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0引言
現如今是信息碎片化社會,高校教育也受此社會氛圍影響,其教學方式不斷發生改變。將移動智能終端為教學載體,融入更多新媒體技術,與高校專業教學會產生劇烈化學反應,弱化大學生學習的時空限制,也提高他們的學習靈活性,彌補傳統高校課堂教學進程中的種種缺陷。通過智能移動終端,學生也能充分利用空閑時間展開自主探索,完成課堂教學上的知識延伸,展現移動智能終端之于高校課堂教學的巨大影響力。
1基于智能移動終端與微課程結合的高校課堂教學模式分析
當代高校越來越多將智能移動終端與新媒體引入課堂教學過程中,希望以此來實現教學過程優化,為大學生提供更佳學習體驗。將現代高科技教學模式與傳統公共藝術教育課程相融合是不錯的嘗試,所以基于這一目標,本文主要對二者結合背景下融入高校公共藝術教育課堂教學模式進行優勢分析。
1.1優勢分析
基于智能移動終端的微課程新媒體高校公共藝術教學,這三者的結合極大程度發揮了網絡智能移動終端的固有優勢,強化了課堂教學過程的靈活性與普及性。當前,大學生的智能移動終端持有率已經達到95%以上,它不僅僅是學生溝通交流的工具,更是為他們學習提供便利的助手,利用智能移動終端展開公共藝術微課程教學,可以更好貼近學生生活,讓學生的學習時間與空間更加自由,也能夠充分利用零散時間與碎片化信息實現學習整合,在極短時間內就獲得知識點,大大提升學習效率,對高校普及公共藝術文化知識也很有幫助。另外,基于智能移動終端的公共藝術教育微課程課堂教學也能夠提高高校公共藝術教育本身的教學質量,它可以以新媒體微課程作為建工主義學習理論基礎,例如國內某高校就開發了“中國民間織錦藝術”根據校內實際資源及教學狀況,將云錦內容配合智能移動終端融入到微課程當中,讓學生從自己身邊所了解的事物出發來刺激他們的學習興趣,加深他們對云錦的學習印象,并取得了較好的學習效果。該課程教師鼓勵學生基于自身狀況來調整學習進度,控制教學流程節奏,這也更好的體現了智能移動終端對學習進程可調控的有效功能機制,它合理把握了教學節奏,找到了適合于課堂教學開展的學習方法。
1.2現實意義分析
將智能移動終端、微課程與高校公共藝術教育三者融為一體,這對高校課堂教學開展具有極大現實意義。首先,它從傳統中教師以“教”為中心逐漸轉化到以學生“學”為中心,在此過程中充分遵循課堂教學的直觀性、啟發性與因材施教原則,基本彌補了傳統高校課堂授課中所存在的不尊重學生主體地位、教學缺乏針對性等不足,而且它在教學過程中充分挖掘和培養了學生的探索精神與創造力,展現了智能移動終端與微課程將師生從課程準備到課后評價始終緊密聯系到一起的實效性與互動性特征,對教學資源也實現了最大化有效分配利用。對大學生本身而言,開發以智能移動終端為基礎的高校公共藝術教育微課程,能夠在一定程度上實現教育過程的公平化,打破學生在空間與時間中的巨大限制,并且在課程中它也能大幅度提升學生的學習興趣與學習效率,對強化公共藝術教育在高校的普及廣度與深度都有巨大促進作用。通過智能移動終端與微課程的結合教學模式,師生之間的交流與互動也照比從前更多,基本消除了師生間的教學交流與角色壁壘,讓公共藝術能夠更深層次滲透到大學生學習生活當中。再者,大學生也可以通過隨身攜帶智能移動終端,隨時利用其新媒體媒介(微信、微博等等)與同學、老師交流,讓高校的傳統公共藝術教育不在那么高不可攀,逐漸轉化為具有高度親和力和普適性的教育交流過程[1]。
2基于智能移動終端的高校公共藝術教育微課程設計與應用案例分析
基于智能移動終端的高校公共藝術教育微課程設計與應用主要分為前期分析、中期設計和后期制作3個環節,然后對教學過程進行課后總結評價,以下基于這4個階段展開全面的設計分析,圍繞“中國民間美術賞析”課程中的“民間印染”內容,探討了其在高校課堂教學的設計應用過程。
2.1前期分析
“民間印染”是高校公共藝術教育“中國民間美術賞析”課程中第十章的主要內容,這一課主要講述各種纖維織物通過物理或化學染色方法來實現印花工藝加工,可用于各種被面、服飾與工藝品當中,極富中華風韻。該課程主要分為4個部分:民間印染的種類與制作工藝、造型特征、文化意義以及審美價值。在教學方案設計之前,首先要確定教學計劃。“民間印染”課程預計用兩個課時完成,其中包括了基于智能移動終端的輔助課堂教學環節,課堂教學的主要目標就是讓學生了解民間印染相關概念知識,了解民間印染的歷史發展軌跡與制作工藝,同時熟悉它的工藝類型等等,最終向學生灌輸民間印染的文化意義與審美價值。然后進行教學對象分析,該教學過程主要針對從大一到大三的學生,他們都來自于非藝術專業,從認知發展的角度來看,這些學生的認知水平發展相對成熟,已經擁有了自己的價值觀與審美觀,但他們的心理發展不夠成熟,所以需要教師正確的引導,培養他們積極向上的人格與高尚情操。由于教學對象均沒有藝術專業背景,所以“中國民間美術賞析”課程并非專業的美術教學課程,而是主要以普及民間美術知識、弘揚傳統文化為目的,面向學生,教師要盡量把控尺度,以激發學生的學習興趣為主,有針對性的開展教學過程。最后要為學生制定“民間印染”章節教學目標,通過基于智能移動終端的微課程教學來明確“民間印染”本身的相關概念,能夠分辨它的3種基本印染種類,并熟悉民間藍印花布的歷史發展歷程,能夠結合生活實際體驗來深入體會“民間印染”的文化意義與審美價值[2]。
2.2中期設計
在該課程的中期設計過程中,主要結合教學目標與章節內容來總結重點內容,通過智能移動終端與微課程結合來啟發學生主動思考能力,包括激發他們的創造力與想象力。以“民間印染的文化意義與審美價值”這一微課程展開為例,以下具體來講其教學設計流程。第一步,教師首先講解“民間印染”的紋樣造型特點,利用演示法和講授法來結合動畫素材,首先屏幕出現文字,漸漸隱去然后出現圖片并扇形展開,學生根據圖片來觀察印染中的工藝紋樣創造過程,看其點、線、面的有機結合,并在看視頻后展開師生討論總結,最后探討“民間印染”的紋樣造型特點。第二步,講解“民間印染”的文化意義與審美價值,此時微視頻飛入文字,圖片扇形展開,此片段主要講述“民間印染”與其它民間藝術的差異性,并從造型圖案中反映在一定時期、地域內的民族文化,讓學生體驗古代勞動人民對生活的美好向往,對物質與精神生活的雙重追求,而“民間印染”正是這一重要載體。第三步,展開微練習設計,通過微課程多媒體資料向學生展示當前國內“民間印染”市場發展的癥結所在,并思考如何尋覓新的市場以及其開發過程,教師引導學生思考這一問題,并展開課堂討論。
2.3后期制作
課程技術后,教師要制作“民間印染”的微課程視頻并出來,如果采用PPT課件制作,配合錄頻軟件來錄制微視頻課程,再利用錄音話筒、電腦和教材及網絡資料來設計微課程講稿,在制作過程中錄入教師旁白聲音,加強教學過程的生動性。在利用標記工具與畫中畫功能來渲染微視頻,最后利用CamtasiaStudio視頻編輯軟件進行課件字幕添加,在視頻美化后完成“民間渲染”的微課程視頻制作過程。教師將做好的微視頻發送到班級的微信公眾平臺上,學生就可以了通過微信公眾號接收并觀看有關“民間印染”的微課程,展開重復觀看深入學習。
2.4教學評價
結合上述基于移動智能終端的公共藝術教育微課程教學過程,教師可以給出細致的教學評價,并總結該課程對大學生的教育優化成效。首先要對教學本身展開評價,評價智能移動終端引入新媒體微課程展開高校教學的實操性,它更加貼近于學生現實生活,能夠從生活實際出發來激發學生創造性思維,也有助于改善當前傳統課堂教學沉悶分為,對提升學生學習興趣很有幫助。為此,教師要讓學生在觀看學習完“民間印染”的微視頻后撰寫讀后感,了解他們對于中國古代“民間印染”的看法,并說明自己在課堂上學到了哪些內容,在下一節課上面向師生發表,然后教師給出評價,并展開師生再一次的討論過程[3]。綜上所述,“中國民間美術賞析”課程是對高校公共藝術教育的有效拓展,能夠豐富學生的學習資源。本設計還加入了移動智能終端與微課程先進教學模式,進一步提升了公共藝術教育的教學效果。在信息化大行其道的今天,在高校課堂教學中補充現代化設備,推行信息化理念已經成為高校教育改革的必然選擇。
3總結
將智能移動終端與微課程、高校公共藝術教育課程聯系在一起,實現三位一體教學,本文主要探討了它的可操作性、具體模式、對大學生學習的現實意義與優勢,并展開了現實教學方案設計,充分展示了智能移動終端與新媒體微課程之于高校課堂教學的優越性,為高校教師開展其他學科教學提供了借鑒學習機會,積累了他們豐富的現代化教學經驗,也為學生帶來了與傳統教學不一樣的良好學習體驗。在未來,智能移動終端也必將成為高校課堂教學發展趨勢,因此在今后的教學實踐中一定要實現多方實操經驗汲取,配合新媒體微課程這樣的新型教學方法,影響高校教學的每一個細節,實現高校課堂教學的全面改革。
參考文獻院
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人工智能(Aritificial Intelligence,英文縮寫為AI)是一門綜合了應用數學、自動控制、模式識別、系統工程、計算機科學和心理學等多種學科交叉融合而發展起來的的一門新型學科,是21世紀三大尖端技術(基因工程、納米科學、人工智能)之一。它是研究智能機器所執行的通常與人類智能有關的職能行為,如推理、證明、感知、規劃和問題求解等思維活動,來解決人類處理的復雜問題。人工智能緊跟世界社會進步和科技發展的步伐,與時俱進,有關人工智能的許多研究成果已經廣泛應用到國防建設、工業生產、國民生活中的各個領域。在信息網絡和知識經濟時代,人工智能現已成為一個廣受重視且有著廣闊應用潛能的前沿學科,必將為推動科學技術的進步和產業的發展發揮更大的作用。因此在我國的大中專院校中開展人工智能這門課的教學與科研工作顯得十分緊迫。迄今為止,全國絕大多數工科院校中的自動控制、計算機/軟件工程、電氣工程、機械工程、應用數學等相關專業都開設了人工智能這門課程。南京郵電大學自動化學院自2005年成立至今,一直將“人工智能”列為自動化專業本科生的選修課程,到目前為止已經有八年的歷史了。由于南京郵電大學是一所以郵電、通信、電子、計算機、自動化為特色的工科院校,因此,學校所開設的許多專業都迫切需要用人工智能理論和方法解決科研中的實際問題。在問題需求的推動下,南郵人經過多年的努力工作,在人工智能科研方面取得了豐碩的成果,如物聯網學院所開發的現代智能物流系統、自動化學院所開發的城市交通流量控制與決策系統,為本課程的開設提供了典型的教學案例。我們結合近幾年的實際教學經驗,從優選教材、考核方式、教學內容調整、教學手段的改進和實踐教學等方面對人工智能課程教學方法進行了總結歸納。
一、優選教材
目前,國內有關人工智能課程的中英版教材種類非常多,遵循實用、簡單、夠用的原則,再經過授課老師和學生們的共同調研,我們選用由中南大學蔡自興教授主編的《人工智能及其應用》第三版作為南郵本課程的授課教材。本書覆蓋的人工智能知識體系比較全面,包含知識表示、搜索推理、模糊計算、專家系統等。本書主要針對計算機、自動化、電氣工程等本科專業的學生所編寫,內容基礎,難度適中。蔡教授所編寫的這本教材全面地介紹了人工智能的研究內容與應用領域,做到了內容新穎、簡單易懂、兼顧基礎和應用,受到了全國廣大師生們的一致好評,多年的教學實踐證明我們所選擇的教材是恰當的、正確的。
