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關鍵詞:教學改革;人工智能;游戲設計;游戲編程
人工智能(Artificial Intelligence,AI)是計算機科學的一個分支,是研究、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學[1]。人工智能技術研究領域包括機器人、模式識別、自然語言處理、機器學習、數據挖掘、人工神經網絡和專家系統等[2],其最為廣泛的應用之一就是游戲設計[3]。游戲設計雖然涉及多門學科,但其作為應用并沒有形成一門單獨的理論[4-5]。由于游戲存在較大的市場以及其作為人工智能的一個重要應用,國外已有多所大學開設了游戲設計課程。如卡內基梅隆大學(Carnegie Mellon University)于1999年設立了娛樂科技碩士學位,并開設了相關課程;南加州大學(The University of Southern California)設立了為期3年的互動媒體藝術(fine arts in interactive media)碩士學位課程,并于大學部設立電子游戲設計(video-game design)副修課程。該校也為美國軍隊創作訓練士兵的電子游戲,透過戰斗情境模擬來進行沙盤演練。麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)提供多種電子游戲設計相關課程,并研發將電玩游戲納入教室教學的方法。斯坦福大學(Stanford University)提供電子游戲設計史及包含最佳電子游戲競賽獎的計算機繪圖課程。華盛頓藝術學院(The Art Institute of Washington)為亞特蘭大藝術學院的分校,提供授予學士學位的視覺及游戲程序設計課程。在初期的藝術與設計重點培訓后,學生將學習立體動畫相關技術。國內也有多所高校開設了游戲設計的相關課程,如北京郵電大學,首都師范大學等,為了適應市場許多培訓機構也開設了游戲設計課程,但培訓機構將課程的重點放在了實際的編輯代碼中而過少的關注理論。中南大學開設人工智能課程已有20多年的歷史,在教學實踐中,中南大學智能系統與智能軟件研究所的教師們在教學科研方面取得了許多令人振奮的成果。在良好的環境中,人工智能與游戲編程課程應運而生[6-7]。
1教學目標與要求
中南大學人工智能與游戲設計課程主要面向智能方向4年級學生,在4年級第一學期開設。學習該門課程之前需要具備人工智能以及計算機編程方面的課程知識,并且需要一定的計算機圖形學的相關知識基礎。
此門課程的學習使學生了解游戲設計與虛擬現實的基本概念和術語及其基本設計方法,理解人工智能在游戲中的相關應用,熟悉游戲設計中編程以及建模技術,為學生將來利用人工智能技術以及游戲設計技術奠定必要的知識基礎。除此之外向學生介紹計算機游戲的基本原理和最新進展,包括計算機游戲動畫的最新概況、游戲程序設計概覽、2D游戲的基本編程技術、3D游戲動畫的基本編程技術、3D游戲場景的組織與繪制、游戲中的高級圖形技術、游戲中的音頻編程、游戲中的人機界面技術、人工智能在游戲動畫中的應用,紋理貼圖、基于圖像的繪制和加速算法等。
基于該教學目標,本課程有兩個重點內容,其分別是人工智能技術如何在游戲設計中的應用,以及游戲編程的相關技術。對于人工智能技術在游戲設計中的應用這一內容,主要采用理論結合實際的理念,將學生已具備的人工智能理論知識與游戲設計的具體應用聯系起來,使學生一方面能體會人工智能的基礎理論,另一方面使學生能夠將其所學用于實踐,避免理論與實踐脫節。游戲編程內容主要從設計模式入手,然后依托多媒體平臺對學生進行講授設計以及編程方面的相關知識。
圍繞這個教學目標,我們安排了28個學時的課堂教學,4個學時的實驗,總共32個學時的課程。接下來針對課堂教學、實驗設計、考核方式這幾個方面分別展開討論。
2課堂教學設計
本課程采用培訓學校模式與大學理論教育折中的方式進行講授,本節將著重對28個學時的課堂教學內容分別介紹。
1) 游戲程序設計概論與計算機圖形學基礎。
該部分內容可以分為以下兩部分。
(1) 計算機游戲簡介與游戲設計概論(2課時)。
(2) 計算機圖形學基礎(2課時)。
概論部分主要介紹計算機游戲的基本概念、特點以及目前國際上該領域的研究和應用情況。圖形學部分主要是介紹計算機圖形學的相關理論基礎,目的是讓沒有學過計算機圖形學的學生有一定了解,由于考慮到智能專業也開設計算機圖形學的相關選修課,因此,本部分內容只是對之前學習的相關知識的復習,目的是為后續的程序設計課程打好相應的理論基礎。
本次課程是正門課程的開篇之講,一方面,教師要開宗明義,讓學生明確何為計算機游戲,并對計算機游戲有大致的了解,為后續課程學習起鋪墊作用;另一方面,為增強學生學習興趣,必須介紹計算機游戲的類型以及各種知識與其的關聯。
2) 游戲編程技術。
如上所述,游戲編程是本門課程的一個重點內容,游戲編程可以分為如下幾個部分。
(1)Windows編程基礎(2課時)。
(2)DirectX編程基礎(2課時)。
(3)2D游戲的基本編程(2課時)。
(4)3D游戲場景的組織和繪制(2課時)。
(5)3D動畫的基本編程技術(2課時)。
(6)游戲中的人機界面技術(2課時)。
對于Windows編程基礎,其主要內容是Windows操作系統的發展史、Win32程序的基本結構、消息循環與處理、Windows窗口、GDI接口、集成開發環境(IDE)。
DirectX編程[8]基礎的主要內容是DirectX開發包的歷史及其框架、介紹每一個組件的功能、DirectX開發包的安裝以及與IDE連接的配置。
2D游戲基本編程的主要內容是游戲的基本流程和體系結構、游戲開發的基本理念及方法、游戲引擎簡介、游戲的調試與測試。
3D游戲場景的組織與繪制的主要內容是3D場景的組織與管理、游戲場景的幾何優化、3D場景的快速可見性判斷與消隱、地形場景的繪制與漫游、3D游戲場景中的碰撞檢測。
3D動畫的基本編程技術的主要內容是3D動畫技術概述、Direct3D開發包的使用、關鍵幀動畫技術、基于動作捕捉的動畫技術、腳本驅動的動畫技術。
游戲中的人機界面技術主要內容是游戲的可玩性與人機界面、用戶界面設計基礎。
游戲程序設計部分內容主要是讓學生了解和掌握面向Windows平臺的游戲編程的技能。現在絕大部分游戲和娛樂都是基于Windows平臺,因此掌握Windows平臺的設計模式與編程方法是必須的。又因為DirectX軟件開發包是微軟公司面向Windows平臺開發的一套專門應用于游戲開發的API,因此了解其原理以及掌握其技術能夠提高學生的游戲開發能力。
3) 人工智能在游戲中的應用。
如今的游戲應用了大量的人工智能技術,本門課程將從以下幾個方面介紹人工智能技術在游戲中的應用。
(1)遺傳算法(6學時)。
(2)神經網絡(6學時)。
遺傳算法主要內容是遺傳算法的概念及其相關研究、雜交操作、變異操作、適應性函數選擇、遺傳算法優化的算子、創建和處理矢量圖形。
神經網絡主要內容是神經網絡概述、適應性函數、環境探測、有監督的學習、演化神經網絡的拓撲。
該部分內容主要是介紹如何將人工智能中的理論用計算機語言實現,并介紹如何在游戲設計中應用這些理論。這部分內容是本門課程一個核心內容,通過學習學生們能夠認識到人工智能在游戲設計中的重要性,并提高應用能力。
3實驗設計與課程設計
由于該門課程為選修課,因此課時較少,除課堂課時之外只剩下4個學時的實驗課時。我們針對這4個課時的實驗進行了重點設計,其主要內容是引導學生熟悉Visual Studio .Net 2008集成開發環境、安裝與配置DirectX 軟件開發包、使用有限狀態機設計狀態驅動智能體,設計2D圖形驅動引擎。
雖然課時很短,但學生能夠實際動手操作,熟悉游戲編程的相關開發工具與開發包,另外,學生學習興趣提高了,學習內容從枯燥的抽象概念、理論變成實際的事例。此外,學生還可以在課下完成任務,繼續鉆研新的理論應用。
我們針對本門課程實驗課時少的缺點,特別設定了一個課程設計環節。課程設計并不占用實驗課時,而是要求學生利用課外的時間,自由組合,以團隊的模式完成相應的設計要求。
