兴趣。“亲其师，信其道”表明了这样一个道理，相融的师生关系可以直接影响到学生的学习兴趣和学习效果。
再次，教学中联系实际，学以致用。教师在上理论课时，应该做到理论联系实际，注重学生实践能力的培养。
3.3 教学设计
根据教学大纲，对“脑与认知科学基础”课程进行了如下的教学设计：
《脑与认知科学基础》共分14个章，分别介绍了脑与认知纲要、脑论、新皮层、神经组织、神经信息活动、脑的工作机理、一个假说、认知概论、感知、记忆、语言、思维和情绪。
第1章主要围绕着中心问题“智能科学与技术专业为什么要学习脑与认知科学”和“应当怎样学习‘脑与认知科学’课程”来展开，具体内容包括：智能、自然智能、人工智能的基本概念：人工智能与自然智能的关系；“脑与认知”是自然智能的基础；21世纪是智能科学技术的世纪；“脑与认知科学”课程的学习方法。
第2章的中心问题是“什么是脑科学，什么是认知科学”和“它们与智能科学技术的关系是什么”，具体内容包括：脑科学的研究对象与目的、脑科学的研究方法。
第3章主要围绕着“脑是一个怎样的系统”和“我们将由宏观至微观进行逐步的分析”的中心问题来展开，具体内容包括：自然智能系统基本工作模型；神经系统组成：中枢神经系统组成；脊髓结构与功能：脑的基本构件与功能；左右半球的功能优势和脑组织的总体特征。
第4章主要围绕着“什么是大脑皮层”和“它在大脑系统中起什么作用”的中心问题来展开，从组织生物学层次讨论了脑的结构，具体包括：大脑皮层的分叶；皮层叶区的功能定位；皮层的细胞类型；皮层的分层：皮层的分型；皮层的分区；大脑半球的纤维联系；大脑的柱形结构和Hawkins的皮层说。
第5章主要围绕着中心问题“什么是神经元，什么是神经胶质细胞”和“它们有那么神奇的功能”来展开，从细胞生物学层次探讨了脑的结构，具体包括：神经细胞(神经元)：神经元分类；神经元结构；突触：神经胶质细胞；和神经纤维与神经末梢。
第6章主要围绕着中心问题“神经系统的工作原理是什么”和“为什么神经系统能够处理各种信息”来展开，首先从分子生物学的层次讨论了神经系统的工作机理，接着讨论了最基本的神经系统反射特性，以及神经元的各种模型。
第7章主要围绕“脑是怎样工作的…‘你觉得这些理论怎么样?”来展开，大脑皮层是一个层级结构：皮层分为若干“叶”，每个叶又有许多不同的“区”，每个区都存在“6个层”，每个层包含若干不同的细胞(神经元)。这些神经元互相结成大量的功能柱。大脑皮层反映外部世界的方式，是建立“恒定表征”，后者就是皮层细胞兴奋的层级结构。大脑认识世界的方式，是“记忆，预测”。记忆，就是建立事物的“恒定表征”。预测，就是利用“恒定表征”去判断它的细节。
第8章提出了一个假设，认为“任何智能系统督应当具有明确的目的；否则就不能成为智能系统”。同时认为：作为一种完全自主的智能系统，人是具有明确目的的；作为一种“他主”的智能系统，它的目的是由它的设计者设定的。
第9章围绕着“什么是‘认知科学”’和“从‘众家之说’中择优”来展开，讨论和比较了“认知科学”有关的基础概念、相关模型和几种“认知科学”的定义，从而说明认知科学研究应当关注的主要内容。需要特别注意的是，认知科学目前仍处于发展阶段，关于“认知科学”的定义仍是众说纷纭。对于学习和研究认知科学的人来说，这种状况也不是坏事。相反，只要认真研究这些说法的实质，就有可能从中得到比较深刻比较科学地认识。因此，特别鼓励学习者带着问题学习，发现问题，分析问题，争取在此基础上创造性地解决问题。
第10章讨论了“注意的机制”：人为什么会产生“注意”机制，根本的机制在于“人有目的”。当与“目的”相关(无论是正相关还是负相关)的对象出现时就会注意这个对象：关联的程度越高，注意的程度就越强。所以，“注意”的关键机制在“目的”；而实现注意力选择的关键机制则是“目的与刺激之间的关联度分析”。相反，如果没有“目的”存在，人们对所面临的任何刺激就会表现得麻木不仁，注意力分散，没有特别的兴趣。可见，“目的”在认知活动中处于十分关键的地位。
接着对于感知的基本概念和基本机理做了必要的讨论，为认识感知理论奠定了一般的基础。但是由于学时限制，对于具体的“视觉感知”、“听觉感知”以至其它感知(嗅觉、味觉、触觉、平衡觉等)理论，就只能略而不论了。幸好，这方面的材料比较容易找到，就作为学生课外学习 的内容而不做课内的要求了。
最后讨论了“认知过程”的最初环节――感知的基本问题，包括感觉、知觉、表象的基本概念和工作机理。它们是后续认知环节的基础。对于这些认知环节工作机理的认识，存在不同的学派。这是学习《脑与认知科学》所面临的挑战，但更是研究《脑与认知科学》的创新机遇。应当深入分析各个学派的理论(包括优点和缺点)，这样就有可能在它们的基础上获得更加科学地认识，做出新的贡献。
第11章围绕着“什么是‘记忆与提取’”和“人为什么能够进行‘信息记忆和提取’”来展开，讨论了“长时记忆的语义存储”：以语义为中心、以知识结构的方式进行存储；通过概念(或特征)来表达语义章；通过概念／特征的相互关系表达完整语义；通过概念／特征的层级结构来表达某类的复杂语义：通过类间互连形成的知识结构来表达多类事物的语义；概念、特征、类等等都是以语义来定义的。
第12章首先对相关术语进行了解析；介绍了近年来脑科学的发现和认知学的研究进展。
第13章探讨了“思维的脑机制”，或者说“为什么脑会思维”，因此，首先要说明什么是这里所说的“思维”。显然，思维是脑的功能，是在给定问题、条件和目标的情况下，人的大脑寻求解决问题达到目标的一种能力。在这里，核心的问题是：在获得了“问题、约束、目标”。这些信息和相关知识的条件下，如何运用这些信息和知识来解决问题、满足约束、达到目标?根据问题、条件、目标情况的不同，思维可以有形象思维、逻辑思维、灵感思维、创造性思维等不同的类型。那么，大脑是怎样执行思维功能的呢?