二、考核方式
在全國大部分高等院校,“人工智能”這門課大都選擇開卷考試的方式來進行考核。為了強化學生對人工智能這門課基礎知識的掌握,南京郵電大學自動化學院選用閉卷考試的方式來進行考核。為了打消部分學生想在期末閉卷考試中通過作弊手段來完成人工智能這門課考核的僥幸心理,我們加強了對學生平時考勤成績、課下作業成績和實驗成績的考核,從而杜絕了“一紙定成績”的現象。我們對人工智能這門課的最后期末成績是按如下權重來劃分的:平時考勤成績占10%、課下作業成績占10%、實驗成績占20%、最后的期末考試卷面成績只占60%。為了克服國家現行教育體制的弊端,避免學生“機械式”地的應對教學和考試,我們對考試題型進行了調整,不再是以往的填空、選擇、簡答等題型,而是改為以解決實際問題為導向的應用題型為主,這樣學生只需要在理解授課內容的基礎上利用自己的思維來解題就可以了,這也體現了國家目前正在提倡的應用型教學導向。
三、教學內容調整
對于本科生而言,人工智能這門課程所需要講授的內容實在太多,由于課時所限,我們必須精簡教學內容,讓學生在掌握基礎知識的同時,也能夠了解它的具體應用。因此,我們將人工智能這門課程的教學內容分為兩個部分:第一部分是基本理論和方法,包括人工智能的概述、知識表示方法、確定性推理方法等;第二部分為人工智能研究成果的具體應用,包括神經元網絡計算、模糊智能計算、專家知識庫系統、機器語言學習等。通過對教材內容的合理調整和安排,使得授課計劃能夠比較全面地覆蓋了人工智能這門課程的基本知識點,從而滿足了學生們的求知需求。
四、教學手段的改進
(一) 激發學生的學習興趣
經過長時間的教學我們發現,在選修“人工智能”這門課程時,每個學生的心中所想各有不同,這些學生在剛開始學習時興趣還比較強烈,但隨著教學內容變得越來越抽象,學生逐漸對這本課的學習失去了信心,甚至上課時間不去聽課,使授課教師對教學也漸漸失去了信心,導致惡性循環,嚴重影響了教學質量。針對這種現象,我們認為,在開課前充分激發學生的學習興趣是很有必要的。我們要結合學校的實驗條件,開課前給學生演示“機器人醫療服務”實驗,通過該實驗的演示,讓學生們看到機器人能夠給病人提供多項人性化的服務,理解人工智能技術在開發醫療服務機器人多項關鍵技術中的應用,讓學生在開課前能夠對本課程的學習產生極大的興趣,實踐證明這種方法是有效的。
(二) 借助多媒體教學
多媒體教學是現代教學過程中一種非常重要的形式,它往往根據教學目的和學生們的特點,通過合理的設計、選擇教材內容,應用公式、圖形、文字、視頻等多種媒體信息進行有機組合并通過電腦和投影機顯示出來,與傳統教學手段相結合,形成合理的教學過程結構,達到最優化的教學效果。人工智能這門課具有針對性強、內容抽象、公式繁瑣等特點,學生學習起來比較困難,為了讓學生生動、形象地學習該課程,我們在教學過程中充分利用了多媒體技術來組織教學。例如在課堂教學過程中播放南郵自動化學院梁志偉博士帶領學生所開發的“智能足球機器人”比賽片段;讓學生在線觀看北京大學工學院謝廣明博士帶領學生所開發的“自主視覺機器魚”錄像片段等。在講解某些重要的求解算法時,借助Matlab軟件和投影機,直接展現該算法的求解過程,從而改善了課程教學的形式,提高了教學質量。
(三)提倡課堂辯論
我們在教學過程中打破了傳統的“老師講課學生聽課”的教學模式,多次組織課堂辯論,辯論的主題包括人工智能研究過程中出現的技術困惑、人工智能研究成果轉化中的市場前景等。如組織了“電腦PK人腦”“電腦是否讓電視消失”“電腦的未來發展方向在哪里”等一系列辯論會。經過激烈的辯論,無論正方還是反方都感覺自己收獲很大,增長了知識,開闊了眼界。在教學過程中通過將學生由“被動聽課”角色變換為“主動參與”角色,大大地調動了學生的學習積極性,從而提高了課堂教學質量。
五、實踐教學
實踐教學是課堂教學不可缺少的重要組成部分,通過讓學生親自動手實驗來對理論知識進行檢驗和應用是目前國內外各個大學提高學生綜合素質、增強學生市場競爭力的重要手段。人工智能實驗教學的目的是讓學生通過親自動手體會授課中的各種智能控制算法,從而使學生能夠更加形象地掌握課本知識。人工智能教學計劃安排了4學時實驗課,設置了“傳教士和野人過河”“機器人路徑規劃”這兩個人工智能問題,要求學生獨立完成這2個實驗題目的編程,并書寫實驗報告。通過實驗,學生動手實踐了課堂上所掌握的理論知識,加深了對智能算法的理解。
人工智能是一門實用性較強的課程,我們總結了近幾年來的教學經驗,從優選教材、考核方式、教學內容調整、教學手段的改進和實踐教學五個方面對人工智能課程教學進行了總結。從學生的反饋來看,我們所總結的教學經驗對于指導新教師講授“人工智能”這門課程具有積極的作用,需要指出的是,我們仍有很多不足之處,需要在以后的教學過程中不斷努力完善,提高自己的教學能力,爭取更好的教學效果。
參考文獻
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中圖分類號:S611文獻標識碼: A
智能建筑(Intelligent Building)其技術基礎主要由現代建筑技術、現代網絡技術、現代通訊技術和現代控制技術所組成,運用自動化、通信、信息技術等智能化手段,通過將建筑物的結構、系統、服務和管理根據用戶的需求進行最優化組合,是集現代科學技術之大成的產物。從而為用戶提供一個節能高效、舒適智慧、配置更新,實用愉悅的人性化建筑環境。智能建筑具有系統集成特點,發展歷史短,但涉及范圍廣,進展速度快,是動態和相對的概念,隨著高新技術發展而不斷變化。
產業信息網的《2012-2016年中國智能建筑市場分析與投資方向研究報告》顯示:中國智能建筑行業市場在2005年首次突破200億,2012年為861億,年復合增長率為23.2%。如果未來房地產開發投資增速每年保持15%增速,如果智能化工程投資占投資額1%,那么智能化工程投資總額2013年在830億左右,2015年為1100億左右,2020年將達到4400億左右。隨著新一輪的經濟刺激政策聚焦在新興產業,尤其是信息產業。智能建筑作為智慧城市的細胞,發展勢頭很強。
教育部于2006年在土建類學科開設了建筑電氣與智能化專業,希望在培養建筑類人才的基礎上,加強對電氣智能專業技能知識的掌握。我校以此為契機,通過大量的市場調研、著重對智能建筑解決方案的前期設計、工程施工建設到后期的運行維護,圍繞建筑的全生命周期中,運行維護的費用占到全部費用的60%-70%數據分析、人才使用分析,開設智能建筑專業方向,面向建筑、物業管理行業。為與該專業的培養目標相結合,在對“智能建筑”課程教學內容設計上以建筑為平臺,依照建設部2003年頒發的《建筑智能工程質量驗收規范》的技術標準要求,住建部2013 年《智能化系統工程運行維護技術規范》,結合《智能建筑設計標準》、《智能建筑工程施工規范》、《智能建筑工程質量驗收規范》共同對智能建筑的設計、施工、驗收、運維一系列過程形成規范,制定人才培養方案,基于典型工作任務的模塊式課程開發,編寫《智能建筑設計與維護》教材,探討教材教法,強化智能建筑中智能弱電各子系統的原理、設計與工程實施實踐。加強學生對智能化系統設計、建設、運行及維護中實踐技術的傳授,使本專業的同學獲得對智能建筑的整體體系及系統原理的掌握。我們的課程主要包含了智能建筑中涉及到的主要內容:綜合布線系統、建筑設備自動化系統、消防自動報警及聯動系統、安全防范系統、通信自動化系統及辦公自動化系統等 。重點講授這些智能系統的原理、組成、設計原則、工程實施及維護運行等,使學生對每一個子系統的原理、設計、建設、運行、維護等各環節都進行學習掌握,培養建筑、物業管理行業建筑智能技術方面的綜合技術人員。以滿足智能建筑行業不同環節對專業技術人才的需求。
《智能建筑設計與維護》課程內容包括智能建筑的基本概念、智能建筑的用戶需求與基本要求、建筑智能化系統的子系統組成、建筑智能化系統的主要任務、建筑智能化系統的設計與會審、建筑智能化系統的專業協調、智能建筑的系統集成、建筑智能化系統的技術要點、智能建筑的建設管理、智能建筑的工程招投標、智能建筑的施工與調試、智能建筑的工程驗收與人員培訓、智能建筑的物業管理、建筑智能化系統的安全運行等。
建筑智能化弱電系統涉及的知識面廣、工程性強,既要培養學生對理論知識的掌握,又要把握實踐技能的學習,確實是一件不容易的事情。通過近幾年的教學實踐,歸結的主要問題有:
(1) 《智能建筑設計與維護》課程知識點多面廣,增加了學生對所涉及的技術與系統掌握的難度。智能建筑弱電系統涉及到計算機技術、通信技術、自動化技術、傳感器技術等,對于每一個系統,不僅要讓學生掌握其原理,還需要根據用戶需求進行系統的設計,因此學生就要掌握系統的構成、設備的選型,同時在系統設計、設備選型時還要考慮工程實施的具體因素。
(2) 課程實踐環節的教學投入,實訓設備運用與技術升級、更新,教師的知識架構與實踐教學的要求不匹配。學生對這種工程背景較強課程的學習理解與知識掌握難度增加。因此建立并改善專業的智能建筑綜合實驗室對于該課程是非常有必要的。
(3) 課程考核所涉及理論知識、實踐技能的考核無法展示學生處理工作現場各方面及各種問題的能力,無法完整體現出課程的工程實踐背景。
(4) 學生理解《智能建筑設計與維護》課程所涉及的一些設施與設備還可能看不到、摸不著。學生在教學實踐中無法切身體會,影響學生的學習興趣與主動進取。
教學實施與改進:
1、緊密結合智能建筑行業發展需要,不拘一格提升教師素質。
結合智能建筑專業課程體系建設需要、人才培養要求,分析《智能建筑設計與維護》課程教與學全過程,根據學院當前本專業建設現狀,以師資隊伍建設為重點,改善本專業教師的知識架構,實行多條腿走路,分幾步落實,聘任本專業專職教師、校內兼職教師、校外兼職教師。
《智能建筑設計與維護》課程專業實踐性強,切忌閉門造車,可以考慮聘請校外兼職教師,將智能建筑專業領域業內專家、其他大學相關專業教授、建筑公司負責人、建筑行業協會負責人、系統及技術運維負責人聘為客座教授或者教師。通過舉辦專題講座或者授課,鼓勵一些相關專業的中青年教師轉行,到國內重點大學相關專業進行單科進修,改善行業專業人才運用與學院人才培養效果。
2、以就業為導向,以教學改革為抓手,堅持職業能力培養為目標
(1)深化“工學結合、校企合作” 的人才培養模式
通過開展企業交流與合作,與行業企業建立緊密聯系,校企合作共同確定本專業人才培養目標,構建基于工作過程系統化課程體系按照工作過程系統化思想及開放性開發方法,重構工學結合、能力本位的課程體系。
(2) 通過構建企業崗位認知、理論實踐一體化情境教學、校內生產性實訓、校外頂崗實習的完整教學環節,依據“學生培養重在職業能力、內容選擇基于工作過程、教師結構趨于專兼結合、教學環境模擬職業場所、教學方法遵循職教規律”五大核心理念進行教學情境設計,實現職業能力的遞進與工作過程的結合。