課程設計主要內容是要求學生完成一個項目設計,該項目設計主要是要求學生使用相關的集成開發環境和開發包,利用一個人工智能技術編寫出一個小的游戲軟件,并給出設計報告。考慮到學生的實際能力,開發與報告以小組的形式進行設計開發,設計團隊由3~5人自由組合,具體分工必須在報告中體現,報告要求不少于4000字,以軟件開發文檔的形式提交,報告中不僅有游戲軟件的需求分析文檔、設計文檔和測試文檔,還必須包括游戲的內容設計,即游戲的情節創意或功能設計。設計題目以及游戲類型由學生自選,圖形界面可以是3D也可以是2D,開發包可以使用Direct3D也可是Windows自帶的GDI。
4考核方式及其安排
考核一個方面是檢測學生學習的狀況,另一個方面是為了通過考核方式,提高學生的實踐動手能力。基于這個原因,我們將整個考核分為3個模塊。
1) 期末考試(開卷),占總成績的50%。
2) 項目設計,占總成績的35%。
3) 實驗,占總成績的15%。
期末考試采用開卷形式,主要目的在于檢測學生通過課程學習,對知識點的掌握程度,以及運用知識點解決問題的能力。其占總成績比例的一半。雖然期末考試為開卷,但考核的知識點無法直接從教材中直接找到,需要學生實際運用能力和解題手段才能完成答題。精心設計的開卷試題,可以使學生對虛擬現實知識體系進行一個系統的回顧,同時,它也是對教學的補充。
課程設計需要學生有很強的自主性,認真完成將使學生受益匪淺,敷衍了事不僅學生沒有得到鍛煉,教學目的也難以達成。課程設計以小組的形式有優勢也有劣勢,好處在于學生可以根據自身能力對應團隊中的角色,例如,某同學編程能力強,他可以作為程序設計與開發人員;另一同學數學好,或理論方面出色,他就可以擔任算法設計的工作;某些同學有創意,他則可以擔任游戲情節設計的工作,等等。這樣做分工明確,每個人都能夠根據自己的實際需求和情況得到鍛煉。劣勢在于,如果團隊同學能力重點都一樣,就會出現分工不清,而最大的問題就是團隊合作會導致某些同學出現依賴思想,最終導致整個團隊只有一個人完成整個項目,甚至導致項目無法完成的情況。對此,我們應當強調每一個學生都要積極主動參與到課程設計中來,發揮自己的主觀能動性,協作完成項目。
5結語
本文探討了人工智能與游戲設計教學目標與任務、課堂教學、實驗設計、考核方式,希望能夠給其他相關教學工作者以參考和啟發,共同促進其完善與提高。
由于人工智能與游戲設計這門課程是中南大學新開的一門課程,在許多方面存在考慮不周或欠缺的情況,需要向兄弟單位多學習并且多在教學實踐中摸索與提高。本門課程是以中南大學智能系統與智能軟件研究所為依托,它具有很好的研究基礎與良好的實驗平臺,并能夠將這門課程融會貫通,使學生理解人工智能與游戲開發設計的基本理念,并培養學生實際應用技能。
參考文獻:
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[8] Microsoft. DirectX Software Development Kit[EB/OL]. [2010-7-20]. /downloads/details.aspx.
Design in Artificial Intelligent and Game Programming Courses
LI Yi
(Institute of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
民辦教育上市資質獲扶正
職業非學歷教育以民辦培訓機構教育為主,涉及范圍比較廣,其中包括職業考試培訓、企業管理培訓和職業技能培訓三個細分板塊。
職業非學歷教育用戶以就業或考試為最終學習目的,得益于付費意愿強和互聯網技術帶來的產品標準化提升,職業非學歷教育行業增長速度加快。2015年我國職業非學歷教育規模3106億元,同比增長16.4%。與職業學歷教育相同,我國職業非學歷教育處于市場啟動期,但略成熟。
《中華人民共和國民辦教育促進法》修正案三審表決通過,意味著教育資產證券化元年的到來,民辦教育機構的上市資質得到認可,非學歷培訓類資產上市成為大勢所趨。美股、主板、新三板已經形成職業教育產業群,其中在新三板掛牌、待掛牌的職業非學歷教育企業有59家,包括華圖教育、全美在線、和君商學等細分領域龍頭。
職業非學歷教育產業鏈可分為教輔、內容和平臺三部分,以教育內容提供者為核心,上游對接教輔,下游對接平臺和用戶,以向第三方平臺提供內容或媒體廣告商付費的方式獲取用戶,通過用戶購買線上線下課程實現變現。
在職業非學歷教育行業中,人才招錄和資格認證考試培訓和IT培訓,其市場總量分別約為600億元和880億元,這兩個細分領域已經有行業龍頭企業出現,它們通過品牌優勢進入相關優質細分領域,并開展互聯網業務的布局,以此增加市場份額。根據職業技能的不同,職業非學歷教育可以分為IT職業技術、金融財會、商務外語、建筑工程等15個子細分領域。據HCR慧辰資訊研究統計,目前除對于實操性要求較高的心理咨詢、管理、服務和餐飲等4類技能尚未有線上企業切入外,其他11類技能均已實現在線化學習。
目前國內職業非學歷教育行業涌現的主流商業模式主要包括B2B、B2B2C和O2O。在線教育平臺盈利模式相對單一,大多采用先提供免費課程吸引客戶,再推出收費課程的方式。事實上,作為平臺型的商業模式,需要分清用戶與客戶的概念,用戶是基本服務的使用者,客戶是愿意花錢享受增值服務的消費者。所以,在線教育平臺需要將免費課程的使用者轉變為愿意付費的消費者,盈利模式絕不僅限于課程收費,任何與學習、職業和社區相關的服務,都可以成為平臺未來的贏利點,后來者想要打破現有龍頭企業壁壘,可在此尋求機會。
2020年市場規模有望達到萬億元
教育部的數據顯示,從2001年開始,中國普通高校畢業生人數一路攀升。2001年,全國高校畢業生人數僅有114萬名,到2016年的15年間,畢業生人數增長了651萬名。2017屆全國普通高校畢業生預計795萬名,比2016年多出30萬名。在高校畢業生數量常年高位運行且逐年增加的情況下,就業壓力隨之不斷增大。職業非學歷教育以幫助求職者提升競爭力為目標,受就業壓力的推動,職業非學歷教育行業將加速增長。國泰君安產業研究報告分析預計,2020年職業非學歷教育市場規模將達到9859億元。
其中“教育+互聯網”將占很大比例。根據互聯網教育研究院統計,2013年在線職業教育的市場規模為40億元左右,2014年為50億元,2015年為70億元,2016年為85億元,每年市場規模都在以15%-20%的速度增長,預計2017年市場規模將突破100億元。
傳統線下培訓機構以直營模式為主,教師薪酬、營銷費用、管理費用三大塊成本占比較大,重資產運營不易快速復制,擴張速度慢,因而很難規模化發展。但其通過線下深厚的資源和課程內容的積累,進入線上平臺后,具備了標準化條件,輕資產運營后能夠實現大規模復制,迅速擴張,華圖教育發展華圖網校、學爾森拓展學爾森網校等,都是具有代表性的事例。
通過梳理可以發現,當前IT職業教育和金融財會教育領域進入的企業最多,相關課程也較多,課程形式多采用“直播+錄播”的方式,且目前已經出現較為細化的企業服務方式――平臺和網校,平臺不僅包括核心的課程平臺,還有相關行業動態、技術發展的資訊平臺及帶有社交性質的論壇、社區平臺等,未來有望拓展至B端企業,推出針對企業員工的定制化職業技能培訓服務。
未來內容仍是競爭核心
從學員學習的目的導向上看,職業非學歷教育可以劃分為以技能提升為主和以通過證書考試為主兩類,未來競爭核心仍是課程內容。
在技能提升類方面,IT職業教育、商務外語都是細分領域,IT職業教育重點提供IT相關的軟件開發、編程、網絡架構、大數據等相關技能類課程,商務外語重點提供口語類技能練習。由于學員學習主要是為了提高專業技能,服務于工作,這些領域的課程內容都較為豐富,與實際工作聯系緊密,學習之后利于學員在工作中實踐,對課程內容的專業性及更新的及時性要求也較高,如IT職業教育課程中除傳統經典軟件開發、編程等課程外,對于人工智能等新興技術領域的課程內容開發需求也較為迫切。
證書考試類可以細分為金融財會類、建工類、司法類、公務員類、醫藥類及教師類等領域,這些領域的企業考試導向性較強,除了在課程內容上競爭之外,講師關于配套題庫的講解及輔導練習也是競爭的關鍵點。
除此之外,培訓機構還需打通就業渠道。以IT培訓為例,學員大部分為非IT相關專業求職者、IT專業本專科在讀學生以及IT從業人員,他們參加培訓目的是為了找工作或者說找更好的工作,培訓機構可通過年度訂單招聘、月度雙選招聘、定向上門保障和專場招聘保障等方式來保障學員的就業率,典型企業代表如達內科技、慧科教育等。