第14章总结了目前认知科学对情绪的研究已经取得的不少成果，包括情绪的定义、分类、情绪的脑机制、情绪与认知的关系等等。另一方面也指出，同其他方面的研究一样，认知科学对于情绪的研究也忽视了“目的”的作用。人为什么会快乐?为什么会悲伤?除了生理上的原因之外，主要是受到“目的”实现的可能程度的影响。在这里，“目的”包括各个方面的追求：生存的追求，发展的追求，信念的追求等等。大多数喜、怒、哀、乐情绪都以这些“目的”是否能够实现以及实现的程度来衡量。因此，如果离开“目的”要素来考察情绪，就难以准确把握情绪产生的缘由。
3.4 授课方式
多媒体教学可以通过文字、图像、动画、录像等方式向学生传授知识，形象生动地完成教学任务。采用多媒体手段，既便于教师解释问题，同时也可以提高学生的学习积极性，加深学生的理解。教师还可以适当引入一些联系实际的例子，更好地帮助学生理解和应用所学的知识。
为了增强课堂的互动性，提问也是教学中值得研究的问题。所提问题必须准确、明白，无论在含义上，还是在语言本身：多用特殊疑问词发问，易于引导学生保持积极的思维状态；追问则可采用选择问句，它有某种限定作用，可引导学生定向思考。鼓励学生随时随地向老师发问，增强了师生的沟通，活跃了课堂气氛，给学生一个更广阔的思维空间。
在课堂时间允许的条件下，适当展开一些小的讨论活动，鼓励学生积极思考，大胆地提出自己的观点，加深学生对某些抽象问题的理解，永远保持一种积极乐观的态度进行学习。
学习是为了将来更好的工作，故学习方法也应该在教学环节中培养。适当地给学生一些拓展型的问题，鼓励学生去查资料，分析、研究问题，这些环节结果不重要，重要的是过程。学生可以学到从查资料、分析、对比，到归纳、成文等一系列分析研究问题的方法。
1相关研究
人形机器人是具备人类的外形特征和行动能力的智能机器人，可以采用双腿行走方式，通过手臂和身体的协调完成一些简单的功能，以及通过简单的语言和人类交流。与传统的机器人相比，人形机器人具有显著的优势。而且人形机器人以与人近似的形态出现，对人类来说就不会感到特别的陌生，也不会产生排斥心理，更容易被人类所接受，所以人形机器人将可能是未来日常应用中最重要的智能机器人。人形机器人的研究起步于上世纪60年代后期，目标是解决人形机器人的双足行走问题。如日本早稻田大学加藤一郎教授在1969年研制出WAP-1平面自由度步行机。1973年,加藤等人在WL-5的基础上配置机械手及人工视觉、听觉装置组成自主式机器人WAROT-1。进入90年代，人形机器人在控制方法和人工智能等方面的研究成果不断出现，从而推动了人形机器人技术的快速发展。如今，人形机器人向这两个不同的方面发展，一个是外形上与真实人类的细部特征相同的发展；另一个是功能上接近真实人类，具备和人类一样的运动能力和灵活性及对环境的判断能力。在2005年的日本爱知博览会上，就出现了多种与真人外观一样的机器人，在北京第智能机器人与系统国际会议上，我国同样也出现了这类人形机器人。现阶段应用于教育的人形机器人是由伺服电机、控制主板、锂电池、金属框架与控制主板相配套的软件组成。例如ROBOT?X人形机器人，在机器的各活动关节的配置多达17个伺服舵机，具有17个自由度，特显灵活，更能完成诸如手臂后摆90度的高难度动作。控制主板类似于人形机器人的大脑，通过自身智能编程软件便能自动地完成整套动作。锂电池就是人形机器人进行活动的能量。金属框架类似于人形机器人的骨骼，支撑着整个机器人。这些部件组合起来的人形机器人能在音乐的伴奏中完成起舞、行走、起卧、武术等表演，甚至还能完成翻跟斗等杂技以及各种奥运竞赛动作。
2人形机器人的优势及不足
人形机器人与其它类型机器人的对比（如下表1）：表1人形机器人与其他类型机器人的对比从表中可以看出人形机器人在程序的编写、逻辑思维能力、外形、创意、动作设计方面都比其它类型机器人更具有优势。做好一个人形机器人需要很多的创意以及个性的需求，首先要设计好机器人整体框架的构建；接下来是人形机器人的动作设计，它需要设计出能够吸引注意力的动作，而且要能与音乐完美的结合；再下来就是机器人外观的设计，也需要能够吸引人的注意。这些方面都能够很好地锻炼学生的创意思维和个性的突出。另外，新课程改革更加注重的是学生的个性以及能力的发展，相比于其它类型的机器人，人形机器人在这两方面能给学生提供更好的锻炼机会。目前,许多新技术不再隶属于单一学科,而是多门学科的高度综合。人形机器人技术就是一门综合应用数学、力学、机械、电子、计算机、控制、传感技术、通信和人工智能等学科的最新成就的技术。而人形机器人在教育中的推广能有效地激发学生的学习兴趣，有很好的趣味性和挑战性,有以下作用：1）培养学生的逻辑思维能力。编写程序是机器人教学的一个重要的内容，程序就相当于机器人的思想。学生在了解机器人的结构、工作原理和各部件功能的基础上，根据任务来编写程序。程序必须是有严密逻辑结构的，可以使机器人按照程序进行活动。可见，程序的编写为培养学生的逻辑思维能力提供了一个极佳的途径。2）培养学生分析问题和解决问题的能力。制作教育机器人是一个非常复杂的过程，涉及机器人的搭建、编程、运行和调试的反复过程。学生要学会分析问题，分析是哪一个环节出现问题。学生在分析原因的同时，也要考虑解决问题的办法，根据实际情况进行修改、调试和优化，分析出错的原因，提出解决问题的办法。3）培养学生的动手能力。机器人实践过程是一个实际动手操作的过程。机器人的搭建过程是学生手脑结合的过程，需要运用数学、物理、化学、机械、材料等方面的知识，需要学生的动手实践能力。4）培养学生的创新能力。创新能力是现在教育最常提及的一个重要内容，也是教育开展的一个重要目标。我校的参赛队伍在参加的中国智能机器人大赛上常常取得良好的成绩，与其他学校最大的区别的就是机器人的创新。我们的机器人除了自己不能生产的部件之外，从设计到制作再到编程都是我们自己解决，这就在众多相同的机器人中占有优势地位。5）培养学生的团队合作能力。机器人教学大多是以小组的形式展开，机器人的学习其实就是团队合作学习的过程。它要求团队成员团结合作，利用集体的力量来完成个人力量难以完成的问题,在实践中培养自己的团队合作能力。在高等学校中开展人形机器人的教学，进行多层次的机器人教育,既可以普及学生的机器人知识,加强机器人专业建设,又可以提高机器人的应用水平。在各级各类学校积极把机器人引入课堂,更多的中小学生得以学习机器人知识。机器人课堂教学成为中小学信息技术教育的重要组成部分。在科技创新活动方面,形成一个广大中小学生、大学生直到专业科研人员以及机器人爱好者都积极参加各级各类机器人比赛的局面。机器人不再神秘,直接走入人们的生活学习中。在这种氛围下,更多的人参与到机器人的研制与应用中去,必将促进机器人的大发展,从而促进社会的发展。