(3) 教學項目實施設計采?。涸O計的學習情景單元,理論教學和實踐教學都在同一實訓場所完成,通過“資訊、計劃、決策、實施、檢查、評價”六步實施法來支撐。
(4) 教學考評體系堅持:注重職業能力考核,根據任務完成、項目實施情況等五項指標綜合評定。
實踐教學與效果:
1.優化課程結構,增強課程設置的專業性和針對性
依照高職教學“必需、夠用”的原則,結合智能建筑專業行業企業人才使用需求,調整課程體系與教學內容,增加實踐教學課時,構建適應學生個性發展的人才培養模式。
2.改進課程考核方式,幫助學生在知識與能力等方面得到較全面的發展。
通過改革教學方法和考試方法,除筆試外,還包括口試(日常提問記錄)、筆記、制定工作任務各項目的獨立作業、現場測試、實際操作等多種綜合考試形式,著重考核學生綜合運用所學知識、解決實際問題的能力和對所學知識的綜合歸納總結能力。
3.落實好教學實訓實習實踐過程三階段工作。
(1) 實訓實習實踐前(計劃準備):制訂實訓實習實踐方案;公布實訓實習實踐的行業企業用人要求;宣傳動員,學生結合實訓實習實踐崗位,擬訂實習計劃;有針對性地進行三方面教育:一是目的性教育;二是責任、義務和權利教育;三是安全教育等。
(2) 實訓實習實踐中(過程監控):職業道德教育、企業規章制度教育、崗位技術知識運用、操作工藝、技能訓練;教師現場指導學生作業;教師和企業指導學生撰寫業務報告(技術小結和業務總結報告);教師和企業共同對學生進行考核。每個同學按照所領取的任務在確定的崗位,按要求完成課題和規定的作業文件。
(3) 實訓實習實踐后(評價總結):評價、總結、交流和表彰。
經過多年來對《智能建筑設計與維護》課程的實踐教學,逐步探索對課程教學內容及教學方法的改革。加強教學內容的更新,適應建筑智能化技術的發展;同時,加強教學方式及手段的創新,積極建設小型實踐平臺;最后,完善考核環節,注重理論與實踐并重。
注重圍繞課程體系建設師資隊伍,任課老師一直從事智能建筑中相關弱電子系統的實踐教學,并承擔企業項目生產的技術組織、工作,比如安全防范系統、綜合布線系統等,不僅參與這些系統的方案設計與方案評價,而且還到工程現場進行技術指導,積累了豐富的工程實踐經驗。
結合智能建筑專業技術運用,開展對一些系統的理論問題進行研究,比如視頻監控中的智能視頻分析、人臉識別等。教師能夠很好地結合實際工程案例,在課程理論內容授課時,對案例涉及到的典型系統應用來講解涉及的系統原理、設計思想及工程實施。并運用實際項目中遇到的問題及一些小的故事來活躍課堂氛圍、激發學生興趣,并對工程中遇到的可以提升為學術問題的困難傳遞給同學,讓他們多思考,學會從工程中提高分析問題解決問題的能力和思路。
比如通過建設社區的安保系統來講解智能建筑中的安全防范系統的視頻監控、門禁系統、自動報警、安檢等內容,同時講授安保系統應用的一些新的智能技術比如射頻識別技術、人像比對及定位技術等。通過將教師的技術成果融合到平時的教學工作中去,工作促教,項目幫教,教與學促進,加強教學內容的更新與活力,激發學生的學習興趣。
智能建筑的蓬勃發展是社會進步和科技發展的一個體現,為智能建筑的良好建設、運行與維護提供專業的技術人才是我們高等教育教育的本職工作。本文從一個非建筑類工科專業開設智能建筑課程的角度,闡述了我們課程建設的思路以及對該課程實踐教學方法的一些探索,希望對非建筑電氣與智能化專業培養智能弱電系統相關專業人才提供一些參考。
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中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1671-489X(2012)03-0026-03
Practice of Adding Innovation Education Reformation on Intelligent Transportation Systems Course//Wang Yunling1, Xi Jianguo1, Zhang Xiangmin2
Abstract The intelligent transportation systems course is one of the most important special courses. This paper analyzes the problems in teaching process, suggests that adding the innovation education reformation on the intelligent transportation systems course from teaching outline, teaching materials, classroom instruction, practice, course examination.
Key words intelligent transportation systems; innovation; action orientation teaching model
Author’s address
1 Vehicle and Motive Power Engineering College, Henan University of Science and Technology,
Luoyang, Henan, China 471003
2 Law School, Henan University of Science and Technology, Luoyang, Henan, China 471003
近年來,隨著我國高等教育教學改革的深入發展,更多的院校更加注重大學生創新創業教育的培養。依托高校專業教學優勢,將創業教育的基本內容融入專業教學的各個環節,不失為提高高校教育質量的一個發展方向[1]。本文以交通運輸專業智能交通系統課程為例,談談如何在專業課程教學中引入高校創業教育。
1 智能交通系統課程的主要內容[2-3]
智能交通系統課程是交通運輸專業一門重要的專業課程。智能交通系統(Intelligent Transportation Systems,簡稱ITS)將先進的信息技術、數據通訊傳輸技術、電子傳感技術、電子控制技術以及計算機處理技術等有效地集成運用于整個交通運輸管理體系,而建立起的一種在大范圍內、全方位發揮作用的,實時、準確、高效的綜合運輸和管理系統。該課程的主要內容有三大部分。
1)ITS框架體系。確定適合交通體系的智能交通系統體系框架,為國家進行智能交通系統規劃、實施、管理、設計提供依據。智能交通系統體系框架的組成部分主要有用戶服務、邏輯體系結構、物理體系結構、通信體系結構、標準化工作、費用效益分析及評價、實施措施及策略等七點。
2)ITS關鍵技術。該課程主要介紹網絡技術、通信技術、檢測技術、人工智能技術、數據庫技術、車輛定位技術、地理信息系統、IC卡技術等高新技術。這些技術都屬于世界高端技術,研究深入,并且創造的社會價值很大。
3)ITS的應用。該課程主要介紹交通信號控制系統、交通信息服務系統、智能交通管理系統、智能公共交通服務系統、電子收費系統、多式聯運系統、都市集成樞紐智能交通管理系統、智能車輛系統、自動公路系統、緊急事故處理等應用,這些應用與國民息息相關,創造了高額的社會經濟價值。各個國家都在大力發展智能交通產品,占領市場份額。
2 智能交通系統的學科特點及存在的問題
智能交通系統課程是一門交叉學科課程,涉及車輛、交通、運輸、道路、通信、控制等多學科。其基本理論框架從實踐出發,經過抽象、概括、歸類得出的科學實踐的模型,反過來又結合各種技術措施用于指導交通運輸實際問題。課程特點可概括為“概念多、理論多、內容多、理解不易深入”,而這也是學生在學這門課程中反映最多的問題。
智能交通系統又是一門實踐性較強的課程,其理論框架來源于實踐,但不是推理得出,而是通過歸納總結、反復實踐驗證得出合理結果,有了框架理論才可介紹主要技術以及實際應用。因此在講述時,雖然強調理論框架體系的基礎地位,并要求詳細講解,但是學生仍顯得似懂非懂。由此容易導致學生的學習興趣下降,認為該部分內容意義不大,也就是“學了沒用”,從而嚴重影響后面內容的學習和理解。
從學生的考試中也可看出一些問題,在回答主觀性題目時,存在的問題較多。對于簡答題和名詞解釋題的解答主要靠死記硬背,考試過后很快就忘了,無助于這門課的學習;反映學生理解水平的論述題,學生的回答要么空洞無物,要么就是死記硬背教材上的內容,靈活理解掌握和運用能力較差。比如,論述題“談談你對智能交通系統(ITS)應用的理解”,學生一般將課本上智能交通系統概念、框架體系、車輛導航系統、交通信號控制系統等內容死記硬背下來答上,并無自己的理解看法,對智能交通系統真正的應用并無太多了解。
筆者認為,造成這種情況的一個重要原因是沒有抓住學生的學習興趣。那么如何抓住學生的學習興趣呢?就要想學生所想。如今的大學生與社會接觸較多,心中所想主要是能夠學一些有用的知識,有助于以后的就業。智能交通系統課程與實踐聯系較緊密,可以將創新創業的理念融入課程中去,從而吸引學生的注意力,讓學生能夠主動學習這門課程。這樣,不僅該課程的教學效果得到增強,還訓練了學生的創造創新能力,有利于創造互惠雙贏的局面。
3 如何在ITS課程中融入創新教育
在大學本科的教學過程中,如何將創新創業教育融入智能交通系統課程中呢?筆者在自己的教學實踐中,通過不斷調整教學思路和授課方式,總結出以下幾方面經驗。
3.1 教學大綱
目前中國的本科教育基本是按照教學大綱進行教學,教學大綱一般2~3年修訂一次,以適應社會經濟的發展變化。在修訂過程中,可在教學大綱中有意識地逐步添加創新創業內容。
1)在“課程基本要求”中,增加“了解當前智能交通系統相關經濟技術產業”等內容。
2)在“課程內容”方面,在智能交通系統關鍵技術和智能交通系統應用兩大部分內容中,增加先進技術的案例。最好能以某一個項目為例,介紹研究目的、研究內容及研究工具等內容。
3)“習題”部分,可以形式多樣化,增加論文、調查報告等形式。
4)“成績考核評定辦法”可以適當靈活,應當增加創新創業的思想,引導學生發散式思維。單純的普通試卷考核方式很難體現學生的全面學習成果,而教師對學生學習過程中的個人看法在一定程度上可以反映學生的實際學習情況,因此有必要加大平時成績的比例。
3.2 教材
智能交通系統課程教材比較多,大多是系統性、綜合性的普通教材,如《智能交通系統概論》《智能交通系統體系框架原理與應用》等。筆者建議可以選取這類教材作為主教材,系統介紹智能交通系統的理論知識,同時增加智能交通系統有關創業實例作為補充。教師在授課時將輔助教材融入主教材中。當然,也可以自編教材,側重開發學生的創新創業思想,以教材結合創新創業思想,將案例編入智能交通系統的理論知識中去。當然,因這類教材專業目的性強,可作為教師、學生的重要參考教材。