2015智能硬件“布局”之年下一個萬億風口
如果說2014年是智能硬件的試探之年,那么2015年是智能硬件的“布局”之年。在硬件復興的“風口”之下,無論是大廠商還是創業公司都已經推出智能硬件產品,或者搭建智能硬件相關的平臺系統。
未來20年,將來到“產業互聯網”的時代,互聯網將改變每一個產業、組織乃至整個社會。產業互聯網所代表的跨界融合成為總的發展趨勢,從最早的零售業到如今的金融、醫療、可穿戴、在線教育、在線旅游以及生活服務的方方面面,傳統硬件領域也將被改變。一個小米是不可能獨攬天下的,智能硬件將會迎來爆發式發展,硬件還是一個新藍海、新起步的市場,互聯網巨頭開始布局“萬物連網”產業鏈。
百度:期待誕生“中國大腦”
2013年,百度頻頻出手與智能硬件創業公司合作,2014年百度圍繞人工智能進行了一系列大手筆的投資,百度選擇技術道路并且以人工智能為核心,就像Google是美國最積極的巨頭一樣,百度與Google都是技術驅動、工程師文化濃厚的公司,創始人都是技術大拿,有著濃厚的技術情結。整個公司研發人員比例和地位都相當高。產品的核心優勢也在于技術,比如搜索、翻譯、地圖、語音,門檻都相當高,人工智能時代同樣是技術為根基。
阿里:全產業鏈推智能產品
從阿里巴巴進入智能硬件領域的資源優勢來看,阿里云計算資源、活躍在阿里云上的創業者,以及淘寶和天貓的電商平臺,都是阿里進入這個領域的重要籌碼。阿里巴巴的動作大部分圍繞家庭場景展開,阿里在智能電視領域牽頭成立了SmartTV聯盟,同時投資華數、文化中國等內容廠商,推出天貓魔盒電視盒,并且與華數合作推出電視支付,要做智能電視生態。在智能家居領域則投資了海爾,與格力等合作在智能家電中接入了阿里云服務。合作為主,投資為輔是阿里進軍智能家庭的策略。
2014年3月,阿里巴巴和美的集團達成合作,雙方將共同構建基于阿里云的物聯網開放平臺,實現家電產品的連接對話和遠程控制。彼時,美的了首款基于阿里云的智能空調,并于天貓商城進行銷售。同時,阿里推出alink物聯網平臺,將云計算、支付、電商等整合在一起,智能硬件創業者可快捷地采用上述資源推出產品。
騰訊:生態構建開啟探索之路
馬化騰曾提出騰訊要做“連接器”,連接人、連接服務、連接一切,其中一個重要部分就是連接硬件。
騰訊方面表示,QQ物聯將通過海量用戶覆蓋、快速聯網、消息觸達、服務擴展、大數據計算、安全穩定、一點接入等七大能力全力扶持傳統硬件廠商,同時攜手越來越多的軟件廠商以及第三方服務企業,共同打造智能硬件生態和服務體系。2015年投入20億去扶持硬件廠商,三年內幫助1000家傳統硬件廠商實現互聯網化。
“互聯網+”:演變的三大階段
第一階段:PC互聯網(過去、死海)
——基于臺式機、筆記本
PC互聯網從第一代計算機誕生至今,互聯網應用在中國越來越普遍,互聯網將改變每一個產業、組織乃至整個社會。進入2015年,互聯網能看到的大部分機會已經被阿里、騰訊和百度三巨頭,以及京東、蘇寧、小米、美團、大眾點評、網易、360等公司瓜分了。PC端已經成為過去、歷史。
第二階段:移動互聯網(現在、紅海)
——基于智能手機、PAD
人類社交的需求,在PC互聯網時代已然存在,進入移動時代后,移動社交媒介由電腦端轉移到手機端,借助移動設備,人類社會之間的聯系更為緊密,這也決定移動時代的生產力應用應該是社交溝通中線上線下的產品。
如果把移動互聯網發展作為一個周期,那么2015年已經進入下半個周期,基于線上線下融合的O2O模式強化延伸到生活服務、應用場景。
第三階段:萬物聯網(未來、藍海)
——基于智能硬件、智能家居
互聯網已叩響了“萬物互聯時代”的大門,在物聯網的推動下,更多的智能設備互通互聯,這不僅是一種需求,同時也是一種趨勢。而需求和趨勢就代表著機會——智能硬件。縱觀全球無論是虛擬現實設備、無人機、智能手環、手表、智能醫療等各個領域甚是火爆,智能硬件正在刮起一場全球矚目的風暴。
如今“互聯網+”、移動互聯網已成“紅海”,智能硬件正成為成為下一代生活、制造的“風口”。
在此背景下,長期致力于產業互聯網化的編寫《智能硬件:下一個萬億風口》一書,為更全面、系統、專業地編著本書,中心本著“開放共贏”的理念,特向全國智能硬件有關典型企業進行優秀案例征集。詳情查看《智能硬件:下一個萬億風口》合作及征訂(100ec.cn/zt/znyj/)另外,旗下“中國智能硬件網”已經上線。
據悉,“中國智能硬件網”主要分為研究篇、產業矩陣、熱門領域、行業領域四大模塊。
研究篇全面系統地集合了智能硬件行業的“干貨”,包括案例、分析、報告文章以及信息圖和盤點、PPT。產業矩陣涵蓋了互聯網派、傳統派、海外派、創客派等熱門行業的研究性文章。在熱門領域中可以看到智能家居、智能物流、智能手環等主要智能硬件行業下的熱門領域。行業領域摘選了智能硬件熱門行業當中的細分領域,如Iwatch、小米手環、菜鳥網絡、京東智能家居等。
成立近十年來,長期致力于打造中國“互聯網+產業”第一智庫。我們的核心研究領域主要包括:制造業、流通業、服務業、金融業的互聯網化。重點研究B2B、C2C、B2C、O2O、互聯網金融、跨境電商等領域。目前,中心內部數據與服務已全面覆蓋了國民經濟各主流行業,包括大宗品、工業品、消費品、生活服務、金融產品在內的供應商、制造商、貿易商、品牌商、渠道商、零售商、分銷商、服務商、平臺商在內的“全產業鏈矩陣”。
進展和趨勢
1.在推進素質教育方面的成效顯著
機器人教育作為一種全新的教育教學實踐,正受到許多學校的重視和關注。筆者從2005年開始接觸機器人教育至今,切身感受到了這一變化。積極參加機器人項目的學生都有一個顯著特點:良好的表達能力、強烈的挑戰精神和競爭意識。這些孩子學習成績優異,在學校的各項活動中表現出眾,具有很強的綜合素質。筆者在與一些校長的交流中發現,這些學生的優異表現,在很大程度上影響了一所學校對機器人教育、素質教育的認知深度。
2.在硬件建設、教材建設和師資建設上不斷完善
機器人教育的硬件環境包括活動室、調試場地、相關電子設備及器材等,軟件主要有機器人教材、課外教學資源、教學策略和教學方法等。幾年來,我國中小學機器人教育在硬件建設、教材建設和師資建設等方面有了長足發展。尤其近5年來,陜西省建有機器人實驗室的中小學校從5所增加到近50所。陜西省教育廳組織了多期中小學機器人輔導教師培訓班,培養了一支機器人教育骨干教師隊伍。
3.各級各類競賽活動廣泛開展
幾年來,參與各級各類機器人競賽的學校和學生人數逐年增多,參與范圍逐年擴大。以全國中小學生電腦制作活動陜西省機器人競賽選拔賽為例,5年來,陜西省累計有130多所學校的近1500名學生參加,參賽項目逐年增多,覆蓋區域逐年擴大,而且機器人教育不再局限于城市學校,已向全省農村學校發展。
4.校外教育初具規模
以陜西省為例,目前機器人校外教育主要有兩種形式:第一種是政府投入的校外教育,從2006年開始由省教育廳牽頭,為全省各縣區的校外活動中心配備教育機器人,已裝備50多個縣區;第二種是由民間資本運營的校外培訓機構,目前主要集中在西安市,較有影響的校外培訓機構有5家。這些培訓機構的最大優勢是:有課程體系、有專業教師(部分培訓教師由省內外有一定影響的機器人輔導教師兼任)。同時,他們的經費有保障(民間資本投資)、投入有計劃,使機器人創新教育的持續發展得以保證。
5.研究探索有了一定發展
在中國期刊全文數據庫中以“機器人教育”、“機器人教學”、“機器人競賽”為關鍵詞,以“主題”為搜索范圍,時間范圍為2005年~2009年進行檢索。
雖然中小學機器人教育方面的研究探索進展較慢,但正受到越來越多的關注。“十一五”全國教育技術研究規劃首次將《普通中學開設智能機器人課程的實踐研究》作為專項課題單列,全國有近20所學校申報并結題。
綜上所述,我們可以得出這樣的結論:中小學機器人教育已經步入了發展的快車道,在學校理念、環境建設、師資建設、競賽活動以及社會氛圍等方面已經具備了一定基礎,其發展趨勢十分明晰,那就是向課堂化教學發展、向學校常規教育教學發展,并在此基礎上,在社會范圍內向個性化教育發展、向社區化教育發展。
問題及原因
1.教育行政部門的激勵機制不夠完善