3目前存在的问题
人形机器人的发展相对于其它类型的机器人而言起步较晚，在技术上还不成熟，受到的重视不够，发展模式存在着一定的弊端。
3.1人形机器人的发展还处在初始阶段，技术不成熟世界上广泛使用的机器人主要是工业机器人，而且都是面向制造业的工业机器人，从而导致了人形机器人的发展相对较迟。而且各国在人形机器人的发展上各有不同，例如日本在人形机器人的行走方式上相对较为关注从而其发明出来的人形机器人的行走是相当不错的，而且由于日本在电子方面的发展较为先进，生产出来的机器人在感应上也相对的成熟。而美国一直注重智能机器人和军用机器人的研究，研发出多种功能强大的智能机器人和军用机器人，从而导致人形机器人发展的方向不同。而且各国发展的人形机器人在各方面上都存在着一定缺陷。
3.2没有引起教育届的广泛重视，缺乏宣传和引导随着科技的不断发展，机器人开始步入小、中、高校。在许多的大型机器人比赛上参加的比赛队伍也越来越多。但是，由于受机器人的价格、平时的维护等多方面因素的影响，机器人教育并没有得到大力的推广，而且许多学校也只是以课外活动、各种兴趣班、培训班的形式开展机器人教学。从当前实物机器人课堂教学的开展情况来来看，较多的学校只是以课外活动、各种兴趣班、培训班的形式开展机器人教学。通常的做法是：学校购买若干套机器人器材，由信息技术课程老师或综合实践课程教师进行指导，组织学生进行机器人组装、编程的实践活动，然后参加一些相关的机器人竞赛。但是，现在举办的比赛大部分都是以大学生为主流，中、小学生参加的相对较少。并且目前只有浙江、上海、江苏等极少数的地区和学校将实物机器人纳入了正规课堂教学。
3.3思维定势，沿袭车型的发展思路，穿新鞋走老路人形机器人现在受许多家公司青睐，正在被研究开发新的机型来适应市场。然而由于人形机器人沿袭了车型的发展思路还是出现了与其相同的问题：产品缺少规范，品牌十分繁杂，并且大多自成体系，互不兼容，开放度低，适应于不同学段的性能价格比高的产品很少，特别是对学校而言，开展人形机器人课堂教学初期投入较高，持续费高，难以长期发展。这些存在的问题需要各界关注，避免走上以前的老路，应该开辟出一条能够让人形机器人这么一个有着巨大潜力的项目发展下去的道路。
关键词：物联网；探讨；发展研究
随着时代的发展和应用传感器技术，现代网络技术和人工智能技术被称为信息产业的第三次的创新的网络技术，为了控制和使用未来的网络和信息资源，以及促进科学技术的发展各国政府都高度为振兴经济，并建立一个国际化的关键战略高度重视下一代的技术规划，并尝试的东西竞争优势。世界各地都在关注的事情可以衬托视科技作为互联网革命和经济大潮的一年。
在我们的教育领域，网络技术的使用促进学校的管理和教学变得更加智能化和人性化，为了建设一个自主探究的学习的环境，提高教学质量的广阔的应用前景。怎样有效的利用网络的技术，促进校园智慧，数字化校园的发展，这是一个非常重要的事情进行实践和研究。
一、物联网的功能与概念。物联网的实际应用其实可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩卖机，但是呢，物联网的概念是在互联网在1995年第一次看到，在“未来之路”的书中，由于当时的技术和硬件的限制，所以没有引起人们的广泛的注意。1998年，麻省理工学院技术美国麻省理工学院提出的EPC系统当时被称作“物联网”的概念。1999年，麻省理工学院Auto-ID中心首先提出的概念，同年的“物联网”，中国的院院士科学已经启动了传感网的研究。在2005年世界首脑会议信息社会，国际电信联盟的“ITU互联网报告2005年物联网”的重新定义和提出概念的“物联网”。IBM CEO彭明盛在2009年首次提出的概念的“智慧地球”。物联网建设并已正式晋升为美国的国家战略，通过国际社会的重视，事情正在考虑。
物联网逐渐的吸引了越来越多的人们的关注，但是涉及到物联网技术的定义，常见的问题仍然没有明确的，统一的。在物联网的时代，人类在信息与通信世界将获得一种新的沟通维度，通过在各种各样的商品嵌入短距离的移动收发器，在任何的时候，连接人与人交流的任何地方延长至人和的事情。使用各种可用的达到上述目的的装置整体感知层感知动态实时采集，如二维码，RFID标签，蓝牙，传感器和其他的设备获取对象的信息，它们可以是像是人的感官系统可收集数据和即时识别。所以，我们必须加强开发和设计的全面而灵活的看法，同时考虑到设备成本低和灵巧。
可靠的传输层，也被称为网络层。它是信息的整合通过各种网络，传递准确出可靠的感知方式。它们包括无线接入，支持移动，有线接入和其他技术支持的需求状况，并设计适当的高性能通信网络基础上的传播目标。物联网技术，形成了强大的信息处理系统，通过传感，测量，无处不在的接入和互联互通等，活动反映现实生活的对象到虚拟空间，并智能地收集和分析所提供的信息服务的可视化数据的能力。
二、从学校的环境和资源，教学活动中逐步实现了数字化。物联网技术使中国联通的对象之间，智能地实现信息的采集，传输和分析，改变了人们的生活，工作，学习。它也将推动校园智慧的建设和发展。物联网技术为校园的智慧提供了一个互动，开放，智能，协同的综合信息服务平台，使学生和教师充分感知到教学的资源，以便有效的获取的学习，收集信息，管理，教学和生活服务的智慧，将学校打感知，服务，环保，安全，稳定的智能化校园。
在校园网络应用的智慧来实现互联互通校园实物，充分的认识到校园环境，获取最新的汇总信息和数据，以便发现问题和分析对象，并反馈相关信息的实时控制。可视化的校园环境能为校园管理提供服务，其中教师和学生可以轻松完成身份证件和考勤管理，可以通过内部的学校的人的看法安装了科学化，人性化，智能化，校园为基础的网络环境，促进学校管理运动，光，声，温度传感器，用于教学环境和安全监控系统，可视化，连接到网络，智能控制，充分实现智慧教学和学校环境的安全管理。随着多媒体技术和网络技术的发展，人们可以通过互联网更加广泛的教学资源和学习教材的获取，而是缺乏真正的虚拟学习环境可以触摸的性质。
三、物联网在智慧校园中的应用学习环境主要是指声，光，温度，空气等条件的自然环境，对教学有一定的影响，网络技术课堂的智能控制和环境感知的应用，将会创造更加适宜的学习条件为学生。在一定区域内，安装好位移感测或声音，从而能够实现光源的智能控制装置。智慧校园的特色之一是节能，物联网技术可以用于管理和监控校园能源的智慧。能量的对象是物理世界一起交流，建立能源管理专家系统，该系统将实现能源消费的科学管理，在校园里。每个人的校园安全，社会各界和家长有个人都有着密切的关系。为了创建校园平安，以网络技术的优势，构建智能安全系统，包括安全系统和智能校园智能交通管理系统。这样更加有利于加强校园的安全管理。