3.3 課堂授課
課堂授課是在智能交通系統課程中融入創新創業教育至關重要的一環,授課的好壞直接決定了學生的創新創業思想的接受程度。在課堂教學中,按照教學大綱和適當教材,選取有相關經驗的教師進行授課。
筆者從事該課程的教學已有4年的時間,授課對象為交通運輸專業的學生。經過幾年的嘗試研究,筆者認為可從以下幾個方面來進行改進。
1)教學方法改革。課堂授課時,采用行動導向教學模式。授課過程中采用案例分析法、模擬情景法、項目教學法、仿真教學法等一系列不同于傳統理論講授的教學方法?!靶袆訉颉苯虒W模式下的學生不再處于被動接受地位,而是處在積極的、主動的地位,教師不是單純地給學生灌輸知識,而是讓學生參與到創造性實踐活動中來。學生需要動腦動手,親手操作,進行觀察、收集、分析資料等活動,在實踐中培養學生與他人合作、交流的能力,培養分析問題、解決問題的能力,形成綜合性的知識結構,培養綜合性的能力和創業意識,使大學教育適應經濟社會的發展要求。
講課過程中,教師應注意在智能交通系統關鍵技術和智能交通系統應用兩大部分內容中,引入創新創業意識,引導學生積極主動思維,提高學生學習的積極性。教師應當有意識地講述一些世界前沿技術,開闊學生的視野,增強學生的學習興趣。在介紹智能交通系統相關技術及其應用時,教師可以引入當前國際或國內先進的智能交通系統產品,如智能車輛技術、車輛模擬駕駛技術、停車場智能管理系統、智能交通控制、交通監控圖像識別技術、地理信息系統、不停車收費等技術產品。
2)授課順序適當調整。通常的授課程序是先講智能交通系統框架體系,再講智能交通系統關鍵技術,最后一部分是智能交通系統的應用。學生普遍反映前面聽著沒意思,進而失去學習的興趣。進行順序調整后,先講智能交通系統的應用,聯系國內及國際上實際的應用成果,接下來介紹要實現這些應用需要哪些主要的技術,最后介紹實現實際的應用效果不僅要有技術支持,還要有框架體系支撐。這樣一來,有利于調動學生的學習積極性。
3)學生角色的適當調整。對于授課內容中比較偏重于理論、學生難以理解的部分,可以讓學生說出自己的理解,甚至讓學生當老師,上講臺對這一部分內容進行講述,而后讓其他學生提出意見,再進行重復講述,直到學生都理解了為止。另外,對于智能交通系統的應用部分,可針對某一方面的內容讓學生自行查詢資料,選擇有代表性的案例在課堂上進行講述,并適當發表自己的看法。實踐表明,這樣做可大大調動學生學習的積極性。
3.4 實踐環節
實踐環節是學生驗證學習內容、增加直觀認識并進一步吸引學生興趣的重要教學環節??赏ㄟ^現有的教學設備開展課程實驗,切實接觸其核心技術。做實驗時,不拘泥于參觀、演示等被動的方式,可進行拆解觀察、編程修改等模式。也可通過布置實踐類作業,完成學生自主的實踐環節。
智能交通系統這門課共開設了車型自動分類系統和智能停車場管理系統兩個實驗,可將這兩個實驗設計成綜合性、設計性實驗,在實驗前只告訴學生實驗目的和必備的實驗設備,由學生自行設計實驗步驟。通過實驗,學生不但掌握了所學的理論知識,而且培養了實驗技能、方法,鍛煉了動手操作能力,提高了分析問題和解決問題的能力。
同時,還可以布置實踐類作業,如布置調查社會性停車場的智能控制模式、調查車輛智能控制設施等實際調查類環節,并衡量其社會經濟價值,進而刺激學生學習積極性,激發其創新創業的理想。
3.5 考核方式
課程結束的考核可以總結學生學習的效果,學生也可以通過考核結果看到自己的學習程度,一個合理的考核方式更能激發學生的學習興趣。目前,我國高校的課程考核方式較為死板,尤其是理工科課程,多以試卷考試為主,學生需要死記硬背,不能體現學生的實際應用水平。
對于智能交通系統課程,在適當引入創新創業的內容后偏重于實際應用,概念等識記部分的比重相應降低,可采取布置論文、大作業、項目報告或者辯論口試等形式??己诵问揭嗫刹痪窒抻谝蝗艘活}或一人一卷,可以分組協同,共同完成,這樣有利于學生更好地體現自己的創業理想。具體選擇何種考核方式可由教師根據實際情況而定。
當然采用非試卷的考核形式,應做好考核計劃并制定合理的評分標準,以更好地考核每個學生的學習實踐水平。
4 預想
通過融入創業教育,有利于提高學生的學習積極性,擴展學生的思維,為創業積累一些理論基礎。但考慮到實際情況,有創業理想的學生可能終究只是一部分,為了更好地開展這門課并訓練部分學生的創業能力,可在課程考核中采取區別對待的方法。對于有創業理想的學生,可組建創業興趣小組,學生之間進行分工合作,進行一定范圍內的模擬創業。考核時,可要求學生交付企業計劃書、可行性報告、企業年終總結等資料,分別予以考核。對于創業興趣不大的學生,可按常規進行考核。
通過以上課程改革,可望實現智能交通系統課程與社會實際的緊密結合,增強學生的實際能力,并培養學生的創新創業精神。
參考文獻
一、對“多元智能”理論的認識
自20世紀80年代以來,國際幼兒教育界逐步認識到“整合”對兒童學習的重要意義,課程研究者對幼兒園課程發展的認識出現了明顯的趨同傾向,給兒童提供“整合”課程成了國際國內幼兒教育工作者的共識。多元智能理論為早期教育課程整合打開了大門。而且,“多源智能創意課程”的提出顯得特別的及時和重要,從根本上改變了教育者乃至整個社會對兒童、兒童智力的看法,使人們重新看待“學習”的含義,對幼兒教師也提出了新的更高的要求。
二、實施多元智能創意課程的目標及方法
我國實施研究實驗的“多元智能創意課程”已有三年時間,我們根據課改的要求,研究之初選擇了三個不同年齡的班級作為實驗班,確立了三個研究目標:一是站在21世紀幼兒教育的角度來探討“多元智能創意課程”,深入系統地理解領悟多元智能理論,把握這一理論的核心精神,探討多元理論創意課程在不同文化背景下智能的核心精神,探討多元理論創意課程在不同文化背景下智能的核心線索是否是恒定的;二是探討幼兒如何在生活環境中,在見、觸、思、創中進行多方探索、自我反思;三是探討多元智能創意課程內容在呼倫貝爾市及我園是否可以實施,在實驗過程中認識自己所處的文化和本土特征。
實驗過程分為以下四個階段:
第一階段:組織課改小組成員學習多元智能理論,領悟其理論精髓,了解其特點。
第二階段:熟悉教材,制訂學期教學計劃,模仿教材案例進行實驗教學。
第三階段:各學齡班教師互相聽課,全國組織公開課教學,實驗班以教材主題網中的內容為主線組織教學活動。
第四階段:在總結公開課及多元教學的基礎上,每學期進行多元創意課程實驗總結,修改教學手冊中不適應我園教學的內容和案例。
三、“多元智能創意課程”為幼兒園教學增添了學習亮點
(一)打破傳統教學模式,使幼兒的自主性和創造性得到了發展
在傳統的課題教學模式中,每節課往往以教師為主,以傳授知識為主,教師通過講述幫助幼兒將知識掌握得更牢固。但這樣做,幼兒的想象力和創造力得不到發展,更談不上幼兒的個性發展。而這套“多元智能創意課程”教學方案具有內容豐富、知識面廣泛、綜合性強的特點。根據以上特點,我們有的放矢地組織了大量的教育活動。所有參加“多元智能”教學的老師都體會到多元智能的重點在于開發幼兒的潛能和活動興趣,使幼兒更多地探索,更多地操作、創造,教師在歡快、活躍的氣氛中教學,幼兒在自由、輕松、開放的氣氛中學習,同時注意在操作過程中讓孩子們相互平等、相互尊重,并引導他們敢于說出自己的想法、看法,培養了幼兒解決問題的好習慣。如在培養幼兒認讀好習慣的活動中,由于我園三個實驗班在進行“多元”教學活動的同時,還配合幼兒快速閱讀教學,所以幼兒自己能看圖講解。如:在“超市”和“我多吃有營養的食物”活動中,幼兒能夠自己認讀,并認識到食物的五大類別,知道偏食和暴食都會影響身體健康,知道養成良好飲食習慣的重要性。由于幼兒識字量的增加,良好認讀習慣的養成,圖書區發揮了作用,幼兒的知識面得到了拓展。
(二)主題網絡設計靈活多樣,內容可塑性強
“多元智能創意課程”的資源手冊中,比原有的教材多了主題網絡這一項,每個主題的目標鮮明,網絡設計明確,而且最大的特點是主題網絡設計可以根據本地、本班的情況和幼兒發展做一些相應的調整與拓展。在調整和拓展前首先要全部了解教材內容,選擇可行的內容進行第二次網絡設計。(根據班級的課時安排)
例如:《冬天趣事》有些內容要更改:
1.穿毛衣:我會做操,毛衣暖洋洋,毛線哪里來,我會自己穿。
2.暖洋洋:我會做操,常做運動身體好。
3.暖暖的冬衣:毛線衣真有趣,小小毛線球
可設為一個主題活動的內容;時裝設計師,冬天衣物大展,冬衣細細看,冬日時裝表演。
四、家園配合,為完成多元教學奠定了基礎
1背景
智能科學與技術是人工智能方向的重點交叉學科,是一個包含了認知科學、腦科學、計算機科學的新興學科。按照教育部學科專業目錄,智能科學與技術是一級學科計算機科學與技術下的二級學科。如何在4年的本科教學過程中,既立足于計算機學科內容,又突出智能專業的特點,體現該專業區別于計算機科學專業的特色,培養一流的智能人才,是眾多智能專業積極探索的問題。
本著幫助學生建立寬廣厚實的知識基礎,使學生將來能向本專業任何一個分支方向發展,并能掌握本學科發展的最新動態和發展趨勢,深刻領會本學科與其他相關學科區別的目標,廈門大學智能科學與技術系于2012年合理調整了專業培養方案,制定了一套突出專業特色和個性的教學大綱,課程體系分為學科通修課程、專業必修課程、專業選修課程。其中,專業必修課程細分為智能基礎類課程、軟件理論類課程及硬件基礎類課程3個不同類別。在智能基礎類課程中,開設非經典計算課程。該課程是廈門大學智能科學與設計系最具特色的課程。
該課程以軟件理論類課程算法設計與分析為先導課程,在本科三年級的第一學期先講授算法知識,在同一學年度第三學期講授非經典計算的內容。教師首先介紹經典算法設計與分析中的各種傳統算法,借由經典算法發展過程中遇到的困境問題引出非經典計算的內容,前后呼應,有助于學生在智能計算上獲得完整的系統學習。
2非經典計算在智能科學與技術專業本科教學算法體系中的地位
算法設計是智能科學與技術專業中的核心內容。本科專業4年的專業教學計劃由4門核心課程構成算法體系的主線,包括高級語言程序設計(本科一年級學科通修課程)、數據結構(本科二年級方向必修課程)、算法設計與分析(本科三年級方向必修課程)、非經典計算(本科三年級方向限選課程)。這4門課程的教學內容和組織結構完整地構成了算法體系結構。以圖靈獎獲得者、pascal之父Niklaus Wirth提出的著名公式為參照,即Algorithm+Data Structures=Programs,算法體系以培訓計算機方向學生掌握編程能力,獨立完成分析問題、設計方案、解決問題的綜合能力為主要目標;在這個體系中,程序語言是基礎,數據結構是內涵,算法是框架。
在算法體系中,這4門課程以循序漸進的方式展開,注重對學生算法思維的培訓。
(1)高級語言程序設計講授的是c語言程序設計,通過對C語言的詳細介紹,讓學生掌握程序設計方法和編程技巧。作為初始啟蒙課程,選擇C語言作為程序教學語言,是因為C語言的使用廣泛,擁有嚴格完整的語法結構,適合教學。