雖然機器人教育已經得到了國家的高度重視,也形成了良好的社會效應,但總體而言,教育行政部門的引導作用還不夠顯著,尤其是教育部和各省級教育行政部門還沒有出臺切實可行的機器人教育推動辦法。市、縣級教育行政部門缺少國家和省級教育部門的政策支持,在活動資金方面舉步維艱,往往處于心有余而力不足的被動局面。
2.課程標準和評價機制缺失,機器人教學難以走進課堂
教育部于2003年頒布的《普通高中技術課程標準(實驗)》首次在“通用技術”科目中設立了“簡易機器人制作”這一選修模塊,并在“信息技術”科目中也以選修的形式設立了“人工智能初步”模塊。雖然這一舉措在課程標準建設上算是邁出了第一步,但幾年過去了,國家一直沒有對機器人課程或人工智能課程做進一步的完善和修改,尤其是沒有將機器人課程列入考試范圍,學校開展機器人教育既缺少明確的課程大綱指導,也缺少必要的考試評價機制,極大地制約著機器人課堂教學的開展。
3.沒有統一的機器人教材,機器人產品各自為政
國家課程標準的缺失和地方課程的滯后,導致機器人教育缺少統一的教材支持。目前使用的機器人教材大多都由機器人廠家提供。由于此類教材的編寫過程缺乏科學規劃和教育工作者的參與,沒有明確的教學目標,更像是“產品說明書”或“產品用戶指南”,在實際教學中難以發揮作用。國家課程標準的缺失也導致市場上的機器人產品缺少統一規范,生產廠家十分繁雜,且自成體系、互不兼容,開放共享程度很低。尤為重要的是,在投入生產前,對這些產品的論證沒有教育工作者的參與,換言之,這樣的機器人產品沒有教育理念的支持,嚴重降低了其教育價值。
4.機器人競賽的價值導向存在誤區
機器人競賽是普及機器人教育的重要途徑。機器人競賽是一種任務設計導向的教育活動,其根本目的是教育。由于目前機器人教育沒有相應的考試評價機制,機器人競賽成了唯一的“顯性”測評手段,機器人教育的“投入產出效益”很大程度上只能通過競賽來體現。這直接影響了機器人競賽的價值取向――教育價值淡化,競賽成績高于一切。這導致機器人競賽存在商業化運作傾向,學生自主設計的程度降低,比賽中也經常見到惡性競爭現象。
對策與建議
1.教育部門在機制建設、政策完善和課程標準建設方面應切實發揮作用
教育部門要制訂明確的機器人教育發展規劃,在課程體系建設、考試評價和激勵機制等方面加以保障。從目前來看,課程標準和評價激勵措施的制定已經刻不容緩。課程標準是機器人教育發展的風向標,直接決定著教材開發、師資建設的進度,其重要意義不言自明。評價激勵措施對剛剛走上發展快車道的機器人教育更為重要,完善評價激勵措施不僅是對學校和教師勞動成果的尊重,也是不可或缺的行政推動舉措。筆者呼吁政府和教育行政部門盡快出臺相關評價激勵政策,將機器人教育納入中考范圍,提高學校和教師的積極性,使機器人教育常規化、普及化。
2.積極建設、開發校本課程或校本教材
在三級課程體系下,校本課程的開發能夠有效地實現機器人教育的價值。各學校應該根據實際,在合理選擇機器人產品的同時,盡量學內容,逐步對機器人教材進行二次開發,將其轉化為適合學校機器人教學實際的校本教材,并在此基礎上開發校本課程。陜西省西安高級中學在多年開展機器人教學的基礎上,開發了校本教材《智能機器人》,并建設了與之配套的《機器人教育網》;西安交通大學附屬小學也建設了校本教材。這兩所學校的校本教材既能用于常規教學,也是學生課外學習的優秀資源,為中小學機器人校本課程建設做出了有益探索。
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3.加大機器人教師隊伍建設力度
機器人教育的深入發展離不開教師隊伍的建設,教師隊伍建設離不開多層次的教師培訓。一般來說,培訓分為骨干培訓與全員培訓。骨干培訓由省、市教育部門組織,全員培訓則由縣、區教育部門組織,也包括各學校的校本培訓。我們應將骨干培訓與全員培訓相結合、集中培訓與日常學習實踐相結合,重點從教育思想、教學理念和技術素養幾個方面實現師資培養的突破。各學校要保持機器人研究團隊(包括機器人輔導教師和學生)的梯度發展,保證高質量的研究團隊和充足的研究時間,不斷為機器人教育注入活力。
4.不斷完善環境建設
環境建設是開展機器人教育的前提和基礎。各學校要加大投入,因地制宜,積極建設機器人實驗室,不斷完善硬件環境建設,為機器人教育的開展創造條件。同時,各級政府也要在環境建設方面對學校給予支持。
5.處理好機器人競賽與普及教育的關系
機器人競賽的根本價值是其教育價值,競賽是手段,而不是目的。在積極參加競賽的同時,更要注意大面積地對學生進行普及教育,實現競賽與普及教學相互依存、相互促進,避免機器人教育走入“競賽至上”的誤區。這要求我們,一方面要合理利用資源,學校可將競賽機器人和教學機器人分開使用,還可以使用機器人模擬系統或者自主研發一些適合學生動手制作的簡易機器人,解決競賽機器人數量有限導致的“小眾化”問題;另一方面,要積極開發課外學習資源,為大多數學生提供自主學習的平臺,提高學生的機器人素養。
任何新事物的發展和成長都是長期、動態的過程,機器人教育也是如此。中小學機器人教育的發展不僅受社會經濟條件的制約(資金投入、硬件建設等),更與全社會的教育價值觀(應試教育為主的教育體制)和教育發展的自身規律(自適應性和自為性)緊密相關。目前來看,盡快形成切合實際的、具有指導意義的機器人課程大綱是當務之急。
參考文獻
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摘要:物聯網描繪的是充滿智能化的世界:當司機出現誤操作的時候汽車會自動報警;下雨時,窗戶會自動關閉;衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求等。美國權威資訊機構Forrester預測,到2020年,世界上物物互聯的業務,跟人與人通信的業務相比,將達到30:1.有研究機構預計10年內物聯網就可能大規模普及,這一技術將會發展成為一個上萬億元規模的高科技市場,其產業要比互聯網大30倍。因此,物聯網將是繼互聯網之后又一次給社會、經濟各方面帶來跨越式發展得技術變革,已引起了各國各領域的密切關注和研究。
關鍵詞:物聯網;高科技;技術變革
1.引言
然而,物聯網研究和開發的機遇更是挑戰。物聯網的發展需要一個寬松的環境以及產業鏈的共同努力,這樣才能實現上下游產業及跨產業的聯動,形成產業的聯盟,帶動整個產業鏈,共同推動物聯網發展。這就要求我們能夠從深層次發現和解決物聯網中的關鍵理論問題、攻克技術難點及將物聯網研究和開發的成果應用與實際,則我們就可以再物聯網研究和開發的挑戰中獲得發展得機遇。否則,我們只會在物聯網研究和開發上浪費時間和資源,又一次錯過了在科學和技術領域發展的機遇。
2.發展現狀和目標
2.1發展現狀
無線射頻識別產業市場規模超過100億元,傳感器市場規模超過900億元,其中, 微機電系統傳感器市場規模超過150億元;機器到機器終端數量接近1000萬,形成全球最大的M2M市場之一。
2.2發展目標
我國物聯網發展的十年目標是把我國初步建成物聯網技術創新國家。教育部工信部授權理工科高校開設物聯網課程,為學生傳授物聯網相關課程,但凸顯劣勢的是,師資相對缺乏。可喜的是有華清遠見這樣的物聯網工程師培訓機構。總體來講物聯網產業在中國的發展令人期待。中國物聯網產業發展目標有以下三點。
(1) 自主創新能力明顯增強,攻克一批核心關鍵技術,在國際標準制定中掌握重要話語權,初步實現“兩端趕超、中間突破”即在高端傳感、新型RFID、智能儀表、嵌入式智能操作系統、核心芯片等感知識別領域和高端應用軟件與中間件、基礎架構、云計算、高端信息處理等應用技術領域實現自主研發,技術掌控力顯著提升;在M2M通信、近距離無線傳輸等物聯網網絡通信領域取得實質性技術突破,躋身世界先進行列。
(2) 具有國際競爭力的產業體系初步形成。在傳感器與傳感器網絡、RFID、智能儀器儀表、智能終端、網絡通信設備、等物聯網制造產業,通信服務、云計算服務、軟件、高端集成與應用等物聯網服務業,以及嵌入式系統、芯片與微納器件等物聯網關鍵支撐產業等領域培育一批領軍企業,初步形成從芯片、軟件、終端整機、網絡、應用到測試儀器儀表的完整產業鏈,初步實現創新性產業集聚、門類齊全、協同發展的產業鏈及空間布局。
(3) 物聯網應用水平顯著提升。建成一批物聯網示范應用重大工程,在國民經濟和民生服務等重點領域物聯網先導應用全面開展;國家戰略性基礎設施的智能化升級全面啟動,寬帶、融合、安全的下一代信息網絡基礎設施初步形成。