四、结束语。把物联网校园作为基础的智慧，实现了可视化的学校管理，以人性化，智能化和科学化，的特点。与此同时，智慧校园建设，教学环境的智慧课堂可以延伸到真实的场景中去，使社会与学校，自然，再加上一个直观的学习对象，理论和建筑实践之间作为一个桥梁，培养学生的科研能力和科学素养具有重要意义的推动。（作者单位：白城师范学院计算机科学学院）
参考文献：
关键词：直观教学；人机互动；创新精神；教学方式
中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）09-346-01
随着科学技术的迅速发展，传统教育、网络教育两个平台呈现在广大教育者面前，如何使信息技术与学科课程整合，成为面向21世纪基础教育改革的新热点。信息技术与课程整合，就是通过学科课程把信息技术与学科教学有机地结合起来，将信息技术与学科课程的教与学融为一体，将技术作为一种工具，提高教与学的效率，改善教与学的效果，改变传统的教学模式。其目的是把教师、学生、教学内容整合在一起，激励学生去自主学习。
中国在生物教学过程中，因为很多学生对生物体的生命现象缺乏一种感性的认识而导致抽象思维活动不能开展。所以，结合教学的需要，尽可能多地为学生准备让人特别容易理解的感性认识的材料是非常有必要的。计算机能储存很多的信息资料，能为学生呈现的感性材料以满足教学的需要，能够使无声世界变成为有声世界，能够使抽象的事物变成具体的事物。因此，把计算机应用于教学中，调动了学生的感官，强化了学生的感知，建立了生动的空间想象能力，解决了教师的“无米难为炊”的困境，保证了学生的抽象思维活动顺利开展。
一、充分利用计算机技术进行直观教学
计算机提供的外部刺激不是单一的刺激，而是多种感官的综合刺激。这对于知识的获取和保持，都是非常重要的。计算机技术既能看得见，又能听得见，还能用手操作。这样通过多种感官的刺激所获取的信息量，比单一地听老师讲课强得多。信息和知识是密切相关的，获取大量的信息就可以掌握更多的知识。人们一般能记住自己阅读内容的10%，自己听到内容的20%，自己看到内容的30%，自己听到和看到内容的50%，在交流过程中自己所说内容的70%。这就是说，如果既能听到又能看到，再通过讨论、交流用自己的语言表达出来，知识的保持将大大优于传统教学的效果。
二、利用计算机的特点，实现人机互动
以计算机、网络为核心的现代信息技术将把教师和学生引入全新的教与学的世界，学生们可以足不出户，在家里学习，同时又与老师、同学保持着接触。特别是在暑假里，师生之间、生生之间可以通过E-mail进行交流，及时得到教师的指导，教师也可以通过网络对一些基础较差的学生进行辅导。学校不再有围墙课堂将变得更为活跃，依靠互联网和远程计算机技术而建立的虚拟教室将使教学延伸到生物学课堂之外，它将扩大学生学习的世界，使学生有机会接触遍布世界各地的各种各样的数据库，他们将能与不同国家、不同地区、不同学校的学习者在网上共同参与、协同进行学习；他们将有机会在网上接触各类教学的专家，与他们进行交谈，及时获得帮助。但计算机各网络不会取代教师，只是创造交流环境使人们共享大家的隐性知识，在共享中相互碰撞，可以大大提高学习效率和质量，培养学生进行集体创造的意识和能力。
三、利用计算机技术，培养创新精神和信息素养
创新能力和信息素养（包括获取、分析、加工与利用信息的能力）是信息社会所需新型人材必需具备的两种重要的能力素质。这两种能力素质的培养需要特定的、有较高要求的教学环境的支持，计算机的超文本特性与网络特性的结合，正好可以为这两种能力素质的培养营造最理想的环境。众所周知，因特网（Internet）是世界上最大的知识库、资源库，它拥有最丰富的信息资源，而且这些知识库和资源库都是按照符合人类联想思维特点的超文本结构组织起来的，因而特别适合于学生进行“自主发现、自主探索”式学习，这样就为学生批判性思维、创造性思维的发展和创新能力的孕育提供了肥沃的土壤。与此同时，由于学生从中有机会在Internet这样的信息海洋中自由地遨游、探索，并对所获取的大量信息进行筛选、分析、评价、和进一步的加工，然后再根据自身的需要加以充分的利用，显然，在这个过程中学生必将得到关于信息能力方面的最好的学习与锻炼，从而能较快地成长为既有高度创新精神、又有很强信息能力的符合21世纪需求的新型人材。
四、利用计算机教学，实现个性化学习
人工智能技术的发展，使得智能模拟教学得以实现，学生通过人机对话进行自主学习、自我检测。智能辅助教学系统充分考虑到了学生主性学习，信息资源要有较强的可选择性，以最大限度地满足学生主动求知的需要；真正做到因材施教。智能专家系统通过模仿人类专家解决问题的推理方式和思维过程，对教学中出现的问题做出判断和决策，进而部分替代了教师的工作，在一定程度上实现了教师的主体解放，教师可以把更多精力用在课程教学目标、教学结构、教材内容等的探索上，以及思考如何培养学生的道德品质、科学素养等方面的内容。如在减数分裂的教学过程中，我先制作了几个不同梯度的积件和课堂反馈练习。让学生按照自己的学习能力，选择不同的窗口进入，进行自主探究学习。用宝蓝阅卷软件对每一位学生的作业进行批改和分析、统计，能在较短的时间里，获得信息反馈，了解学生每一题的得分率，选A的占多少，选B的占多少……从而掌握学生对知识的理解程度，学生在解题时的思维过程。我们教师可以省时省力并能在讲评时做到有的放矢。
对照南京市中小学多媒体教室现状，基本以计算机为核心，由投影机、交互式电子白板(或幕布)、展示台、音视频播放设备和音响等现代教学设备组成。我们简单分解如下：
(1)计算机设备
为整套系统的核心，用于安装各类教学演示软件，对教学效果起到决定性影响。
(2)投影机设备
是多媒体教室的重要演示系统，连接所有视频输出设备。
(3)视频输入系统
DVD、录像机设备等，视频音像由投影机终端输出。
(4)音响、显示系统
麦克风(包括无线、蓝牙等)、功放、音箱等音频设备，幕布或交互式电子白板等显示设备。
(5)展示系统
利用视频、数字展示台，将实物或书本等资料，转化为可见视频信号。
(6)中央控制系统
利用系统集成，将以上设备的信号输入、输出以及简单操作，集中成一个简单的操作平台，方便课堂演示。