(2)數據結構重點講授各種常用的數據表示邏輯結構、存儲結構及其基本的運算操作,并介紹相關算法及效率分析。教師通過在一年級對包括C語言在內的其他程序設計過程的訓練,加人對數據結構中各種數據的邏輯、存儲結構的表示和運算操作,從數據結構的角度闡述典型算法,并簡單介紹算法的效率分析,這是對程序設計訓練的進階內容。
(3)算法設計和分析主要介紹算法設計與分析的基本方法以及算法復雜性理論基礎。我們在本科三年級引入算法設計與分析課程,從算法的抽象角度總結和歸納各種算法思想,包括遞歸與分治法、貪心法、動態規劃法、回溯法、分支定界法、高級圖論算法、線性規劃算法等,最后闡述算法復雜性的分析方法、NP完全性理論基礎等計算復雜性的基本知識及完備性證明概要,重點闡述算法思想,從復雜性角度比較和分析不同的算法。上述(1)、(2)和(3)的內容構成了計算機學科通用算法體系的教學過程。
(4)非經典計算主要討論何為計算的本質以及經典計算在計算能力上遇到的困境,以此為契機討論自然計算――生物計算、集群計算、量子計算等內容。算法設計和分析的最后一個章節是對算法復雜性的分析方法及NP完全性理論基礎的介紹,不可避免地會討論到現代電子數字計算機體系在計算能力上的瓶頸以及由NP完全問題(Non-deterministic Polynomial),號稱世界七大數學難題之一的經典問題,引出對經典計算機體系的深層思考,進一步引導學生思考如何解決計算能力的瓶頸問題。這是教師設計非經典計算課程的出發點,也是對算法體系更完整的補充和更深層次的探討。
此外,我們還需要對授課學期選擇進行考慮。廈門大學實行三學期制度,在第三學期內開設的課程大多是實踐類課程及前沿技術介紹課程。在本科三年級的小學期階段,學生基本完成了智能專業大部分必修課程的學習,擁有了一定的計算機基礎和學科素養。這時,依賴學生已經具有的數據結構與算法的基本知識,可以將學生的學習引向如何理解計算的本質;再從計算本質出發,由易到難,介紹采用非計算機的不同計算媒介和方法,例如DNA計算、元胞自動機、集群計算等知識,結合計算機模擬程序加深認識。在逐步加深學生對非經典方法計算的理解之后,再引入量子信息與量子計算。至此,智能專業關于算法體系的整體構建已基本完成。
3非經典計算課程內容大綱
非經典計算課程的主體課程內容以專題形式展開,分為5個部分。
第一部分:計算本質。從什么是計算人手,列舉各種計算的形式,由數字的計算到命題的證明,由數值計算到符號推導,引出計算本質的廣義定義,“計算是從一個符號串f變換成另一個符號串g”,即從已知符號(串)開始,一步一步地改變符號(串),經過有限步驟,最后得到一個滿足預先規定的符號(串)的變換過程;進一步展開對什么是計算、什么是可計算性的討論,展開介紹計算理論上4個著名的計算模型――般遞歸函數、λ可計算函數、圖靈機和波斯特系統;最后歸結到丘奇?圖靈論點。以上是第一條主線,第二條主線從計算復雜性角度人手,討論在經典算法中難解決的NP完全問題,提出在經典計算體系中隨著輸入數據規模增大而難以計算的瓶頸,從而引發學生對于經典計算的思考。
第二部分:智能計算機的發展。這個部分主要討論計算機硬件的發展歷史,即從原始時期的計算工具,到現代計算機的4個發展階段:史前期、機械式計算機、機電式計算機、電子計算機。教師從模擬型計算機到數字型計算機,闡述馮?諾依曼關于計算機五大基本組成對現代計算機體系結構的影響及其帶來的限制;從硬件角度提出非經典計算機的討論,鼓勵學生對現代智能計算機硬件進行調查。
第三部分:DNA計算。主要闡述DNA計算的基本原理,并以旅行商問題為引子,展開經典計算難解決問題的討論,重點介紹第一個由DNA計算模型解決的問題――L.Adleman構建的7個節點的DHP,并著重指出DNA計算潛在的巨大并行性和待研究的問題;然后介紹R.Lipton用DNA實驗解決的另一個NP問題――可滿足性問題(SAT);最后將DNA計算與軟計算結合,闡述粘貼模型以及DNA的軟計算模擬與遺傳算法的對比。對于DNA計算強大的并行性,以具體的算法實例加以詳細闡述和說明,教師應指出分子計算的優缺點以及在計算能力上的巨大潛力。
第四部分:細胞自動機和集群計算。這個部分主要討論群體計算,一方面,從細胞自動機的形式化闡述及其所帶來的哲學意義出發,描述細胞自動機在計算機交叉學科上的運用;另一方面,介紹集群計算,以歐盟“藍腦計劃”為出發點,闡述如何從硬件體系和軟件體系上用計算機架構類神經元的協同合作方式。
第五部分:量子計算。從基本的量子力學知識開始,完整闡述量子計算的基本概念、量子信息、量子計算機和量子通信。量子計算機的構建除了要包含最基本的操作外,還需要介紹基本的量子計算機體系結構、計算載體等知識,加深對量子計算的理解,最后介紹的量子通信。這種已經應用在實際生活中的量子計算,更貼合實際。
以上5個專題,結構清晰,分工明確。第一部分討論經典計算的困境,第二部分討論經典計算機的發展瓶頸,從第三部分開始,引入非經典計算模型,分別從生物學和計算機科學的交叉學科DNA計算、細胞自動機和集群計算、量子計算3個方面進行學習。5個專題,完成了對非經典計算中前沿熱門計算模式的闡述,引導了學生對于前沿學科的認識和思考。
4非經典計算課程授課方式
本課程屬于本科三年級第三學期的課程,授課除了上文提到的內容之外,另一個更重要的方面是引導學生對學科前沿以及熱點內容的跟蹤和思考。因此在教學方式上,我們采取了教師授課及學生調查報告相結合的形式。教師上課對應課程的基本內容,學生調查報告對應學科前沿跟蹤與思考。
5個專題內容的授課經過了如下設計。在每個專題的授課結束后,布置相關專題內的一些熱點、難點問題供學生課后查閱、討論和思考。每個專題由學生自主報名,學生需要對相關內容進行跟蹤,查閱近5年的科技文獻,總結出論文綜述,并準備10分鐘左右的課堂報告,教師針對課堂報告指出相關的問題,由學生課后進行進一步的思考和再次的文獻查閱,形成最終報告后提交課程論文。
這樣的課程設計安排,可以很好地實現教學相長。在學生方面,促使學生除了上課聽課,必須主動參與文獻的查詢過程,主動對授課內容或延展部分的概念進行思考。由于提供給學生選擇專題的自由,所以也可以大大提高學生的積極性,讓學生可以從感興趣的角度對本門課程涵蓋的內容進行調查,從而獲得更加深刻的上課體驗。最后,由于每個學生選擇的題目必須提前匯總,不能與別人重復,所以在其聽取其他學生的報告過程中,學生可以更廣地拓展自己的知識面。對于授課教師而言,能夠保持對該門課程研究現狀的實時性跟蹤,更加全面地更新課程內容,還可以將學生查閱的重要理論和知識補充到課程基本內容中,同時促進教師與學生之間的互動,活躍課堂氣氛,提高教學質量。
5關于非經典計算課程的幾點思考
課程從廈門大學智能科學與技術系建系之初開始構思和授課,在授課過程中不斷調整教學內容和課程設計,緊緊圍繞學生的反饋完善課程建設。關于非經典計算課程的幾點教學經驗可以總結如下。
1)增加課時,優化對課程設計的安排。
2015年開始,由于學科教學計劃的調整,非經典計算課程由最初的20課時拓展為30課時,集中在本科三年級第三學期進行講授,一共5周,每周6課時。課時安排上,除了增加教學內容,更加強了對學生的文獻查閱和報告部分的考查。在論文報告環節,爭取做到有目標、有指導、有結論、有總結。學生所做的報告除了在初始選題階段要有區別之外,還要求有一定的文獻查閱難度。從選題確定,到針對報告指出具體的問題,要求學生根據教師指出的問題進行進一步的思考和資料查閱,最后形成論文。這樣的安排貫穿整個課程的全過程,學生的參與度獲得了極大的提高。對于教師而言,在學期末總結學生所做的報告內容,并增加本門課的知識點覆蓋程度,對教學也有比較大的促進作用。
2)課程考核方式上的設計。
非經典課程屬于必修課程,在考核方式上除了提交論文外,也必須要有必要的考試環節。在考試環節中,主要考查學生對教師上課內容的理解。在具體授課中,教師從經典計算到非經典計算進行講解,也從算法角度給出了非經典計算強大計算力帶來的改變,既延續了經典算法課程中對算法的介紹和討論方式,又對比了典型問題在經典算法和非經典算法中的不同解決方式。這樣的授課內容作為對算法體系基本知識點的考查,以閉卷考試內容來設計,是十分合適的。課程延展部分的開放知識點由學生的論文及報告內容進行評分衡量。最后,我們將兩個部分的成績作為本門課程的最終成績。
3)課程教材的選定。
1高水平人才交叉培養計劃實施背景
《北京市教育委員會關于印發北京高等學校高水平人才交叉培養計劃的通知》(京教高[2015]1號)提出共建高校雙方要根據經濟社會發展急需人才所應具有的知識、能力與素質,聯合相關行業企業,共同制訂專業和方向的培養目標、培養標準,構建與之相匹配的專業培養計劃,包括專業核心課程體系、實踐能力培養體系和素質提升體系,培養基礎扎實、專業過硬、能力突出的高素質人才。
北京科技大學、北京信息科技大學智能科學與技術專業“機器人大腦方向”雙培項目于2015年開始正式實施。目前主要采用“3+1”培養模式,即前3年在北京科技大學自動化學院智能科學與技術專業學習,第4年在北京信息科技大學自動化學院智能科學與技術專業學習并完成畢業論文。
2“機器人大腦方向”雙培方案的構建
北京科技大學是教育部直屬的985、211大學,其智能科學與技術專業在京為一本招生,而北京信息科技大學為北京市屬學校,其智能科學與技術專業在京為二本招生。兩校要交叉聯合培養學生,需要充分考慮兩校的生源情況,在充分論證的基礎上制訂出相應的培養方案。
2015年4―5月,北京信息科技大學與北京科技大學相關負責人先后進行兩次會談,就兩校智能科學與技術專業的建設情況、雙培計劃的基本情況,“機器人大腦方向”教學計劃和培養方案交換了意見,形成了雙培計劃培養方案制訂的初步設想。兩校的智能科學與技術專業具有相似的歷史淵源和專業方向,因此,在充分討論的基礎上,決定以兩?,F有的教學計劃為基礎,按市教委雙培的要求修訂“機器人大腦方向”教學計劃和培養方案。兩校分工實施課程教學、實踐教學、學生指導、質量評價、組織學生科技創新、學科競賽等工作。
2.1專業培養目標
具有堅實的數理基礎、信息技術的基礎知識以及腦科學與認知科學的基礎知識,系統地掌握智能科學技術的基礎理論、基礎知識和基本技能與方法,受到初步科學研究和工程實現的訓練,具備智能系統集成、智能技術應用方面研究和開發的基本能力。同時具有全面的文化素質、良好的知識結構和較強的新環境適應能力、自主學習能力和創新意識,并具有良好的語言和計算機運用能力。本科畢業后能夠在研發部門、學科交叉研究機構以及高校從事與智能科技相關領域的科研、開發、管理或教學工作,并可繼續攻讀智能科學與技術專業以及相關學科和交叉學科的碩士和博士學位。
2.2專業課程體系
智能科學技術是一門研究智能現象的本質與機理、智能模擬的方法與技術以及智能機器與智能系統應用的新興學科,由腦科學、認知科學、人工智能、信息科學技術等學科綜合交叉而成。圖1給出的智能科學與技術專業的知識體系,確定了課程設計的基本原則:智能應用的過程中需要有信息學科中的計算機、通信、控制和檢測等方面技術的支撐;建立以計算機、通信、控制和檢測技術為工具,以智能機器人為載體,結合信息科學和智能科學理論基礎的課程體系。