從網絡發展角度看,今后10―40年發展物聯網技術的第一要務是要建設讓大眾快捷獲取信息和知識、能有效協同工作、生活更加高品質的信息網絡。網絡技術經濟寬帶化、移動化和三網融合,走向下一代互聯網,進一步向后IP時代的新網絡體系發展;物聯網從監視、控制、反饋一體化,向泛在網絡發展;在網絡服務方面基于物聯網的現代服務業快速發展普及。網絡媒體進入主流媒體,傳統媒體與網絡媒體的融合,聯合構建媒體輿論引導的新格局。云計算平臺為物聯網提供支持環境;物聯網科學將從交叉學科融合,向完善的網絡信息論發展。物聯網相關技術和服務將相互影響,實現人類向往的充滿智慧、更加美好、幸福的物聯網時代。
3.主要任務
(一)大力攻克核心技術。(二)加快構建標準體系。(三)協調推進產業發展。(四)著力培育骨干企業。(五)積極開展應用示范。(六)合理規劃區域布局。(七)加強信息安全保障。(八)提升公共服務能力。
4.前景分析
物聯網是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備。物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后,世界信息產業的第三次浪潮。根據美國研究機構預測,物聯網所帶來的產業價值將比互聯網大30倍,物聯W將成為下一個萬億元級別的信息產業業務。
2011年12月,醞釀已久的《物聯網“十二五”發展規劃》正式印發。《規劃》明確,將加大財稅支持力度,增加物聯網發展專項資金規模,加大產業化專項等對物聯網的投入比重,鼓勵民資、外資投入物聯網領域。《規劃》提出,到2015年初步完成產業體系構建的目標:形成較為完善的物聯網產業鏈,培育和發展10個產業聚集區,100家以上骨干企業,一批“專、精、特、新”的中小企業,建設一批覆蓋面廣、支撐力強的公共服務平臺。“十二五”期間,物聯網將實施五大重點工程:關鍵技術創新工程、標準化推進工程、“十區百企”產業發展工程、重點領域應用示范工程以及公共服務平臺建設工程。其中,重點領域主要涉及智能工業、智能農業、智能物流、智能交通、智能電網、智能環保、智能安防、智能醫療和智能家居等。
從物聯網的市場來看,至2015年,中國物聯網整體市場規模將達到7500億元,年復合增長率超過30.0%。物聯網的發展,已經上升到國家戰略的高度,必將有大大小小的科技企業受益于國家政策扶持,進入科技產業化的過程中。從行業的角度來看,物聯網主要涉及的行業包括電子、軟件和通信,通過電子產品標識感知識別相關信息,通過通信設備和服務傳導傳輸信息,最后通過計算機處理存儲信息。而這些產業鏈的任何環節都會開成相應的市場,加總在一起的市場規模就相當大,可以說,物聯網產業鏈的細化將帶來市場進一步細分,造就一個龐大的物聯網產業市場。
據思科最新報告稱,未來10年,物聯網將帶來一個價值14.4萬億美元的巨大市場,未來1/3的物聯網市場機會在美國,30%在歐洲,而中國和日本將分別占據12%和5%。
示范工程
《物聯網“十二五”發展規劃》圈定9大領域重點示范工程,分別是:智能工業、智能農業、智能物流、智能交通、智能電網、智能環保、智能安防、智能醫療、智能家居。
[關鍵詞] 學習型導游 網絡試題庫 自測/考評系統
一、引言
體驗經濟時代的到來推動觀光旅游向休閑度假旅游轉型,當代的旅游者比以前更有知識、更加挑剔,興趣和愛好也更加廣泛。參與休閑度假的游客已不滿足“到此一游”式的視聽感知需求,他們追求全方位的身心體驗,這就要求導游內容個性化,導游方式多元化,導游服務人情化。
建構主義認為,真正意義上的知識不是通過教師傳授得到的,而是學習者在一定的情境背景下,借助教師和他人的幫助,利用必要的學習資料,通過意義建構的方式而主動獲得。導游知識學習的成效取決于導游根據自身經驗去建構導游知識的能力,而不取決于學生記憶和背誦導游知識的能力。然而,目前絕大多數高校和培訓機構習慣采用高強度、反復式集中訓練的方式,讓學生反復背書、背考題,以此來提高考試的通過率。往往導致學生即使是能夠考上導游證,也不一定具備帶團的能力。
為了擴大學生的學習空間,提高學習效率,同時也能提高學生參加導游資格考試的通過率,更重要的是從一定程度上培養學生自主學習的能力,本文提出了“導游資格考試系列課程網絡試題庫和自測/考評系統”的構建思路。
二、“學習型導游”的概念
“學習型導游”是適應當代旅游轉型,以終身教育為指導思想,以能動性知識教育為基礎,以能力、素質教育為目標,專業基礎扎實、學習能力和綜合應變能力強,具有創新精神的應用型導游人員。不僅具有較高的智商,掌握各種有效學習方法和手段,具備主動學習、不斷更新知識的能力和提升服務技能的能力;而且具有較高的情商,能夠根據游客需求提供個性化的服務,同時具備自覺、不斷提升自身綜合素質的能力。其關鍵素質體現在能夠主動對自己提出學習要求、制定和實施學習計劃,并達到預期目標。
三、“導游資格考試系列課程網絡試題庫和自測/考評系統”構建的背景
隨著數字技術應用到教育領域,數字化校園成為現代學校發展的方向。數字化校園是以網絡為基礎,利用先進的信息化手段和工具,實現從環境(包括設備、教室等)、資源(如圖書、講義、課件等)到活動(包括教學、管理、服務、辦公等)的全部數字化,在傳統校園的基礎上構建一個數字化空間,以拓展現實校園的時間和空間維度,從而提升傳統校園的效率,擴展傳統校園的功能,最終實現教育過程的全面信息化。
網絡教學是數字化校園的重要組成部分,而網絡試題庫是開展網絡教學的重要輔助手段,它與計算機網絡技術緊密結合的,是現代教育中日益發展的新興教育技術和重要手段,具備廣闊的應用前景。網絡試題庫的開發對于促進教學方法和教學手段的現代化,提高教學質量和效率具有十分重要的意義。
導游資格考試系列課程是多數高校旅游專業重要的專業入門課,學生對這些課程特別重視。“導游資格考試系列課程網絡試題庫和自測/考評系統”(以下簡稱“自測/考評系統”)不僅可以讓學生平時上網自學、可以對學生進行期末考核,還可以為學生參加導游資格考試開展模擬訓練。
四、“自測/考評系統”的功能
“自測/考評系統”借助網絡平臺,主要具有智能組卷,人機對話和自我測試三大功能。
1.智能組卷功能。一般來講,要想出一份較為全面、準確測試學生掌握有關知識的試卷,通常由具有一定出卷經驗的教師,經過一定時間的研究,方可完成。而所謂的智能組卷,就是將人工智能技術與專家的組卷知識和經驗結合起來,利用計算機程序來完成試卷內容的組織和編制,使制作出的試卷達到測試水平。
2.人機對話功能。人和計算機之間能直接對話,學生運用口令登陸后,系統能自動組卷;教師能進行后臺管理,對試題有修改、刪除權利。計算機根據人輸入的指令進行運作,實現人預期的結果;人根據計算機輸出的試卷進行學習、測試。既能反映教師和網絡的互動,也能反映學生跟網絡的互動,還可以為教師和學生提供交流的平臺。
3.自我測試功能。該試題庫的所有試題均為選擇題,反映了導游資格考試系列課程的考試大綱要求。學生考滿80分,可以認為通過考核,不滿80分,可以重新組卷再進行考核,以此考核學生對基礎理論知識的掌握,同時又可以將其作為考試前自我模擬測試的工具。系統可以輸出單個學生的成績,也可以根據學生輸入的學號自動按班級進行組合后輸出整個班級的成績單,還可以對成績進行統計。
五、“自測/考評系統”的模塊構建與解析
系統設定試題管理、試卷管理和評分管理三大模塊。其中,試題管理具有添加、編輯和刪除等功能;試卷管理包括自動組卷、人工組卷、編輯試卷、刪除試卷和打印輸出等功能;評分管理包括成績評定和成績輸出功能。具體框架設計如圖1.所示。
1.命題
系統中的命題必須做到以下幾點:(1)題型、整體分布必須合理、客觀;(2)對難度系數和可信度要有科學、系統、定量的管理;(3)試題的文字表述準確、應用意義明顯;(4)參考答案正確,具有一定的客觀性。
首先,要有資深教師根據全國導游資格考試的考試大綱對系列課程的重點難點進行剖析;其次,根據大綱要求進行命題,由于網絡試題庫更適合完成客觀題的評定,因此所有的命題以選擇題或判斷題的形式出現,人工命題需達一定的數量;第三,編寫所有命題的標準答案,答案以字母A/B/C/D的形式呈現;最后,將所有的試題及標準答案輸入系統。
2.組卷
組卷是“自測/考評系統”的核心內容,它是一個智能組卷的過程。組卷是整個“自測/考評系統”的研究重點,也是難點。
該過程完成的好壞將直接決定試卷的質量。