通过以上设备集合以后，可以达到的系统功能也非常显著：
首先，可以通过投影机显示校园信息网络内任意计算机信号；播放CAI教学软件和教室课件；利用展示台展示学生作业、图片等各种平面实物；其次，通过多媒体软件实现中央集成控制功能，对教室内计算机、音响、投影设备预览、播放和监控。
为什么看似简单的多媒体教室，却深受广大学生和教师的欢迎，有效的提高了课堂教学质量呢?其实，一间多媒体教室看似设备普通，其中包含很多的关于教育教学效率和方法的玄妙。
我们知道，媒体一词来源于拉丁语“medium”，是指人与人之间实现信息交流的中介，通俗的说法就是各种信息的载体，也称为媒介。多媒体顾名思义就是多重媒体集成的意思，可以理解为直接作用于人感官的文字、图形、图像、动画、声音和视频等多种媒体的统称，即多种信息载体的表现形式和传递方式。关于“多媒体”概念至今仍然没有一个统一的标准定义，一般理解为“多种媒体的综合”。目前流行的多媒体的概念，主要仍是指文字、图形、图像、声音等人的器官能直接感受和理解的多种信息类型，这基本是目前对多媒体广泛认同的一种狭义理解。
既然多媒体能够通过多种表现形式来展示信息，那么自然被需要向学习者进行信息传输的教育教学活动所应用。根据教学目标和教学对象的特点，通过教学设计，合理选择和运用现代教学媒体设备，并与传统教学手段有机组合，共同参与教学全过程，以多种媒体信息综合作用于学生，形成合理的教学过程结构，以期达到最优化的教学效果。中国在多媒体教学活动中经历了一段探索和发展的时期。20世纪30年代，就已经开始采用多种电子媒体如幻灯、投影、录音、录像等综合运用与课堂教学。这种教学技术称为多媒体组合教学又称电化教学，是我国特有名词，并沿用至今。自20世纪90年代起，随着计算机技术的迅速发展和普及，多媒体计算机已经逐步取代了以往的多种教学媒体的综合使用地位。因此，现在我们通常所说的多媒体教学是特指运用多媒体计算机并借助于预先制作的多媒体教学软件来开展的教学活动过程，它又可以称为计算机辅助教学(简称CAI)。
多媒体计算机辅助教学是教育技术活动的一个有效手段，是指利用多媒体计算机，综合处理和控制符号、语言、文字、声音、图形、图像、影像等多种媒体信息，把多媒体的各个要素按教学要求，进行有机组合并通过屏幕或投影机投影显示出来，同时按需要加上声音的配合，以及使用者与计算机之间的人机交互操作，完成教学或训练过程。国际上通过学习资源和学习过程的设计、开发、使用、管理和评价而形成的理论和实践，称为教育技术。结合我国的教育实际，我们可以概括为：“运用现代化教育理论和现代信息技术，通过对教学过程和教学资源的设计、开发、应用、评价和管理，以实现教与学过程和教与学资源的优化的理论和实践”，这就是现代教育技术。
其实若简单从“电化教育”和“教育技术”的名词概念本质上分析两者应该是相等的，他们的目的都是要取得最好的教育效果，实现教育最优化。他们的特点、功能以及分析、处理问题的方式也是相同或相近的，都是利用新的科技成果去开发新的学习资源，并采用新的教与学的理论、方法去控制教学过程。但是教育技术的范围要比电化教育广泛得多，因为教育技术是指所有的学习资源，包括与教育有关的一切可操作的要素。那么现代教育技术优势何在呢?
记得一位教育哲人曾经说过：“现代教育技术包括了两个内容，一是现代教育技术本身，一是现代教育技术的使用”，简明扼要的阐述了现代教育及技术所包含的两个方面的内容，即“理论与实践”，进入新世纪以后，随着信息技术蓬勃发展，也为教育事业展现了一片广阔的天地。为了适应现代教育技术的发展，提高教育的科技含量，使教学手段多样化现代化，促使教学质量的全面提高，“一块黑板、一支粉笔、一本教科书”的传统教学方式已经不能适应时代的发展，因此，必须让现代教育技术进入多媒体教室，发挥教育技术的优势。
优势之一：教学信息显示的多媒体化。
所谓多媒体化就是指积极发挥其文字、图像、图形、声音、视频图像、动画等在教学信息显示方面的优势，充分为学习者创设多样化的情境。一个人的认知过程首先需要有外部刺激，要充分发挥现代教育技术的优势就是要尽量提供多样化的外部刺激。
优势之二：教育信息组织的超文本方式。
超文本是指信息内容的组织方式是非线性的，是可以根据人的联想方式进行跳转的。通常的教学过程中，课本、录像等讲授内容都是线性的，只能固定地从一页到另一页，从一个镜头到另一个镜头，按部就班，不能进行跳转学习。而运用现代信息技术手段，可以把教学信息用超文本方式进行组织，形成非线形结构，为教师提供多样化的教学方案。
优势之三；教学过程的交互性。
这是现代教育技术一个突出的优势，对于多媒体显示，录像带也可以做到，但它不能交互，计算机则可以进行人机交互，而且它具有丰富的交互界面。利用这种交互特性，可以激发学生学习的兴趣，调动参与学习的积极性，从而充分发挥学习主体的作用。
优势之四：教学信息的大容量储存。
由于采用不同于书本的存储方式，可以为学习者提供大量丰富的学习资料，有利于培养学生通过信息获取、信息处理、信息表达，通过发现问题，利用资源探究问题，加强理解和解决问题的学习能力。
优势之五：学习信息传达的网络化。
多媒体教室可以和校园网络能实现教学资源的共享；实现教师的监控和对个别学生的指导；能与互联网络相联，可以开展远程教学，为远程学习者传输教育和培训资源，学习者也可以主要在学校以外的任何地点利用远程教育机构设计开发的教育资源和环境进行学习。
优势之六：教育信息处理的智能化。
智能化即是指目前热点讨论的人工智能，我们可发挥人工智能的联想、推理、理解、学习以及分析问题和发明创造能力的优势，促进学习者的学习效果。如具有自动批改功能的作文教学软件，对学生作作文进行自动智能化评价。这些现代教育技术的优势，将十分有利于因材施教，有利于个性的发展。
优势之七：有利于几个重要因素的转变。
(1)教师角色的转变――由以教师为中心的讲解者转变为学生学习的指导者和活动的组织者，充分发挥学生自主学习能力。
(2)学习地位的转变――从被动接受的地位转变为主动参与、发现、探究和知识建构的主体地位，积极调动学生学习兴趣。
(3)媒体作用的转变――由作为教师的讲解的演示工具转变为学生的认知工具，在交互过程中保证个性发展需要。
(4)教学过程的转变――由讲解说明的进程转变为通过情景创设、问题探究、协商学习、意义建构等以学生为主体的过程。
关键词：智能科学与技术；综合性大学；机器人
中图分类号：G642 文献标识码：B
1 引言