為體現“機器人大腦”的專業方向與特色,課程體系中加強了腦科學與認知科學、腦機接口、軟件開發與應用、虛擬現實技術等內容。表1給出了智能科學與技術“機器人大腦方向”的專業課程體系,其課程體系模塊設計為計算機基礎、電路基礎、信息與控制基礎、機器智能、智能系統五大模塊。
“機器人大腦方向”專業核心課程確定為:電路分析基礎、模擬電子技術、數字電子技術、信息論與編碼、信號處理、控制工程基礎、嵌入式系統、微機原理與應用、腦科學與認知科學、人工智能基礎、機器人組成原理、計算智能基礎、智能機器人、機器學習等。
2.3專業實踐體系
按照工程認證相關標準要求,建立了包括金工實習、電子工藝實習、各類課程設計與綜合實驗、工程認識實習、專業實習(實踐)在內的、完備的、面向工程需要的實踐教學體系,如圖2所示。
3“機器人大腦方向”雙培方案的實施
“機器人大腦方向”雙培計劃是北京地區高等教育綜合改革的試點,其目的在于推進北京地區高校之間的合作和優質教育資源的共享,提升北京高校辦學水平和人才培養質量。為此,兩校通力合作進行了有益的探索與實踐。
3.1學風建設
北京信息科技大學為雙培學生配備了輔導員和班導師,班導師由學院主管教學的副院長承擔。在新生入學的第一個學期,班導師就從中學生到大學生的過渡、適應大學高強度的學習、學習方式方法、班委改選、期中考試后的總結等方面對學生進行指導。學院組織學生集中晚自習,由班導師、輔導員檢查。同時班導師、輔導員經常走訪宿舍,與同學談心,使他們明確目標并養成良好的學習習慣。
同時,學校通過微信,不定期與共建高校的教師、學生溝通,隨時掌握雙培學生的學習生活狀況,如自動化學院開通的心動傳媒公眾號,成為雙培學生母校情節的有效紐帶。
3.2學生活動情況
北京信息科技大學和北京科技大學充分利用本校的資源,要求雙培學生積極參加兩校的各類活動,以達到市屬學校和央屬學校聯合培養學生的目的。例如,北京信息科技大學2015年4月邀請雙培學生開展了師生黨建活動“奔跑的人工智能”研討會,組織專業引領型學科競賽――新生R Auto杯智能小車競速比賽。
從2004年國內開始招生至今,全國已有不少高校設立了智能科學與技術專業。我校是較早設置該專業的院校,于2007年在信息工程學院設置其為第7個本科專業,并開始招生。2009年9月,學生進入相關專業課程的學習,第一屆學生于2011年7月畢業。日前,該專業學生已經完成本科階段的學習。
在專業開設過程中,我們完成的主要工作如下。
1) 調研國內外相關院校智能科學與相關專業的培養目標和培養方案。
2) 形成智能科學與技術學科的知識體系和能力要求。
3) 制定2010版智能科學與技術專業的教學大綱。
同時,在辦學過程中,我們選擇了腦科學與認知科學概論,人工智能基礎,微機原理及應用、課程設計(微機原理),可視化程序設計、智能計算與應用四個課程組進行教學模式改革。
1首屆畢業生知識結構
因為是首屆學生,我校大多數課程安排參考了國內兄弟院校的課程設置,也參考了我校自動化專業的部分課程設置。學生的知識結構主要由5個方面組成[1],如圖1所示。
1) 數理基礎課程群:工科數學分析、高等代數、復變函數與積分變換、概率與數理統計、數學實驗、大學物理、物理實驗、應用力學基礎、離散數學等。
2) 電工電子技術課程群:電路分析基礎、電路實驗技術、模擬電子技術、模擬電子技術實驗、數字電子技術、數字電子技術實驗等。
3) 機電技術基礎課程群:工程制圖基礎、程序設計基礎、信號處理、計算機網絡、微機原理及應用、嵌入式系統、數據庫技術及應用、面向對象程序設計、現代檢測技術、電機控制技術、現代通訊技術、DSP處理器及應用、機械設計基礎等。
4) 專業主干課程群:信息論與編碼、控制工程基礎、腦科學與認知科學概論、人工智能基礎、機器人組成原理、計算智能基礎、模式識別基礎、虛擬現實技術、智能控制及其應用。
5) 實踐創新課程群[2]:計算機應用實踐、電子技術實習、MATLAB編程與工程應用、Linux系統與程序設計、自動控制系統設計與實現、微機原理課程設計、嵌入式系統設計與實現、專業(生產)實習、畢業設計(論文)等。
除了專業課程的學習,學生還參與了很多課外科技活動和競賽,并取得了良好成績,內容如下。
1)“基于Matlab的智能五子棋人機博弈系統”在北京科技大學第十一屆“搖籃杯”課外學術作品競賽中獲三等獎。
2) 第八屆校機器人隊隊員在第八屆亞太機器人大賽國內選拔賽中獲十六強。
3) 在全國大學生電子設計大賽中獲成功參賽獎。
4) 在智能車校內賽中獲二等獎。
5) 在北京市機械創新大賽中獲三等獎。
6) 在北京市大學生電子設計大賽中獲二等獎。
7) 在“飛思卡爾”智能車競賽的校級賽中獲三等獎。
8) 在校級機器人競賽中獲季軍。
9) 在全國大學生節能減排大賽科技類中獲三等獎。
10) 在北京科技大學計算機博弈錦標賽中獲最佳程序設計獎。
11) 在北京科技大學“閃我風采”Flash大賽中獲最佳細節獎。
在參加課外競賽及各種活動之余,首屆智能班還自組織了以小組為單位的指紋識別考勤計時系統編程比賽,歷時一個月,比賽結束后評出了最優編程獎。然后返回給每個小組,再討論再修改,最終確定了最優版,申請了國家軟件著作權,于2010年5月份獲得審批。此次比賽成果是全班學生辛苦勞動的果實,凝聚了24位學生的智慧和努力。圖2展示了該系統的計算機軟件著作權登記證書。
2首屆畢業生畢業設計情況
2010年底,首屆學生進入本科畢業設計環節。在大家的共同努力下,全部學生通過了本科畢業設計。畢業設計的題目如表1所示。
3首屆畢業生去向
智能科學與技術專業首屆24名學生是2009年9月進入大三學習專業課的。目前,我們統計的畢業生去向,專業第1名放棄了保研指標,選擇出國留學,另外有4人保送本校讀研究生。選擇考研的學生還有12人,另外有3人選擇出國留學,還有2人選擇就業,如表2所示。
4經驗和教訓
我們對2007級智能科學與技術首屆畢業生的總體情況還是比較滿意,通過一系列教學改革,取得一定的成效,內容如下。
1) 人工智能基礎。此課程為智能科學與技術專業的理論基礎性課程,具有涉及的面比較廣、內容較多、變化較快的特點。我們結合人工智能學科的發展,在保證課程完整性的同時,盡可能增加學科發展的前沿內容。
2) 微機原理及應用、課程設計(微機原理)。微機原理及其應用是一門實踐性很強的課程,特點是計算機軟硬件結合非常緊密,需要經過大量的實踐環節學習。在充分分析本門課程特點的基礎上,我們對該課程作了如下教學改革:自行研制開發了一套實驗裝置,開發了配套的實驗項目,編寫了相應的實驗講義。圖3是我們使用的微機原理與單片機實驗裝置。
在教學方法上,教師讓學生在學習已有實驗項目的基礎上,做一些由簡單到復雜的新改動,直至最后設計出新的應用電路,并用相關器件實現。為了鼓勵學生親自動手制作電路板,教學團隊花費近3 000元,購買了各種電子元器件和電路制作工具,包括單片機芯片、集成穩壓電路芯片、各種傳感器、小鍵盤、電阻電容、印刷電路板、萬用表、電烙鐵等,保證每位學生都能設計并制作完成一個單片機控制系統。在課堂管理方面,我們實行小班授課,每班不超過30人。學生都很遵守課堂紀律,幾乎沒有遲到早退現象,為該門課程的學習營造了良好的學習氛圍。
3) 可視化程序設計。小班在實驗機房上課,課程將講解部分與上機練習結合起來,教師對每一個知識點進行講解后,讓學生立刻練習,提高學生的動手實踐能力。通過教師的課堂講解和學生的課堂練習,使學生達到融會貫通的程度。
4) 數據結構與算法分析。針對智能科學與技術專業對計算機軟件能力要求高的特點,我們壓縮了計算機專業的數據結構和算法分析兩門課程的學時,保證學生應用能力的培養,并編寫了相應教材。
5) 根據國內外高等教育的最新發展,我們對研究思路、內容、方法進行必要調整。英國、美國、馬來西亞等國近幾年開設了AI相關專業,并且多數與機器人結合。在2010版教學計劃中,我們也將機器人作為學生學習過程中的實驗平臺和設計實現對象,為此探討設立機器人組成原理課程[3],并在準備教材。我們還與南開大學、河北工業大學合作開發智能科學與技術專業的系列教材[4]。
另一方面,我們在辦學過程中也感覺到一些問題,和南開大學[5]的問題較為類似。
1) 專業宣傳方面的問題。
2) 沒有形成統一的教學指導委員會,各學校還處于單兵作戰階段。
3) 學校的重視程度不夠,經費投入有待加強。
4) 師資結構對其他學科的依賴程度較大,還未形成完整的師資隊伍,多數教師來自其他專業。
5結語
通過兩年的專業課學習,首屆智能科學與技術專業的全體學生在各方面都取得了不錯成績。多門基于專業課程開設的課程設計不僅增強了學生的動手實
踐能力,還加深了學生對專業知識的理解及掌握程度,很好地將理論學習與實踐教學結合起來。特別是在畢業設計階段,學生的論文題目都很有新意,充分體現出智能科學與技術專業的“智能”特點,而且學生在論文答辯環節全部順利通過。首屆畢業生中,出國和保研率達到54.17%,就業率達到45.83%,有很好的發展前景。通過研究首屆畢業生情況,我們認為智能科學與技術專業是一個很有發展潛力的專業,能夠將人工智能科學、計算機技術、智能控制等專業性較強的學術領域綜合起來,培養出具有綜合能力的優秀畢業生。
總結首屆畢業生情況,我們將在隨后的教學過程中進行如下改進:結合人工智能學科的發展,盡可能增加學科發展前沿的內容;針對學有余力的學生,布置學科前沿的自學內容;在教學中嘗試以作業的形式安排實驗內容[6]。同時,我們繼續保持小班授課方式,營造出良好的學習氛圍。在考核方面,結合平時、考試和答辯3種形式,來客觀、公正地評定學生,促進學生的全面發展。通過總結已有的教學經驗,吸取教訓,發展優勢,我們相信智能科學與技術專業一定會一步一步成為更加完備的、更有優勢的、更具時代特征的新型專業。
參考文獻:
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The Situation of the Major in Intelligence Science and Technology
in University of Science and Technology Beijing
LIU Jiwei, SHI Zhiguo, WANG Zhiliang
傳統“填鴨式”的灌輸教育,脫離實際應用,易導致學生死記硬背。只有轉變教學方式方法,緊密聯系實際,加強互動式教學、探索式教學、啟發式教學,才能實現應用型人才培養目標。為此,我們應用“案例教學法”把智能儀器設計分為五個步驟:一是選擇合適案例,創設應用情境;二是實施互動式教學,突出教學重點;三是拓展仿真教學,強化應用技能;四是加強團隊實踐訓練,培養實踐能力;五是開展啟發式教學,提高知識的運用能力[5]。