智能組卷可以分為手動組卷和自動組卷兩種形式。
手動組卷主要是針對教師使用的,教師根據考試的特定要求起用試題的查詢功能,在查詢的結果中選擇相應的試題生成試卷,在選題過程中也要考慮該題是否被選過,如果對試卷中某些試題不滿意還可以刪除,滿意后生成試卷,同時形成本試卷的標準答案。
自動組卷多用于學生測試,相對較為復雜,需要綜合考慮很多因素,按照事先輸入電腦程序的組卷策略,通過控制參數的輸入進行組卷。這些參數包括試卷總分、試題選取范圍、試卷從導游資格考試系列課程的哪些課程或哪些章節中進行選取、試題的數量和分值、試卷的整體難度等,根據這些參數值,對試題進行隨機排序后生成試卷和本試卷的標準答案。
3.評分
評分是一個系統自動完成檢測并對成績進行評定的過程。學生上網后根據預先設定的口令登陸,隨機選卷進入測試系統,在程序設置規定的時間內進行自我測試,測試后將答案提交系統。系統自動進入評分系統,顯示自測成績。由于導游課程的特殊要求和對導游學習能力的特殊要求,評分管理設置“80分通過制”,學生測試達80分,系統自動顯示“通過”,學生可自由選擇推出或繼續選卷答題;如“未通過”,可直接進入重新組卷模式再次進行測試。
六、結論
基于“學習型導游”培養的“導游資格考試系列課程網絡試題庫和自測/考評系統”的構建,可以極大擴大學生學習空間,提高學生對導游考試系列課程的學習效果。系統具有一定的智能性和客觀性,為學生學習、復習、自測、考評提供了一個自主的平臺,對學生自主學習能力的培養有極大的推動作用。該系統的建成將會有很大的推廣價值,不僅在高校旅游專業的教學中得以推廣,還可以服務于培訓、服務于考證。
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關鍵詞:輪機模擬器;船舶電站;故障設置與排除
首先,航海類教育具有國際性。航海類專業教育必須符合國際海事組織IMO關于《海員培訓、發證和值班標準國際公約》(簡稱STCW78/95公約)的要求。我國海事管理部門根據IMO的要求制定了新的《中華人民共和國海船船員考試、評估和發證規則》。新的公約、規則強調對對船員實際操作技能的重視程度。其次,按照STCW78/95公約的要求,從2002年2月1日開始,船舶崗位編制中不再設置船舶電機員這一崗位,原來由電機員承擔的工作將由輪機員來承擔,要求輪機員具備船舶機電設備的使用、管理、日常維護能力,并具有分析處理機電常規故障的能力。因此,加強培訓,努力提高輪機員對船舶電站的管理水平,將輪機管理與船舶電氣管理有機結合起來,是目前各航海院校及船員培訓機構需要強調的一項訓練目標,以期達到STCW78/95公約“功能發證”的要求。
1模擬器系統組成與功能
1.1系統配置與組成
WMS2004輪機模擬器以中國海運(集團)總公司所屬的5668TEU集裝箱船為母型,采用先進的計算機實時仿真技術、全物理過程數學建模技術、計算機監控技術、人工智能技術、多媒體技術及基于客戶-服務器模式(C/S)網絡技術等多項先進技術。系統主要由船舶電站系統、船舶操縱控制系統,船舶主機操縱系統組成。
1.2輪機模擬器功能
輪機模擬器是現代航海教育的必備設施,是一種通過仿真硬件及軟件相結合的方法,可建立一個逼真的船舶機艙工作環境,并可進行操作、值班和故障設置于排除等訓練的系統。整個系統的特點是:操作靈活、教學直觀,使學員有一種身臨其境的感覺。輪機模擬器教學作為輪機專業的一種實踐性教學手段有其特定的意義,能使學員在實驗室中,就能感受到作為一名輪機工作人員,在船舶航行途中所應做的工作及面臨的一些問題,通過實訓,可以提高學員應急反應和處理能力。
2船舶電站的實踐教學
船舶電站是產生并連續供給輔助機械及全船所需電能的設備,它由原動機、發電機和附屬設備及配電板組成,是船舶電力系統的核心部分。船舶電站具有能能正常發電并能向全船用電設備正常供電的能力,是現代船舶的重要設備之一,船舶電站性能的好壞,將直接影響船舶的運行情況。因此,我們通過對船舶電站中柴油機的供油系統、系統、冷卻系統、及船舶電站操作系統等各個環節從原理上進行分析,并進行必要的可靠性試驗,通過對試驗數據的分析,以確保船舶電站的正常運行。
航海類專業是一門應用性和實踐性非常強的學科,具有和一般專業教育不同的地方,尤其重視對學員的動手能力、判斷能力和決策能力的培養,因此必須拓寬航海類實踐教學的改革思路、建立與國際公約接軌的實踐教學體系是航海類教育專業的重要改革思路。我們在研究了IMO的STC公約及我國還是管理機構制訂的《中華人民共和國海船船員考試、評估和發證規則》的基礎上,經過充分的研究與調研,確定船舶電站的實訓方案。
實訓方案的設計是影響模擬器訓練效果的重要因素之一。因此,在實訓項目中尤其強調對故障的設置與排除方案的訓練。為此,筆者主要設置了以下這些訓練方案:
船舶電站的操作基本訓練。實訓內容主要包括:(1)發電機手動、自動準同步并車;(2)并聯運行發電機組的負荷轉移及分配;(3)發電機組的解列;
船舶電力系統的繼電保護及主要故障的判斷和排除。主要包括:(1)自動空氣斷路器的維護;主要故障的判斷及排除;(2)發電機外部短路、過載、失(欠)壓和逆功率故障的判斷;(3)無功功率分配裝置故障的判斷及排除(均壓線、電壓調整裝置);(4)船舶電網絕緣降低和單相接地故障的查找;
船舶電站的管理與維護。主要包括:(1)主配電板安全運行管理要求;(2)發電機主開關跳閘的應急處理;(3)船舶應急配電板的管理與維護;(4) 岸電箱的使用及其注意事項
通過對以上這些項目的單個與多個設置,使學員了解船舶電站的并車、解列等基本操作方法及日常的維護與管理,同時熟悉常見典型故障發生的現象、分析可能產生該故障的原因、確定相應的故障排除路徑。通過在模擬器中的反復訓練與操作、分析判斷和處理,提高學員的應急反應和處理能力。
3結束語
輪機模擬器在實踐教學中的應用,創造了良好的實踐性教學環境,提高了輪機實踐教學中操作技能訓練的條件。通過對船舶電站實訓項目設計,有利于學生更快的適應船舶電站的實際工作情況,增進對電站的了解。學生通過在這種逼真環境下的訓練,對培養學生在船舶緊急工況下的應急處理能力特別有效,且臨場感很強,可極大地激發學生的學習興趣和主動性,顯著提高學生分析問題和解決問題的能力。
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關鍵詞:網絡教學平臺;網絡評測;B/S;Java EE;數據庫;分布式
中圖分類號:TP311文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2012)08-1811-03
The Research and Application of Network Evaluating Platform
CHEN Li, WANG Hong-yu
(Xiangyang Technician College, Xiangyang 441002, China)
Abstract: The network evaluating platform is a core component of the network teaching platform, and the network evaluating system is an inevitable trend of the reform and development for the course test system. Based on the full analysis of the requirement of the exam, we have implemented a versatile distributed network evaluating system adopting Java EE technologies and SQL Server database. Details of the solution of the system requirements, design and some of the key issues have been presented. The system designed using the B/S structure, and can be run on the LAN and the Internet.