经过近几十年的发展，智能科学技术已经成为信息领域的重要生长点，其广泛的应用前景日趋明显。为了适应社会经济发展的需求，南开大学于2005年开始建立“智能科学与技术”本科专业，经过一年时间的缜密准备，2006年正式开始招生。该专业以信息学院机器人与信息自动化研究所、自动化系、计算机科学与技术系等单位为学科依托，覆盖了这些学科上的多个博士点和硕士点。该专业面向前沿高技术，注重系统集成和相应的工程实施能力，以机器人技术等作为载体，强调学生一定的工程实践能力，并授予工学学士学位。
作为一个成立不久的新兴交叉专业，“智能科学与技术”专业没有成熟的教学计划可以遵循。特别是对智能科学这种前沿叉学科而言，如何完善人才的培养机制，以满足国民经济对于智能技术专业人才的需求，是该专业建设成败的关键性因素。另一方面，21世纪科学技术的交叉与综合，社会经济的迅速发展，国际竞争的加剧，对人才的培养机制以及人才的素质、能力、知识结构等方面都提出了新的要求。基于以上原因，为了建设好“智能科学与技术”专业，实现该专业的培养目标，我们必须针对该专业学科交叉的特点，总结传统教学方法、教学手段的优点与不足，优化课程设置和教学计划，充分体现该专业面向前沿高技术的优势，根据应用型、开发型的专门工程技术人才的需要，注重理论联系实际应用，强调课堂讲授与动手实验相结合。在制定教学体系和有关实验环节时，我们根据南开大学的办学特色，研究出一套既能够充分发挥南开大学的教学优势，又符合智能专业学科特点的教学模式。
2 兼顾专业特色与南开大学特点的教学计划设置
对于南开大学“智能科学与技术”专业而言，能否扬长避短，制订出结构合理且便于实施的教学计划，是决定该专业建设成败的至关重要的环节。
2.1 教学计划安排
南开大学信息学院设有计算机科学与技术、自动化等多个本科专业，学科交叉优势非常明显，这正是建设“智能科学与技术”专业所必需的学科基础。此外，南开大学机器人研究所在智能系统设计等方面具有多年的研究经验，可以将研究成果转化为教学内容，以进一步提高人才培养的水平。但是，从另一个方面来看，南开大学在脑科学与认知科学等方面开展的研究不多，要在认知理论等领域培养高水平的人才具有一定的难度。基于这种情形，在设计“智能科学与技术”专业的教学计划时，必须充分发挥我们在机器人研究方面的优势，重点培养学生在智能系统设计与分析方面的能力，使其针对各种具体要求，能够选择合适的传感与执行器件，集成多种智能技术与策略，完成工程系统的设计。
不可忽视的是，作为一所综合性大学，南开大学的工科基础相对薄弱，缺乏与智能学科有关的其他学科，如机械工程等。在这种大环境下，必须根据“智能科学与技术”本身的专业特点以及南开大学自身的具体情况来设置相应的课程以及教学计划，探索出一种能够充分发挥南开大学本身的理科优势和在机器人等智能系统上的研究经验，并且带有显著工程科学特色的学科建设方法和本科培养模式。为此，该专业所开设的课程和教学计划应该充分体现面向前沿高技术的特点，强调应用型、开发型的专门工程技术人才的需要，从培养目标、课程设置、实验及实习安排等方面都必须具有科学而合理的实施方案，使将来的毕业生可以成为在相关领域的研发中迫切需要的智能科学与技术方面的专业人才；这些人才应该也可以面向产业需求，在信息技术、智能家居、控制工程等领域从事智能信息采集与处理、智能系统设计与集成等方面的教育、开发与研究工作；还可以在与智能科学与技术相关的诸多方向继续深造。
需要强调的是，“智能科学与技术”专业并不是自动化、计算机等现有专业的简单组合，而是面向前沿高技术，具有自己独特定位和完备教学计划的新兴交叉专业。在设计“智能科学与技术”专业的教学计划时，我们根据南开大学综合性大学的具体情况，充分考虑到智能专业的多学科交叉特点，重点培养学生在智能系统设计与分析方面的能力，在课程体系中偏重工程技术素养方面的锻炼，最终将为该专业的毕业生授予工学学位。因此，在选择教学内容时，我们主要针对智能系统中常见的传感与执行器件，以及与之相关的各种智能技术进行介绍与分析。通过开设传感器、运动控制等课程，使学生熟悉各种光、机、电器件特性，使他们能够针对不同场合下的各种具体应用对象合理选择各种传感与执行器件，如压电陶瓷、激光、声纳、液压等元件，将其进行集成后完成预定的单元任务，并进而分析、设计和实现机器人等各种综合性的智能系统。
实现上述目标的重点在于使学生理解与掌握各种常见的智能技术，并且能够将其用于解决工程实际问题。因此，除了让学生学习认知科学基础、电子技术、计算机、自动控制原理等课程之外，本专业还特别开设了“智能技术”与“智能工程”等数门核心专业课程。此外，由于本专业侧重点在于工程实际应用，而各种智能技术必须具备一个起码的工程载体，因此，在课程计划中，除了讲授各种智能技术之外，还必须包含机械工程基础、工程光学基础等课程，使学生通过这些课程的学习，了解常见的光学和机械传感与执行元件。其中，“工程光学基础”将主要介绍智能系统中主要的光学传感与执行器件，该课程配有相应的实验。通过该课程的学习，学生可以掌握工程光学的基本概念和计算方法，了解常用的光学检测和执行技术，在此基础上，能够根据实际智能系统的需要，选择合适的光学器件和计算主要的光学参数。
根据上述设计思路，我们为“智能科学与技术”专业制订了合理的教学计划。该专业学生共需取得150个学分，方可获得工学本科学位。这些学分的具体分配如下：校公共必修课4分(926个学时)，主要学习数学、物理、英语等公共基础课程；院系公共必修课30.5个学分(659个学时)，主要包括电子技术、电路基础、计算机程序语言等课程；专业必修课29个学分(498个学时)，主要包括自动控制原理、智能技术、智能工程等专业核心课程：专业选修课为26，5个学分，学生可以从机器人学导论、数据结构、运动控制等课程中选择适合自己实际情况的课程来学习，为自己将来从事智能系统方面的研究打下基础：任选课为 15个学分，这部分课程可以拓宽学生的知识面。大部分专业必修课程都安排了实验或者上机，以通过实际应用增进学生对基本理论的理解。
2.2 核心专业课程
对于南开“智能科学与技术”专业而言，“智能技术”和“智能工程”等课程是体现专业特色的核心课程，它们在一定程度上决定了是否能实现预期的专业人才培养目标。以下将对这些专业课程进行具体介绍。
“智能技术”是智能科学与技术专业最重要的核心专业课程之一，包括6个学分。教学中既有理论讲授，还包括大量仿真训练与实验操作。该课程包括以下三部分：人工智能、计算智能与机器视觉。其中，人工智能以符号主义为主线讲授人工智能的基本概念、原理与方法；计算智能以联接主义为主线讲授计算智能的基本思想、方法；而机器视觉是基于模式识别的智能方法，重点讲授机器视觉的基本流程与方法。通过智能技术的学习，力争使学生能够掌握智能技术的基本原理和方法。通过课堂讲解，并配合一定的作业练习、上机实验等环节，使学生初步具备运用智能技术和方法分析问题和解决问题的能力。
“智能工程”是一门解剖实际智能系统设计与分析过程的核心专业课程，它与“智能技术”之间是前后承接的关系。该课程将通过分析典型的智能系统讲授各种智能技术在工程实际系统中的应用。总体而言，该课程面向智能系统的实际应用，着眼于使学生理解如何解决工程应用中的技术问题。为此，将通过具体分析移动机器人、无线传感网络等实际智能系统，使学生了解智能系统的基本结构和各个组成单元，并更好地理解之前所学的信息检测与传感、信号处理、运动控制等技术以及各种智能信息处理方法，使学生初步具备综合运用多种智能技术分析、设计和实现智能系统的能力。
2.3 教学计划实施
作为一个多学科交叉的本科专业，“智能科学与技术”的教学内容相对较多。该专业的很多课程都是现有研究生课程的下移，但不能完全沿用研究生的教学内容和授课方式，否则，在知识储备和学习能力方面的差距将使本科生很难理解、消化、吸收授课内容。因此，在组织教学时，强调授课内容突出重点，以点代面，着重讲授基本方法及其实际应用，尽量避免讲授枯燥的理论或过于抽象的内容。此外，为了适应学时方面的要求，智能技术和智能工程等课程重点讲授清楚一至两种智能信息处理技术，透彻剖析一至两个智能系统，并通过随后的专业实践等课程，进一步加深学生对各种智能技术和智能系统的理解。
在我国现行的教育体制中，中学阶段和大学阶段的学习差异性非常大，很多大学生在入学之初表现出非常明显的新生综合症。此外，很多大学生在专业课程选择、职业规划等方面疑虑很多，迫切需要经验丰富的教师进行引导。基于上述原因，并考虑到“智能科学与技术”专业课程难度较大，我们在该专业中引入了教授学业导师制度。即为该专业的各个班级分配一名学业导师，他们都是本专业年富力强、教学经验丰富、研究成果突出的中青年知名教授。其中，前两届学生的班导师曾分别留学美国康奈尔大学和加州大学伯克利分校。这些班导师可以为学生在专业课程选择、职业规划等方面提供非常具体的意见，也可以引导高年级学生积极参加专业实践，加速学生成才。
迄今为止，南开大学“智能科学与技术”专业的教学体系已经基本建设完成。现在，该专业已经有三届学生，教学情况良好，教授学业导师制度也得到了学生的广泛认可。初步的实践经验表明：我们所制订的教学计划合理性好，实现了预期的教学效果，可以达到“智能科学与技术”专业人才培养的要求。
3 实验和实践环境建设
3.1整体建设思路
作为一个面向应用的学科，“智能科学与技术”专业必须非常重视工程训练。因此，我们除了精心设置有关课程讲授基本理论，组织教学实习之外，还必须着眼于实验室的建设。通过创建高水平的实验环境，为学生提供一个实践、测试、研究基本理论的场所，切实增强学生的动手能力和工程创新意识。能否获得一个高水平的实验环境，是“智能科学与技术”这个新专业人才培养成功与否的关键因素之一。
南开大学信息学院具备良好的实验条件，机器人研究所现有的科研设备也可以为“智能技术科学”的本科生提供较好的实践平台。尽管如此，原有的实验室只能满足“智能科学与技术”专业起步期的教学工作需要，而对于体现专业特色的课程，如智能技术、智能工程等，需要有相关配套实验，因此必须创建一个高水平的实验环境，以满足专业课程教学的需要。考虑到经费和实验面积两方面的限制，要想在短期内获得一个完全满意的实验环境，难度很大，因此需要采用分批次、循序渐进的方式建设智能专业的整体实验环境。一方面，通过一年半左右的时间规划并建设好“智能科学与技术”实验室，以满足“智能技术”、“智能工程”等主要专业课程的教学要求；另一方面，可以借助于机器人研究所等单位的实验条件，暂时缓解部分课程的实验压力。
3.2 “智能科学与技术”实验室建设
“智能科学与技术”实验室的主要作用是开设与智能系统有关的实验，以体现本专业的特色。所以，建设该实验室将重点考虑如何为本专业的核心课程提供必不可少的实验条件，使学生通过大量实验操作掌握智能系统中测量、感知与执行的基本技术手段与方法，并能对整个系统进行综合分析与评价，增强学生对所学习基本理论的感性认识，深化其对专业知识的理解。在此基础上，可以引导学生在实际操作中发现问题，综合运用所学知识解决问题，训练学生逐步养成系统整体设计的技能，以培养“智能科学与技术”领域的工程创新性人才。
自南开大学建立“智能科学与技术”专业以来，我们对于该专业实验室的建设进行了长期调研，在此基础上，根据南开大学的学科特点及现有的实验室基础，我们规划了“智能科学与技术”专业实验室的建设方案，对各个实验计划进行了详细论证。在南开大学新专业建设经费的资助下，南开大学信息学院和教务处、设备处密切合作，筹集资金购置了相应的实验设备，初步建设完成了“智能科学与技术”专业实验室。实验室的主要设备如表1所示，包括机器视觉、移动机器人、磁悬浮系统、三自由度直升机、电梯群控系统等多套实验系统，这些设备可以基本满足智能技术、智能系统、专业实践等课程的教学需要。特别需要指出的是，一些实验环节，如电梯群智能控制调度及远程维护系列实验，是首次引入本科教学体系的实验课程。
3.3 以科研环境促进实验教学
不可否认的是，“智能科学与技术”实验环境建设是一项任重而道远的工作，要想在短期内完善实验环境，使之能够完全满足“智能科学与技术”教学的需要，难度很大。在这种情况下，必须开阔思路，采用多种方式进一步拓展实验渠道，如借助外单位设备组织实验教学等。
我校“智能科学与技术”专业的主要依托单位为信息学院机器人与信息自动化研究所。该所在机器人及相关技 术的研究方面处于国内领先行列，配置有移动机器人、医疗机器人、无线传感网络等多套实验设备，承担了大量国家与省部级的研究项目，具备了良好的实验条件。因此，我们充分利用该所良好的科研环境来促进实验教学。一方面，我们经常性地组织“智能科学与技术”专业的低年级本科生前来机器人所参观实习，通过教师的详细讲解，使学生初步认识机器人等智能系统的基本结构和主要组成单元，为将来学习智能技术和智能工程等课程建立感性认识，同时也使他们更好地理解本专业特色，激发学习兴趣。另一方面，在专业课程的教授过程中，教师根据具体的教学内容组织学生到机器人所进行各类演示性实验，使学生更好地理解各类智能技术。除此之外，为了切实提高“智能科学与技术”专业高年级学生的工程创新能力，学生进入大三，初步完成电子技术、计算机、智能技术等专业课程的学习后，我们逐步引导学有余力的学生提前进入实验室，参与各类研究项目，鼓励他们应用掌握的知识设计实际工程系统，激励他们的创新意识。
3.4 专业实践环节设计
为了实现“智能科学与技术”交叉工科专业的人才培养目标，必须为学生安排充分合理的教学实践环节，使学生通过解决实际问题掌握有关理论知识，提高设计与分析智能系统的能力，提高他们对于本专业的信心。在教学计划中，我们对学生的实习环节进行了精心规划，在教学的后期，积极引导学生参加各个层次的实践教学活动。
在教学计划中，“智能科学与技术”专业开设“专业实践”课程，主要目的是让智能专业的本科生进一步熟悉各类智能系统，针对磁悬浮、直升机等实验系统设计出合适的智能控制方法，并最终完成算法实现、系统性能测试、研究报告撰写、期末答辩等工作，力争使学生能够应用模糊控制、专家规则等智能控制方法解决工程实际问题。
信息技术智慧课堂“微活动”的开展，主要目的是让学生在教师的有效引领下，以自主探研的方式，完成知识点的掌握。活动可以是学生单人进行，或是同桌互动，或是分组开展，也可以全班师生互动进行等；活动可以在课堂上临时加入，也可以提前设计，或是有一定的延续性。如果能对活动进行巧妙设计，把握细节，研究深入，并充分利用各类现代教育技术手段及相关辅助工具，将活动与生活相结合，让学生切身体验“微活动”，就能使课堂效率显著提高，学生“慧”玩热情高涨。对于“微活动”的设计与实施，笔者从以下几方面来做简要探讨。
一、提升个人能力，“微活动”需要创新
首先，作为信息技术教师，在当前“黑科技”爆发的时代，我们要将各类可利用的硬件资源有机融合到课堂中，要清醒地认识到信息技术课堂不能只有单一的电脑，要在“微时代”时刻刷新自己的知识量，了解各类资源对课堂教学带来的帮助，如各类触摸式设备、VR体验，物联网等，为“微活动”的开展累积经验。例如，在三年级“驾驭键盘”指法教学中，定位键、基准键以及手指的摆放位置、手指击键分工是本课的重点，有些软件提供了相关的图片，但三年级学生对分解指示图并没有太大兴趣。为了让学生能快速认识键盘，掌握击键分工，笔者进行了一次指法直播，在课堂上使用Android手机和电脑同屏，利用手机摄像功能，结合电子教室，把自己在键盘上的指法演示直播到每个学生的电脑上，学生看完印象深刻。接着，立即开展“微活动”―指法直播秀，让学生对着手机摄像头进行指法演示，另一个学生说字母，演示的学生用对应的手指击键，对错一目了然。学生演示结束后，还为其拍下一张演示的操作图片，作为小奖励。这一活动使得演示的学生和观看的学生印象都十分深刻，许多学生都跃跃欲试，想要表现自己。短短几分钟时间，课堂气氛就活跃起来，重点、难点迅速化解。
其次，教师应当时刻保持相关的软件应用不落后，并能与课程内容有机结合。作为一名信息技术教师，熟练掌握相关软件的应用是最基本的要求之一。小学信息技术材料，从简单知识点阐述，到软硬件基础，再到各类应用软件、程序设计、物联网、机器人，所包含的知识点很多，不能局限于教这个内容就只用这个软件，可把其他教材中的相关内容部分应用到当前教学中。Scratch软件作为高年级编程软件，本身具有很大的魅力，它可以快速设计出很多有趣的小程序。例如，在《计算机历史》一课中，因为本课内容以介绍性知识为主，即了解计算机的过去、现在，以及信息技术未来应用展望，除了观看视频、讲解描述外，为使学生进一步了解“人工智能”“物联网”“巨型计算机”等相关知识点，笔者使用Scratch软件设计了一个翻牌程序。该程序是将8张图片进行遮盖，学生可以随机点击其中两张，如果内容不同，则自动翻回，如果相似，则图片消失，出现相关文字解释。再利用电子教室到每个学生的电脑上，让学生自行运行程序，自主研究。通过这个活动设计，学生对相关专业名词有了更为直观的理解，并且能进一步扩展自己的解释与观点。
另外，还可以利用VB、ASP、flash ActionScript等比较容易上手的软件，编写一些小程序，供课堂开展活动使用，也能带来很大收获。在信息技术课上，上机操作是学生反馈课堂教学效果的重要形式之一，但有些教学内容除了会操作，也需要学生记忆要点，巩固课堂知识。为此，笔者设计了一个“微活动”―“今天我学会了……”，并以此制作了一个随堂测试网页，每次5道题，可根据每节课不同的知识点进行编辑修改，最后到服务器上，供学生当堂评测。虽然测试时间短，题目少，但是学生每次都有不小的收获。学生通过答题，加深了本课知识点的印象，教师也能通过后台程序直接看到每一个学生的答题情况，了解自己的教学情况与教学效果。
二、营造课堂环境，微活动中体验生活
任何教学过程都是师生交往、共同发展的互动过程。信息技术课堂上，教师在设计“微活动”时，要紧扣学科的特点，面向全体学生，要充分考虑到学生是学习的主体，要密切联系学生的生活经验和已有知识，要充分调动学生学习的积极性和主动性，为学生的“慧”玩、“慧”学营造一个平等、和谐、融洽的课堂环境，使学生保持良好的学习兴趣。这有助于“微活动”的顺利开展，是营造信息技术智慧课堂的前提。如果教师设计的“微活动”不能与学生已有的知识和经验联系起来，那么这些活动对学生而言是无效的，是无法激发学生的探究兴趣的。
例如，小学信息技术《初识物联网》，这是一节物联网入门课，教材中列举了很多例子，但对于学生来说，这些或只见于书本，或太科幻，离现实生活太遥远，如果教师只是{空讲解，学生更是觉得索然无味、纸上谈兵。为了能更贴近生活，让学生感受“物联网”就在身边，在本节课中，笔者加入了多个“微活动”，让学生进行体验式学习。在教室门口，笔者安了一个红外感应门铃，当学生进教室时，每走过一名学生，门铃就响一次，让学生在进教室时就感到很好奇。随后笔者向学生提问：今天进教室和以往比有什么不同之处？你还在哪里有过同样的体验？学生反应活跃，都认真详细地描述了自己在生活中接触到的相似情况，如商场自动门、家门口声控感应灯等。再如，利用智能手机的“健康”功能，让学生在课堂上进行运动体验，拿上手机在教室中走一圈，看看自己走了多少步，消耗了多少热量；或利用音乐软件，请学生唱上一句，测一测音准。学生通过各类“微活动”的亲身体验，很自然就理解了课本上介绍的物联网其实离自己并不遥远，也不是那么神秘。
三、理清切实需求，微活动意义深远
活动不应该只存在于一些特定的公开课、展示课中信息技术课本身就是一门需要学生活动的课。在平时的随堂课上，很多信息技术教师怕开展活动，这是因为学生往往会表现得太热情而很难收回，或衍生出更多其他问题。但是，小学信息技术智慧课堂应当是教师“智”教与学生“慧”玩的有效结合。智慧的课堂需要智慧的教师，需要教师积极转变教学理念，变化教学手段，彰显智慧教学的优势，才能使学生充分领会“慧”玩的意义。