選擇適當案例,創設應用情境以案例教學為主線,創設應用情境,增強學生學習興趣。合適的實際案例不僅是貫穿課程教學過程的主線,成功創設應用情境的前提,而且是激發學生學習興趣的必要條件。因此,選擇適當案例至關重要。合適的案例必須能夠充分體現基本教學理論,同時緊密聯系實際[6]。以數字電壓表(DigitalVoltmeter,簡稱DVM)為例,它是采用數字化測量技術把連續模擬量轉換為離散數字量的數字化儀表。由于它具有讀數準、精度高、誤差小等優點而備受青睞[7]。因此,選擇數字電壓表作為智能儀器設計的案例來創設應用情境,可滿足案例教學的基本要求。在確定案例的基礎上,智能儀器的研制過程按照設計任務并擬定設計方案、軟硬件設計、軟硬件綜合調試、整機性能測試和評估來實施[8]。根據數字電壓表的設計任務與設計要求,結合學生學習的課程,采用“自頂向下”的設計原則,把儀器劃分成由單片機、A/D轉換電路和電壓顯示電路等功能模塊組成。
案例互動教學,突出教學重點以重點教學內容為著力點,實施互動式教學,充分調動學生主動性。案例教學模式采用課堂雙邊互動教學形式,以重點教學內容為著力點,把課堂變為案例討論現場,提高了學習的自主性,更好掌握課程的教學內容。在軟硬件設計階段,硬件設計主要是根據方案設計原理電路,選用合適的功能模塊(如輸入輸出通道、信號調理電路、主機電路、人-機接口、通信接口),并裝配和調試硬件系統;軟件上是先設計出系統軟件功能框圖,在理清控制關系的基礎上,進行功能化編程和調試。為了強化“智能儀器軟硬件模塊化設計方法”的教學重點,可采取以下互動式教學形式:一是組織學生進行答辯,闡述設計方案、原理電路和編程流程;二是由教師和同學現場進行提問,考察學生對設計可行性的分析;三是由教師有針對性對課題進行指導,提出合理化建議;四是由學生進行修改,完善設計。讓學生在設計中既有自主性,又通過啟發來防止盲目性。
案例仿真教學,強化應用技能以教學難點為突破口,拓展案例仿真教學新模式,營造探索求真的學習氛圍,強化學生應用技能。系統設計與調試是智能儀器設計課程的教學難點。作為初學者的學生,經常感到無從下手。為此,我們首先從虛擬實驗入手,通過仿真實驗來突破難點。虛擬實驗是把案例教學和軟件應用有機結合起來,通過逼真的仿真界面和動畫效果,讓學生置身于智能儀器開發現場,既可以節省設計成本和提高設計速度,還可以增強學習樂趣,將抽象的理論知識融入到案例的設計實踐之中,加深對理論知識與設計方法的理解,為后續教學環節,如分組實際制作打下基礎。例如對基于Proteus和KeilC51建立的數字電壓表仿真實驗[9],如圖3所示。數字電壓表的調試過程可通過調節可變電阻器來進行仿真實驗,若實驗結果不滿足設計要求,則可修改硬件參數或軟件程序進行反復調試,直到該數字電壓表滿足設計要求,調試過程生動形象,簡單易學。
團隊實踐訓練,培養綜合能力以案例應用為實訓課題,組建學生制作團隊,培養學生實踐能力。團隊制作實踐的課題分為設計型、綜合型和創新型。學生可以根據自己的興趣、知識結構和能力發展進行選題。選擇相同題目學生組成制作團隊,通過共同協商,形成明確的成員分工和團隊合作任務。在制作過程中,不僅要求學生要學會獨立思考,掌握獨立分析解決問題的方法,也要求培養創新意識以及增強團隊精神。通過體驗智能儀器設計制作過程,熟悉智能儀器系統的開發流程,提升綜合的實踐能力。例如,選取液位控制系統[10]的設計作為實踐課題。該系統主要由水槽、電壓比較器、隔離保護和驅動電路、直流繼電器控制電路、水泵、電磁閥組成。高低水位的電壓通過與基準電壓比較輸出邏輯信號,控制交流接觸器的工作,實現水泵的通斷,以實現水槽水位的自動控制。通過液位控制系統實踐訓練達到以下目標:第一,使學生了解接觸器、電磁閥、水泵等器件等相關電器的基本原理,熟悉基于中規模集成電路的組合邏輯和時序邏輯設計方法,加深對理論知識和設計方法的認識;第二,通過學生親手焊接、制作和調試電路,培養實踐能力和動手技能;第三,通過撰寫設計報告,使學生學會對實驗結果進行分析和總結,培養學生分析和解決實際問題的能力。
案例啟發教學,加強運用能力以案例總結為出發點,開展啟發式教學,提高學生運用能力。案例教學法的重要環節,就是在完成設計、仿真和實際制作的過程之后,及時總結設計的過程和方法,把設計制作過程上升到理論高度,進一步加以思考、探索和提高。如果對案例缺乏思考、歸納和總結,很容易使學生的思維局限單個案例之中,不利于應用能力和創新思維的培養。因此,教師既要從單個案例入手,引導學生學會分析歸納和總結的方法,不斷加強學生靈活運用能力,也要注重在案例基礎上的拓展,啟發學生深度思考,培養學生的創新思維。這樣才能在智能儀器設計環環緊扣、層層遞進,有效推進學生知識水平的提高和能力結構的完善。
關鍵詞:高職;多元智能理論;專業英語;課程設計
自上世紀90年代以來,多元智能理論理論在全球教育領域產生了深遠的影響,成為許多學校教育改革的理論依據之一?;诙嘣悄芾碚摾碚摰恼n程設計,是該理論在教育領域的應用成果之一。我國在該領域也有相關的研究,但起步較晚。尤其是在職業教育界,無論是在理論上還是在實踐上都具有廣闊的研究空間。基于對多元智能理論理論的理解,為了使該理論在職業教育中能被有效借鑒并加以運用,本文著重研究了該理論在高職專業英語課程設計中的應用。
一、多元智能理論的基本內容
多元智能理論(Multiple Intelligences Theory),簡稱MI理論,是美國哈佛大學教授,著名心理學家、教育家霍華德?加德納(Howard Gardner)1983年在《智能的結構》一書中提出的,對傳統智力觀提出了質疑。加德納認為:“智能是在某種社會或文化環境的價值標準下,個體用來解決自己遇到的真正的難題,生產及創造出有效產品所需要的能力?!奔拥录{的智能觀非常強調智能的社會文化性、可發展性、實踐性和可見性,尤其重視創造能力的培養。在此基礎上建立了一個寬泛的智能體系――多元智能框架,其中所包含的智能成為人類進行學習、創造和解決問題的工具。加德納的多元智能框架理論闡述了每人都有八種彼此相對獨立的智能:1)語言智能(1inguistic intelligence),即用言語思維,用語言表達和欣賞語言深層內涵的能力;2)視覺空間智能(spatial intelligence),即準確感覺視覺空間,并把所知覺到的表現出來的能力;3)數理邏輯智能(1ogical/mathematical intelligence),洞察事物之間的關系、進行科學分析、推理運算和邏輯思維的能力;4)人際智能(interpersonal intelligence),即能夠善解人意、與人有效交往的能力;5)音樂智能(musical intelligence),即感受、辨別、記憶、改變和表達音樂的能力。6)肢體運動智能(bodily intelligence),即人能巧妙處理物體和調整身體的能力;7)內省智能(intrapersonal intelligence),即自我內在情感的理解能力;8)自然觀察者智能(naturalist intelligence),即能夠辨識動植物、對自然界分門別類,運用這些特長進行生產的能力。教育、教學的宗旨是開發學生的各種智能,幫助、發現其智能特點、業余愛好,從而促進學生的全面發展。
二、基于多元智能理念的高職專業英語課程設計
鐘啟泉教授在《課程設計基礎》一書中說,課程設計隨教育觀、課程觀的不同而不同。筆者以多元智能視角下的高職專業英語課程觀為基礎,并吸收和借鑒了其他理念對高職專業英語課程設計的指導作用。結合高職教育和高職生智能的特點,歸納、總結出有關多元智能理念的高職專業英語課程設計思想。
(一)以工作過程為導向設計專業英語課程,培養學生解決實際問題能力
多元智能理論的核心是解決實際問題的能力和創造力。高職教育目標重在培養學生在職業崗位上解決現場技術問題、進行技術創新以及把科學技術、設計和規劃轉化為產品的能力。而在如今高科技時代,任何技術問題的解決都要技術和職業活動的結合。高職人才的任務是在生產一線解決產品生產過程、工藝流程中的技術問題和組織管理問題,完成“技術過程”和“工作過程”的結合。為了傳授工作過程中所需要的知識,必須與整體化的實際工作過程相聯系,因此,工作過程導向的高職專業英語課程設計成為必然。工作過程導向的課程的實質在于課程的內容和結構追求的不是學科架構的系統化,而是工作過程的系統化,強調通過職場中典型職業活動和與專業實踐緊密相關的學習,實現專業知識的習得與職業實踐技能的掌握,與實際的工作過程序列實現“同步”,使高職教育更加貼近職業實踐。作為新型的、綜合性的信息載體,這種基于工作過程導向的課程設計能夠讓學生獲得一種全面、和諧、切實有效的教育,對高職生解決生產和工作過程中問題能力很重要。如高職護理專業英語的課程設計是以提高學生醫護英語實際交際能力為原則,要求用英語完成下列交際任務:掌握、匯報患者的生命體征,如血壓、脈搏、呼吸等(blood pressure,pulse,respiration,etc.);能在體檢時、手術前后給予患者指導等。
(二)將預想化轉為情境化設計專業英語課程,發揮學生的智能強項
傳統課程的課程設計內容往往預想化,與情境不相符、不能在相關的情境中習得,導致學生動手能力較差。高職教育培養對象應該具有較強的形象思維能力,更易于遷移,要通過解決與現實相聯系的問題獲得更豐富、更有效的知識。其特點與多元智能理論強調的“智能的情境性”相吻合。因此,高職教育應轉變傳統的預想化課程設計,創設情境化的課程環境。從以下幾個方面考慮:
一是模擬學習環境。運用多媒體技術、網絡技術,創設以多媒體和網絡為核心的具有全真模擬環境,使學生沉浸在與真實環境相同的學習環境里。
二是創設實訓環境。因為學生置身于真實的情境中,通過親身體驗,完成以綜合化技能項目為目的的教學。在這種學習氛圍中,學生經過多項智能參與學習、自己探索和與人協作完成任務,學習效率高,
三是創設現場環境。在這種現場環境中,學生通過完成一定的生產任務,承擔較大的責任,同時提高實踐能力和職業崗位適應能力??傊n程設計由預想化轉向情境化,有利于高職生發揮他們在職業意識、動手操作、空間想象方面的智能強項,還有利于培養綜合職業能力,發揮在團體協作中的交際能力和管理能力。
(三)從學生職業生涯發展需要出發,設計專業英語中的選修課程,
加德納指出說:“按照我的觀點,學校教育的宗旨應該是開發多種智能并幫助學生發現適合其智能特點的職業和業余愛好”。與普通高校比較而言,高職學生的學習水平參差不齊,興趣愛好、個性智能千差萬別,因此高職院校選修課設計要緊緊圍繞高職的培養目標,根據學生專業特點、人才市場需求和教育對象的個體差異進行設計。高職院校盡可能地創造最適宜的環境,以學生為主體設計選修課程。為學生提供內容豐富,形式多樣的自選課程供其選擇,提供廣闊的學習時間和空間,充分調動學生的積極性和主動性。因此,設計選修課時要盡量體現課程設計的多樣化,為不同個性智能的學生提供不同的學習內容并鼓勵學生跨系、跨專業選讀選修課,增加學生選修的范圍;還要把部分學習自交給學生,由學生依據個人的愛好與特長、自身學習能力及職業傾向自主選課,自主構建自己的知識體系,最大限度地發揮學生的專業技術特長和每個學生的智能優勢。由此可見,選修課不僅有利于培養學生主動適應市場經濟發展對不同層次、不同規格人才的需求,更好地為地方經濟服務,而且有利于充分挖掘學生的學習潛能,促進學生的個性發展,培養學生的創新能力和實踐動手能力,以滿足學生職業生涯發展的需要。