Key words: network teaching platform; network evaluating; B/S; Java EE; database; distributed
目前基于客觀試題的駕照筆試,基于客觀和主觀試題的職稱計算機考試和全國計算機等級考試,都已經在全國得到普及,說明了網絡評測系統是完全可行的。但另一方面,由于現在的各種考試系統由于組卷模式、適應性等多種原因,考試效果及應用情況并不理想,很多教育部門的課程還沒有采用網絡評測系統。
很多大中專院校和中小學大部分課程的平時考核和期中、期末考試的試題基本上都是靠手工進行,考試一般要經歷出卷、審批、印刷、分發、考試、監考、收卷、點卷、閱卷、算分、核分、登分、分析、裝訂存檔等過程,教師需要每學期制定考試試卷,全校試卷的打印工作也是一項耗資耗時的工作,考試成本極高。工作效率低,手工改卷也不利于具體到試卷題目正確率和知識點掌握情況的分析。閱卷、統計分數過程中教師的工作繁瑣,而且考生增多時教師的工作量也相應增加,工作時間長,并且手工統計分數極易加錯,需要反復核對加分。人工閱卷存在著人為因素導致成績誤差等不公平現象。反饋能力弱,試題選擇隨意性大,對成績的分析停留在平均分、及格率等表面層次上,難以統計出學生對各個知識點的掌握程度,因此教學不能對癥下藥。
教育部門迫切需要改革傳統的考試方式,采用網絡無紙化考試代替傳統的考試,以減輕教師的工作量,提高工作效率和考試質量,為學生提供一個公平、公正的考試環境,激發學生學習的積極性、主動性。在教學實踐中應用基于網絡的考試系統,能將教師從繁瑣、重復和容易出錯的工作中解脫出來,提高工作效率。自動化組卷和無紙化考試是一個很重要的方向。計算機閱卷速度快,系統可以在考試結束時當場給出考試成績,給了考生最大的公平感。網絡考試系統以準確、高速、網絡化的信息技術為手段,實現了練習、測驗過程各環節的高度自動化、科學化和教學反饋信息的深度挖掘。系統通過提高測驗考試的效率、增強測驗考試的反饋效果、揭示學生知識能力的局部缺陷,使教與學都更有針對性,從而提高了學校的教學水平,將教師從單調繁重的勞動中解放出來,將學生從無邊無際的題海中解放出來。
使用網絡考試系統,教師平時可以有效地收集試題,考試時的組卷將變得輕松愉快,煩瑣的評卷工作交給計算機去做,計算機還能幫助教師分析出教學的薄弱環節,統計各知識點各試題學生的掌握情況等等。網絡考試系統的運用大大降低了教師的工作強度,大大縮短了測驗周期,使測驗更科學、更能發揮統計價值,提高工作效率。
網絡評測平臺應用的一個層次是無紙化考試逐步完全替代傳統考試,另一個層次是作為課堂考試的合理補充手段,以期達到多側面、深層次考察學生的知識結構和技能掌握情況的目的。
目前不少系統采用的是C/S模式和共享目錄方式,這種架構有不少缺點,如安全性低,部署困難,耗費系統資源等。當然,技術的先進與否不能作為評判一個教學平臺的好壞的關鍵,只有最適合教學需求的才是最好的。
1需求分析
網絡評測系統的主要業務流程如圖1所示。
圖1系統流程
1.1功能性需求
系統能滿足日常教學中的期中、期末等考試使用;平時基于題庫的練習使用;平時布置作業、批改作業、統計作業情況的作業管理使用。
從“誰用該系統?用系統做什么?”的視角來分析,強調系統為用戶服務提供有價值的幫助。使用系統的有管理員,教務(考務)員、教師、學生四種角色。管理員主要進行數據備份和清理,管理教務員。教務員主要是管理考試科目、安排任課老師,設定考試名單,安排考試場次,管理考試題型,通知等。教師主要是出題建立題庫,設定考試模板或組卷策略,批改主觀題,管理知識點,查看成績統計分析結果等。學生主要是參加考試,參加練習和模擬考試,查看有關通知,查看成績和練習積分等。
考試分為兩種模式,正式模式保存考生答案,練習模式不保存考生答案,在到達規定的考試時間將自動交卷并結束考試;兩種考試模式都可以采用固定或隨機試卷。對于自動組卷的試卷,教師只需設定題型、難度、知識點、題量、分值,系統將在學生考試時隨機地從題庫中抽取試題進行。
客觀題系統自動評分,主觀題由教師批改。靈活的考生帳戶管理方式,教務員可以方便地維護考生帳戶,設定考試名單,如取消考試資格、緩考等。方便的數據導入導出,能與其他系統進行數據共享。數據如試題,成績,學生名單,排課信息,考場安排等。多科目同時在線考試。
統計分析:統計學生總體的得分情況,用圖形表現各分數段的學生人數,從而了解學生總體的掌握情況;分析各知識點的得分,了解各知識點的掌握情況等。
1.2非功能性需求
安全性好,如禁止兩臺或者兩臺以上的計算機使用同一帳號同時登陸系統,如防止直接在數據庫端修改成績等。可靠性高,如防斷電和死機等。通用性,擴展性,靈活性好,能適應學校、企業、培訓機構、遠程教育等不同課程使用。
2總體設計
根據系統需求,模塊劃分如圖2所示,包括出題模塊、組卷模塊、考試模塊等。
數據庫設計如圖3所示,主要包括各角色用戶表、題型表、知識點表、練習積分表、各題庫表、試卷模板表、科目表、選課表、考試場次表、學生答案表、成績表、試題正確率表、通知新聞表等。
3關鍵問題及解決方案
網絡評測系統有以下關鍵問題:
安全可靠性:通過數據備份,確保數據安全。為防止舞弊,對題庫及試卷試題、考生答案、考生成績加密保存[3,6]。死機、掉電無關性,解決方法是:在學生開始答卷時系統保存生成的試卷,在學生每答完一道題后自動保存該題做答,當出現意外情況導致考試中斷時,考生可在監考老師允許二次登錄情況下重啟計算機繼續考試。
性能:對于大規模的考試來說,網絡的安全和傳輸質量問題是至關重要的,否則容易造成網絡阻塞,影響考試正常進行。分析整個考試過程,并發事件發生在考試的開始與結束過程。考生的所有課程的答卷記錄全部保存在一個表中,在用戶數量比較多時,可能會造成該表過于龐大,造成訪問的性能下降。解決方法是:在執行與數據庫相關的操作時進行性能優化,如聯接數據庫的過程是一個開銷大且耗時的操作,通過聯接池和數據源獲取聯接;通過使用PreparedStatement對象來操作數據庫;多用存儲過程,少用觸發器;只取需要的結果集等。通過學生每答完一道題后自動保存該題做答,減少最后同時交卷的并發處理。可以在很多人同時考試 時使用同一題庫,建立多個考試服務器,然后單獨或匯總答卷庫來批閱、備份、存檔的方法來減少負載,提高性能。
組卷方法:在自動隨機組卷過程中,要充分考慮試題的知識點和難度和出題量和分值,要滿足老師的教學考察重點,使生成的試卷更合理,要具有很強的可控性。如果同題型同知識點的試題重復出現情況較嚴重,將違背組卷原則。這是實現中的一個難點。要求組卷算法最好能有一些自適應性和自主性,能夠使用一些專家系統的方法,使組卷時能對已有試卷有一定的分析,可以進行難度題的調整,即使之具有一定的智能組卷功能。文獻[5]針對上述問題,根據伯努利大數定律、機器學習思想和人工輔調整,進行基于題庫自適應考試系統的設計和實現。遺傳算法是一種模擬自然界生物進化過程的計算模型,可以避免題庫在隨機搜索的盲目隨機性,并能從群體中選擇滿足條件更優的個體,具有很強的智能性。文獻[2,8]基于改進型遺傳算法的組卷策略自動生成試卷,既能滿足試卷的約束條件,又能滿足老師的教學重點,兼有隨機性和科學性,同時還較大的提高了組卷效率。文獻[4]設計了基于人工魚群算法的組卷算法。本系統采用數據分區和遞歸算法。老師可通過設置試卷模板來控制組卷,讀取模板信息,將模板中的題型,數量,知識點,難度系統等保存到一個二維的數組中,然后循環遞歸來隨機自動組卷。
主觀題的自動判卷:對于非客觀題(如論述、問答、寫作、過程計算等)的自動批改技術涉及到人工智能、模式識別和自然語言理解等方面,是網絡考試系統亟待解決的技術難點之一。本系統采用交給教師批改方式。
圖2系統結構圖
圖3系統物理數據模型(PDM)
4結束語
網絡評測系統可用于學校、企業、培訓中心、遠程教育等實現無紙化考試。系統功能全,使用方便,具有較好的安全性、可靠性、擴展性、通用性、靈活性。實踐證明可方便教育部門存檔;大大減輕教師、教務員工作負擔,提高工作效率;讓學生感到了考試的公正、公平;還可以有效地幫助教師統計、分析,提高教學效果。系統下一步的研究方向是繼續改進組卷算法和主觀題的自動批改。
參考文獻:
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1 游戲行業發展的現狀
游戲作為一個行業真正發展起來是從上世紀70年代之后,電子技術的飛速發展帶動了游戲行業的發展。特別是計算機技術的飛速發展和個人電腦、移動設備的廣泛普及,為游戲提供了廣闊的平臺和眾多的用戶。巨大的市場需求為游戲行業的發展和建設提供了新的契機。游戲行業對人才的需求也極大地推進了游戲教育的發展。全球首家游戲設計教育機構――DigiPen理工學院從1994年開始與任天堂聯手創建游戲教育基地,培訓電腦游戲技術和設計專業人才。隨后各院校相繼開展游戲教育,游戲逐漸獨立成為一門學科,并進一步細分為游戲美術和游戲編程技術兩大專業,提供從本科到博士的人才教育。
游戲開發不只是需要熟練的計算機游戲編程技術,還需要游戲開發者具有相當的藝術修養,比如說游戲背景、劇情、游戲美術、模型、游戲動畫、游戲特效等眾多的內容。這也對游戲開發行業人才的培養提出了更高的要求。雖然我國很早就在大學開設了計算機專業,但將計算機技術應用到游戲開發方向,專門成立以游戲開發為目的的相關專業卻是在本世紀初的事情。2004年浙江大學成立數字媒體與網絡技術專業,以游戲編程技術為主要培養方向。各高校根據自己的技術力量特點,分別以技術和藝術為主要方向培養游戲開發人才,紛紛成立數字媒體技術或數字媒體藝術專業。從事游戲開發的企業也紛紛面向應屆本科畢業生招收學員,為自己或者社會培養游戲開發專業人才。
隨著電腦、手機、平板等各游戲運行平臺的飛速發展,行業對游戲開發人才的需求在質量上對學校和培訓機構提出了更高的要求,在數量上更是需要大量的人才。如何改革游戲教育教學體系,為行業培養出滿足企業需求的合格人才,是擺在高校面前的重要問題。
2 游戲的特性
2.1 娛樂性和參與性
娛樂是游戲的天性。游戲的主要目的是讓人獲得快樂的感覺。參與性是讓游戲的參與者以當事人的身份進入游戲,有身臨其境的感覺,讓玩家認為自己不是在玩游戲而是在創造。
2.2 交叉性
游戲專業是一個交叉性很強的學科。一款游戲從構思、設計到最后在計算機上用編程語言實現,直到最終在各種硬件軟件平臺上,需要文學、藝術、到建模、編程等眾多學科的知識。一款優秀的游戲需要有良好的故事背景、情節發展,需要藝術方面的人才根據故事背景、人物的性格特征等內容創造符合人物特征的圖像、模型等素材內容,然后需要電腦編程人員編程實現。此外,還需要諸如動畫、特效、聲音效果等內容的知識。正因為如此,目前和游戲開發聯系緊密的數字媒體專業在不同的高校分為數字媒體藝術和數字媒體技術兩個,以便各高校根據自身的師資情況確定自己的培養方向。而真正的技術和藝術的融合只能是當學生走上工作崗位后,在行業企業里潛移默化地融合。
3 高校在培養游戲人才方面的優勢
游戲人才的培養從游戲制作流程上可以劃分為游戲策劃人才、美術人才、聲音特效人才、游戲程序設計人才、游戲運營、管理和服務人才等。游戲人才培養是一個系統工程,極強的學科交叉性要求培訓機構掌握游戲開發流程所需要的各類人力、物力資源。不過考慮到游戲方向的人才培養目標不是要培養大而全的全能型人才,所以,國內大多數高校在設置游戲方向人才培養目標時,往往是結合本校的技術優勢特點,充分發揮學校的專業特色,在游戲開發的某一個特定的方向重點培養,而對于其他自己不是特別擅長的方面只是做一個入門性質的簡介。中國傳媒大學的數字媒體藝術專業在游戲人才的培養上主要培養游戲藝術方面的專業人才。結合學校的特色在美術、動畫、平面設計、影視特效、角色和道具建模等方面的特長培養藝術方面的人才。而像浙江大學等一些理工類的院校,借助理工科背景的傳統優勢,設立了數字媒體技術專業,在教學過程中主要側重于游戲行業技術人才的培養,主要開設計算機網絡技術、人工智能、人機交互、程序設計、動畫、建模等方面培養游戲行業的專業人才,并與藝術學院合作共同開發游戲項目。
4 高校游戲人才培養模式改進措施
4.1 加強實踐類課程的設計和建設
游戲專業人才培養大多數是要培養從事游戲開發的應用型人才,而對于游戲理論性研究人才的培養少之又少。但是在我國有不少高校的人才培養模式仍然是沿襲了傳統的人才培養模式,重理論輕實踐,這和游戲人才培養目標是背道而馳的。從歐美發達國家在游戲人才培養的成功模式上來看,無不是非常看重實踐類課程的設計和建設,這樣做不僅有利于讓學生更好地掌握理論知識,更能充分地將理論和實際應用結合起來,以便于更加適應游戲行業的需求,同時也有利于培養從事游戲設計與開發工作所必需的職業道德與行為規范。
4.2 大力推進科研項目與教學相結合
高等學校是科學技術文化的最高殿堂。目前,一所學校知名度的高低,主要看他所承擔的科研項目級別的高低和以該高校為第一作者單位發表在高等級的學術期刊上面的論文的數量。因此,有些高校為提高學校的知名度,大力支持學校的科研建設,允許這部分教師將全部精力投入到科學研究和論文的發表上,而不需要完成一丁點兒的教學工作。這樣做在一定程度上提高了學校的知名度,但對于高校的另外一個職能,即為社會培養人才上卻無多大益處。大力推進科研項目與教學相結合,以科研項目推進專業水平的發展,將科研成果應用于教學提升專業人才培養的水平,做到科研教學兩不誤。
4.3 注重培養游戲行業的人文價值觀
任何一款成功的游戲背后無不包含著藝術、文學、背景文化等方面的內容。任意一款游戲都不是空蕩蕩的。通過加強對游戲開發方向人才的游戲文化方面的培養,探討社會文化和游戲的本質之間的聯系,進而引導學生進行游戲的創作,將社會、文化以及對人生的思考融入到游戲創作中,使人文價值貫穿于游戲教育的全過程中。同時,跟進前沿科技成果,把握專業建設與人才培養的方向,培養特色鮮明的游戲教育學術價值觀。
4.4 建立多元化的師資隊伍
我國的游戲教育起步較晚且教師隊伍中大多數都沒有社會工作經驗,一般都是直接完成了從學生到教師這一角色的轉變,即畢業后直接進入高校教師隊伍,基本沒有什么行業從業經驗。學校在建設游戲專業教師隊伍時大多采用的是讓教師進行轉型發展,這對游戲專業的發展及人才的培養是遠遠不夠的。因此,借鑒歐美高校游戲教育的經驗,建立多元化教師隊伍,游戲方向的基礎專業課程由具有相關知識的專業教師承擔,另外,從游戲行業聘請具有豐富經驗的工作者和精英到學校來講課,把從業者的工作經驗帶入課堂,使游戲教育貼近實戰。
4.5 采用校企聯合培養的模式,對即將畢業的高年級學生進行企業員工式培訓
以培養游戲行業公司急需的實用型人才為目的,加強學校與行業企業的合作,采用校企聯合培養的模式,對即將畢業的高年級學生進行企業員工式的培訓高年級的學生經過幾年的在校學習,已經基本掌握了游戲開發行業所需要的基本知識,他們所欠缺的是對整個游戲開發流程的切身體驗和對以往所學知識的認識和提高。通過最后的職業培訓,可以讓學生切身體驗到游戲開發的各個環節,對游戲開發過程中的分工與合作有更深層次的了解,并且讓學生對自己畢業時應該選擇一個什么樣的適合自己的工作有了一個更加清楚的認識,到底是從事設計創作還是編程開發。