本文將多元智能理念引入到高職專業英語課程設計中,以新的方式構建了“項目型多元智能”高職課程設計模式,為專業英語課程設計提供了一個新的視角和思路,也可以為進一步深化職業教育課程改革提供參考和借鑒。(作者單位:唐山職業技術學院)
基金項目:唐山市社科聯2013年度立項課題(課題編號:TSSKL2013-124)的階段性成果。
參考文獻:
一、關于學分制
學分制是以學分為計算學習量的單位,以學分衡量學生學習完成情況。并以學生必須取得最低學分作為畢業標準的,為學生發展提供更多選擇余地的教學制度。學分制的精髓在于學生自主選擇。在學分制下,學生可以根據學校的教學計劃,結合自己的興趣、愛好,自主選擇課程、任課教師、授課時間和學習進程。強調學生的個性發展,是學分制的重要內涵。在學分制下,學生可以根據自己的情況確定學業和發展方向,掌握學習進度和學習方法,有足夠時間和空間實現自己的主體價值。強調學生的個性發展,是學分制的重要內涵。
二、學分制實施前大學英語讀寫課教學方式
傳統的大學英語精讀課的教學過程是:講解單詞—跟讀單詞—逐句講解課文(講解并翻譯課文重點詞句,分析語法復雜語句)—布置作業。整個教學過程就像一條流水線作業,大多以教師教授為主,學生被動參與學習,很少為學生設計,組織和開展課堂教學活動,學生覺得索然無味,喪失英語學習興趣,自然學習效果不佳。
為此,教育部于2007年7月頒布了一項指導大學英語教學改革的綱領性文件——《大學英語課程教學要求》(簡稱《課程要求》)。該教學要求將其教學目標確定為:“培養學生的英語綜合應用能力,特別是聽說能力,使他們在今后學習、工作和社會交往中能用英語有效地進行交際……”新《課程要求》無疑為今后的大學英語教學指明了方向:2l世紀的大學英語教學強調學生的英語綜合運用能力的培養,特別是聽說能力的培養。在此綱領的指導下,英語教師漸漸認識到,原來的教學方法,忽視學生的智能優勢,忽視對學生學習方法的指導,有必要借鑒多元智能理論指導大學英語精讀教學。
三、多元智能理論與語言智能
多元智能的主要觀點多元智能理論(the theory of Multiple Intelligences),是由美國哈佛大學霍華德·加德納教授于1983年提出的,其理論的核心是:人的智力結構是多方面的,在每個人的智力結構中,包含有:①言語—語言智能(Verbal-linguistic intelligence):指口頭和書面的語言表達能力。②邏輯—數理智能(Logical-mathematical intelligence):指運算和推理、抽象思維、分析和歸納問題的能力。③視覺—空間智能(Visual-spatial intelligence):指感受、辨別、記憶、改變物體的空間關系并借此表達思想和情感的能力。④身體—運動智能(Bodily-kinesthetic intelligence):指運用四肢和軀干來表達思想情感及解決問題的能力。⑤音樂—節奏智能(Musical-rhythmic intelligence):指感受、辨別、記憶、改變和表達節奏、音調和旋律的能力。⑥交往—溝通智能(Interpersonal intelligence):指與人相處、交往、合作共事的能力。⑦自知—自省智能(Intrapersonal intelligence):指認識、洞察和反省自身、約束自我的能力。⑧自然觀察智能(Naturalist intelligence):指人們認識世界、適應世界的能力,是一種在自然世界里辨別差異的能力。每一種智能都有其核心能力。每個人都或多或少具有這八種智能,只是其組合和發揮程度不同,即每個人都有自己相對的優勢智能和弱勢智能,而適當的教育與訓練可以使每一種智能都存在某方面發展的潛能和機會。因此,教育應該在全面開發每個人大腦中的八種智能的基礎上,給每個人以多樣化的選擇,使其揚長避短,從而提高每個人潛在的智能水平,充分發揮每個人的個性。
就英語教學而言,其最終目的在于培養“語言智能”,但不能只重視語言文字的形式,實際生活中,語言還包含其他的功用。傳統的教學法,如語法翻澤法及聽說教學法,較以形式為本位,強調語法的正確性,但其效果并不見得好。過濾假說(The Affective Filter Hypothesis)顯示(Krashen&Terrel,1988):過于強調形式,會使學生焦慮感提高,阻礙學習,語言學習應以傳達信息為主,讓學生有足夠的語言輸入,從中習得形式。所以,以培養學生自主學習能力為目標,將語言能力(Linguistic competence)本身與多種智能相結合,實行教學要點切入多元化,教學主體多元互動,知識教學情境化,設計出更為有效的課堂教學活動,是一種行之有效的教學模式。
四、課堂活動的具體實施
大學英語精讀課側重于語言基礎知識的輸入,通過講授與練習相關語言知識點,幫助學生打好語言基礎,然而這樣的教學方法淡化了語言實踐,沖淡了交際能力的訓練。如何讓學生在掌握相關語言知識的同時,又有充足的機會提高自身的語言應用能力?本節筆者將從語言基本技能(聽說讀寫(譯))的角度加強學生語言應用能力,闡述在課堂教學中的新嘗試。
以New Horizon College English4,Unit 2 Charlie Chaplin為例,筆者對本單元的課程設計了不同的教學活動。
1.Assignment For Preview.在新的單元開始之前,教師要提前布置預習任務。教師可以把學生劃分為小組,以小組為單位搜集有關卓別林的相關資料,教師可以用一些問題引導學生尋找相關素材,比如: “How much do you know about Charlie Chaplin?” “What do you think is the influence of Chaplin’s childhood on his later life and art? ”“Why was he successful in his movies?”這些問題可以引導學生尋找一些有關卓別林的評價、圖片、視頻等資料。在尋找資料的過程中,學生能夠充分發揮自己的智能特長,精心準備在課堂上的匯報展示,從而鍛煉學生的語言智能,空間智能,運動智能等不同智能。
2.Schema Activation.在正式導入本單元課文之前,教師可以先讓學生對有關卓別林的背景知識的了解。教師要求每組同學分別進行匯報展示,可以充分利用多媒體資源。然后教師要求同學們進行自由討論,同學們可以對感興趣的展示向展示小組的同學提問。這樣的熱身活動不僅能夠營造一個輕松自由的學習環境,降低學生的焦慮感,而且能夠鍛煉學生的語言智能,人際交往智能,運動智能等不同智能,幫助學生對知識的記憶和吸收。
3.Vocabulary Activities.詞匯講解是一堂英語課中學生感覺較為枯燥乏味的部分,因為傳統的詞匯教授方法是“老師講,學生練”,即教師講解詞匯的含義用法等,學生用詞造句或者翻譯相關句子。這樣做忽略學生的智能特長差異,只注重對學生語言智能的培養。其實,要想調動學生的學習積極性,只需按照學生不同的智能特點設計關于詞匯教學的課堂活動就好。教師可以根據學生不同的智能特點將學生分組,然后分配符合其智能特點的任務。比如,擅長語言智能的同學可以被分配給討論詞匯之間的關系的任務,決定每組所給詞匯之間是反義關系,近義關系,相互關聯還是意思相近但稍有差異等的關系。如“applause-clap”,“crude-raw-coarse”, “clumsy-awkward”。擅長運動智能的學生可以被分配給用肢體語言演示所給詞匯的意思的任務,如“cut down”,“trip up”, “make up a nonsense language”。擅長邏輯推理的同學可以被分配給找出構詞方法的任務。如“comic-comedy”,“collide -collision”等。這樣,具有不同智能特點的學生愉快地展示所長并掌握知識,活躍了課堂氣氛。這是一個學生主動學的過程,而不是僅僅老師在教。
4.Presentation.正式分析和講解課文是最容易讓學生感到枯燥的部分。但運用多元智能理論的指導,可以設計出內容豐富的課堂活動。首先,可以開發和利用學生的音樂智能。播放卓別林的同名電影,讓學生討論這部電影的內容和本單元主題的聯系。接著就很自然地導課進入本單元的課文。對于篇幅較長的文章,教師可以用圖表先繪出本單元課文的結構,這樣既可以利用學生的視覺智能,又可以使學生清楚文章的脈絡,便于分部分分析解讀課文。當然,對于較易理解的篇幅較長的文章,老師也可讓學生試著去繪制文章脈絡圖,這樣可以鍛煉學生的邏輯智能。
5.Practice.這個部分是講完課文以后,對整個文章的總結和復習部分。教師可以把學生再次分組,發給每個小組同學彩色筆和一張概念圖(concept map),這張圖上標出了文章的結構,并給出了部分要求填寫的信息。學生先討論課文的內容,然后豐富這張概念圖。通過討論和填寫學生可以將文章內容清晰化。這項活動使學生對所學內容進行總結復習,總結的過程是學生對課文的再一次認識,再一次思考。在討論過程中,同學們相互交流,分享自己所擁有的知識并補充不足的地方,不僅加深了對課文的印象,而且調動了多種智能。
6.Enrichment.更多的有關本單元主題的音樂,影像資料,圖片,名言警句等被教師帶入課堂,同學們可以根據自己的智能特長和興趣愛好自由選擇內容進行討論,匯報展示等。比如卓別林這一課,老師就可以布置同學們寫“Charlie Chaplin in my heart”,讓學生獨立發表自己關于卓別林的認識,無論是關于事業的,還是情感的,既鍛煉了學生的語言智能,又培養了他們的自然環境智能,有利于他們的身心健康成長。
7.Evaluation.在這個教學環節中,教師可以充分運用學生的自省智能,要求學生對這個單元學習的內容進行自我評價,評價和總結自己在這個單元學習過程中做得好的方面,不足的方面,需要改進的方面,并提出相應的改進方法。同學們之間也可以進行評測,哪些活動使自己受益,哪些活動需要更進一步的提高。教師可以從這些反饋當中,發現每個學生感興趣的課堂活動,并進一步根據學生的反饋改進自己的課堂活動設計,從而達到學生和教師在授課中都能有所收獲的雙贏局面。
8.Assignment.日志(journal entry)是單元結束以后要完成的作業。學生可以在日志中記錄自己的所學所感,為自己建立一份良好的學科成長記錄。另外,作業形式還可以是根據學生課堂表現所布置的個性化的作業。比如,學生分小組用DV記錄自己小組的討論過程,編輯處理后,公開展演等。
五、結語
多元智能理論的提出,改變了人們對于智力的傳統概念,激發了人們對于多種智能的探索和利用,尤其是在大學英語學分制改革下,多元智能更是給教育教學帶來了新思路,學生有機會展示并利用自己的優勢智能學習英語文章,極大地激發了學生的學習興趣,讓學生真正地領略到了每篇英語課文的教學都是一次激動人心的體驗和愉悅的感受,對大學英語課堂教學效果的增強具有現實意義。
參考文獻: