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摘 要:多媒体教学手段的引入,极大地增加了课堂的信息量,丰富了课堂教学的表现形式,但是同样也暴露了教材信息量不足、多媒体教学素材匮乏等问题。本文结合作者的教学实践介绍了在备课过程中利用Internet搜索引擎拓展多媒体教学内容、丰富多媒体课件素材的方法。经过32学时的“人工智能”本科生课程实践,验证了该方法的可行性和有效性。
关键词:搜索引擎;多媒体教学;备课
中图分类号:G434
文献标识码:B
图文声像并茂、形象生动直观是多媒体教学最基本的特点。多媒体可以在较短时间内提供较传统教学模式更多的信息,提高教学效率,这是多媒体教学最突出的优点。此外,多媒体教学能够充分发挥计算机网络的辅助教学功能,学生可以从网络上查阅教师的电子邮件和教辅资料,最大限度地节约教育资源,把教师从传统的教学模式中解放出来,从而有更多的时间和精力应用到科研、教研等创造性工作中去。但是在多媒体教学备课中也暴露出一些新的问题,比如信息来自哪里?多媒体课件的素材来自哪里?
Internet是一个巨大的信息资源宝库,充分利用Internet资源可以对多媒体教学的信息和素材形成有益的补充。但是Internet信息过载和资源迷向问题又使我们面对浩如烟海的信息资源无所适从。Internet搜索引擎的诞生为我们提供了信息获取的强有力工具,只需要输入关键词或关键词的组合进行搜索即可,高级搜索技巧也可以通过阅读网站上的帮助信息来很快掌握。
下面从四个方面介绍多媒体教学在备课过程中如何利用Internet搜索引擎拓展教学内容、丰富课件素材。
1 利用Internet搜索引擎对教学内容追根溯源
2005年全国高等学校教学督导工作研讨会上,哈尔滨工程大学总督学杨曜根教授在报告《让新的教学理念进课堂》中指出,目前在课堂教学内容上往往是重“结论”、轻“过程”,只是注重传授前人已解决的定理、概念、知识的现成结论,不注重揭示前人对这些知识的艰辛探索过程。其实,这不单纯是理念问题,往往不是教师不想讲过程,而是不会讲,这都受着教材内容和教师知识面的制约。
正如杨教授所言,“每门学科的发展过程,每门学科中新观点、新原理的建立,科学技术的发现、发明和发展,无不是前人向传统、敢于向权威挑战、大胆想象、不断创新的结果,充满了前人大胆求异、创新的事例,展示这些在学生面前,正可以大大启发学生的好奇心、兴趣,培养学生逆向思维,引导学生不断发问‘为什么’,培养学生的求索精神”。但这些过程事例很少编入现行教材中,传统的教学手段课堂信息量有限,作为教师当年也没有在课堂上听过这些过程事例,事实上这是一个盲区,需要另辟蹊径来扫除这个盲区,而Internet搜索引擎则是“扫盲”的有力工具之一。
举例来说明这个问题。人工智能的教材中对人工智能本身的发展历程介绍的较多,但是逻辑演算作为人工智能课程的重要内容,逻辑学本身的来龙去脉在教材中却鲜有提及。备课时,当然可以跳过逻辑学的历史,也可以去图书馆查阅逻辑学专业书籍,但是利用Internet搜索引擎不失为一种便捷的方式。我们只需要在Google等搜索引擎中输入“逻辑学”、“起源”、“发展”、“分支”等关键词的简单组合,就可以很容易地找到“逻辑学传统上可分为古希腊的逻辑学、中国的名辩、古印度的因明学三个分支”、“现代逻辑学已从单一学科逐步发展成为理论严密、分支众多、应用广泛的学科群”等,再顺藤摸瓜,搜索“古希腊 逻辑”、“名辩 逻辑”、“因明学 逻辑”、“现代逻辑学 分支”等关键词,便可向前把2000多年前印度的正理派、中国的墨子、古希腊的亚里士多德都追溯出来,向后把量子逻辑、控制论逻辑、概率逻辑、价值逻辑、法律逻辑、科学逻辑等信手拈来,经过进一步加工提炼,融入到课堂教学中,对拓展学生知识面、激发学生的探究欲望能起到良好的作用。
2 利用Internet搜索引擎为课堂讲解旁征博引
在课堂上旁征博引,能够丰富教学内容,提升知识的吸引力,增强教师的表现力,激发学生学习兴趣,同时,对同一个问题换个角度、换个说法来阐述,也易于学生理解和掌握,提高课堂教学实效。但是旁征博引对任课教师的知识面要求非常高,尤其对于青年教师,因此在备课时有针对性地利用Internet搜索引擎拓展自己的知识面是非常必要的。
还是举例来说明这个问题。Agent是人工智能领域研究的热点问题,Stanford著名人工智能学者Hayes-Roth讲过“Agent是人工智能最初的目标,也是人工智能最终的目标”,而我校现行人工智能课程教学大纲中并不包含这部分内容,为了引领学生走到学科前沿,我准备了2个课时补充讲授Agent。但目前国内的人工智能教材中,仅有蔡自兴教授的《人工智能及其应用》一书将Agent作为一章来讲解。Agent理论部分的几个概念非常抽象,且学术界观点不一,如果仅将一家之言介绍给学生,不但学生难于理解,而且容易片面认识问题,因此广泛引用和介绍学术界的观点是非常必要的。在准备这部分内容时,Internet搜索引擎发挥了重要作用。用“agent definition”等关键词在Google中搜索,并根据搜索结果不断追溯和拓展,就可以查到Agent一词的拉丁语起源――agere。Agent作为人工智能术语首见于Minsky的《Society of Mind》一书,以及Agent在美国传统词典中的定义,Jiming Liu & Jianbing Wu、Hayes-Roth、Smith, Cypher & Spohre、Wooldridge & Jennings、Shoham、Russel & Norvig、IBM等学者和公司从自主、智能、软硬件、心智、实体等各个角度和立场给出的定义和讨论,将这些内容融合提炼之后呈现给学生,无疑会加深学生对抽象概念的理解,同时对教师本人的知识面也是一个丰富和扩展的过程。
3 利用Internet搜索引擎对教学用例举一反三
多媒体教学用例必须遵循针对性、典型性、启发性、科学性、思想性、简洁性、趣味性和生动形象性等原则,才能达到较好的授课效果,提高教学质量,但是备课时要准备如此恰当的例子却非常困难。利用Internet搜索引擎可以开阔备课思路,对教学用例举一反三。
例如,人工智能中著名的“猴子与香蕉”问题在蔡自兴先生的《人工智能及其应用》教材中仅举此例用于讲解状态空间问题表示法。利用Internet搜索引擎还可以找到该问题在讲解问题归约、谓词逻辑、产生式系统等知识表示方法时的举例及动画演示过程,将这些举例贯通起来在知识表示总结时使用,并借用网上制作好的动画演示,课堂效果很好,且备课效率很高。
4 利用Internet搜索引擎对课件素材锦上添花
多媒体课件是多媒体课堂教学的关键,是影响多媒体课堂教学效果的重要因素。课件过于简单和粗糙,或者过于花哨,过多过滥地使用多媒体效果,会分散学生注意力,不利于学生课堂学习,致使教学效果降低。因此简洁明了、形象生动的多媒体素材必不可少。利用Internet搜索引擎的图片、音乐等搜索功能可以获得很多极富表现力的音像资料来阐释或演示抽象的概念和原理。
在人工智能课上讲解语义网络时用到这样一个例子:用语义网络法描述歌曲《军港之夜》中“军港的夜啊静悄悄,海浪把战舰轻轻地摇”这一句的意境。准备这个例子的时候,除了准备解题过程,我还搜索了一首《军港之夜》乐曲、一张军港夜幕降临时的照片和演唱者苏晓明的照片,加工处理后做到多媒体课件中,并做到不喧宾夺主。在课堂教学中讲这个例子时,发现学生随着轻柔的音乐、美丽的画卷一起随着老师分析着问题,都聚精会神的。
在讲解启发式搜索算法时,我从网上搜到了孔子的名句“人无远虑,必有近忧”,唐代诗人卢纶的《送吉中孚校书归楚州旧山》,其中有四句“林昏天未曙,但向云边去,暗入无路山,心知有花处”,同时还下载了学校的平面图,用“人无远虑,必有近忧”引出启发式搜索利用启发式信息的思想,利用卢纶的诗来阐释启发式搜索的意境,再结合学校的平面图提问学生去附近的超市(在图上均有标注)购物时如何规划路径。就在这样一种轻松甚至诗情画意的氛围中,学生便深刻领会了启发式搜索的思想内涵。
此外,利用丰富的多媒体素材还可以对学生进行科学素养的熏陶。例如,在准备人工智能发展史这一课内容时,我们从网上搜到了Turing、McCarthy、Minsky、Shannoon、Simon、Newell、Feigenbaum、Hopfield、Brooks等在人工智能发展史上举足轻重的学者的照片,照片中透出的大家风范、学者目光中流露的执著精神、表情中蕴含的严谨深邃、笑容中深藏的儒雅乐观……无不感染着学生。
5 结论
在开展多媒体教学实践中,利用Internet搜索引擎辅是第一步,对信息的加工处理、凝练升华是备课时一项更艰巨的任务,这个问题已有很多文献探讨过,本文不再赘述。
参考文献
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关键词:智慧教学;高校化工专业课程;举措
一、引言
高校化工专业的宗旨是培养能对各种化工及相关过程和化学加工工艺进行分析、研究,并能熟练利用计算机技术进行过程模拟、设计的人才,其主要课程包括无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、化工原理、化工热力学。研究的主要内容是在化工生产过程中的“三传一反”,即热量传递、质量传递、动量传递和化工反应过程。学生经常会遇到用计算机学习的情况,所以使用智慧教学的方式既符合化工专业学生的学习特点,又能用较有新意的学习方式使学生体会到学习的乐趣,并能够更好地理解知识,对提高高校学生的知识水平有着较大的帮助。
二、当前高校化工专业课程开展中出现的问题
因为我国教育改革刚开始推进,所以传统教育下高校化工专业课程的开展还有不少的问题。比如,课堂上,教师没有办法顾及众多的学生,因而学生掌握知识的程度参差不齐;复杂的化工知识,加上教师缺乏合理的教学方式,使化工教学困难重重。另外,由于高考的压力,高中生会全身心地投入学习中。而高校受客观条件的限制,导师没有办法像在高中时全天盯着学生,而且高校学生没有高考的压力,所以学生就会有所放松。在传统的教学中,教师是主角,教学方式没有新意,学生在课堂中难以提起对学习的兴趣,教学质量就难以提高。再加上教师大多以理论教学为主,在课堂上讲知识,以灌输为主;而且高校学生的学习能力存在差异,部分学生对化工专业课的理解能力较差。比如,在学习“物理化学”时对相平衡理解不透彻,就可能影响之后“化工原理”中传热理论的学习。在学习后面的课程时,学生会发现自己的基础理论不扎实,想再回来补前面的课程,这无疑会耗费更多的时间和精力。化工专业课堂开展所面临的这些问题,关系着学生的发展。因此,高校教师应运用新型教学理论,促进学生专业水平的提高。
三、推动智慧教学在高校化工专业课程中应用的具体措施
(一)解决已知问题,不断提高教学效率
以上笔者所列举的问题都是化工专业教学中较为典型的问题,这些问题使化工专业教学效率低下,限制了学生专业水平的提高,应得到妥善的解决。高校的管理模式与高中的管理模式有很大的差异,高校的教师更注重培养学生学习的自主性。相对而言,高校采用的管理模式是更适合学生综合能力发展以及自我管理水平全面提高的优秀的教学管理模式。但学生由高考的高压环境进入大学相对宽松的学习环境,很容易出现心理上的不适,甚至部分学生会感到无所适从,不知道如何适应高校的学习。因此,高校教师应适当地引导学生,帮助学生尽快地进入学习状态,尽力让学生把更多的精力投入课堂中,提高学生在课堂上的参与度。高校教师能为学生做的是为学生答疑解惑,强化学生课上所学到的知识,所以教师应该提高效率,使课堂尽量饱满。使用智慧教学可以使学生在学习过程中遇到难以理解的问题时,通过智慧教学系统将问题转达给教师。在整合了学生学习过程中的难点后,教师就可以有的放矢地在课上进行教学,讲解学生学习过程中的难点。这样就可以使学生在学习时更好地理解难点。学生是课堂教学的主体,教学的目的是让学生能够更深入地理解知识,而在这一点上,智慧教学有着远胜于传统教学模式的优越性。同时,教师上课时也应该不拘于形式,尽量丰富,使课堂富于变化,尽量多彩一点。这样,学生也会随着每次课堂多彩的变化自然而然地跟上教师的教学思路。学生课堂的参与度提高,经过日积月累,课程的教学质量、教学效果就会慢慢提升,学生对教师的教学认可度也会随之提高,上课的兴趣被调动起来,学习效率就会提高。
(二)利用智慧课堂帮助学生学会时间管理
因为高校学生的心智更加成熟,所以高校对学生的管理束缚也更少,学生的课余时间也较充足。有些学生能利用这1022021年12月些时间不断学习,充实自己;而有些学生在这样的环境下反而变得松散、懒惰。环境突然发生巨大改变,学生的落差感是不可避免的,学生也会因此变得迷茫。这个时候,教师就可以运用智慧课堂来帮助学生管理时间。现在,一部分学生已有智慧课堂,他们可以通过智慧课堂来了解学习的进度与计划,并且帮助自己进一步融入课堂,根据学习的计划,自主进行课前预习、课堂学习、课后复习等一系列学习计划,这对学生自主学习的帮助很大。而教师可以通过智慧课堂所需完成的任务、学习的计划,实时监督学生的学习进度,了解学生的学习状态,针对学生课后自主学习的情况及时调整教学计划和进度等并及时给予学生反馈,使学生积极投入学习中来。时间对每个学生都是公平的。一部分学生能够较好地利用时间,将更多的时间用在学习上,所以他们较好地掌握了专业知识;而另一部分学生却把时间花费在玩耍上,因而对知识掌握不太牢固。教师利用智慧课堂时,首先,要使学生明白,高校给他们提供了一个难得的学习机会,他们将更多的时间放在有意义的事情上,这样才能取得较好的学习成果。其次,要采用多样化的、学生感兴趣的方式,潜移默化地为学生传授多元化的知识,帮助学生转变思想,成长为积极向上的人。
(三)运用智慧课堂提高课堂教学效率
在以往的学习中,学生十分依赖课上学习的时间,甚至有些学生不进行课前预习,只是在课上听教师的讲解。在这种情况下,学生不了解学习中的重难点,很难跟上教师的教学思路。这导致课堂教学效率低下,给学生留下的自主时间较少,学生不能根据自己的水平有目的地学习。所以,教师在课堂上应尽量提高教学效率,留给学生足够的时间。智慧课堂作为教师与学生之间课上、课下知识传播的枢纽,对学生课下的自主学习具有深远的意义。学生可以利用智慧课堂先进行预习,了解重点,解决难点,再根据自己的掌握情况进行分析,带着问题进课堂,着重听取教师在这一方面的讲解,并且把自己学习中的问题积攒下来在课堂上向教师请教。而教师则可以通过智慧课堂了解学生学习中普遍存在的问题,在课堂上着重讲解难点,而对比较简单的问题就可以花费较少的时间。这样就有效地提高了课堂授课的效率,教师可以利用剩下来的时间帮助学生解决问题,或者让学生自主探究,培养学生自主学习的能力,或者让学生进行讨论,由学习较好的学生为其他同学进行讲解。同时,通过智慧课堂,学生与教师的交流更加便捷了。对于不会的问题,学生可以在线即时询问教师;教师及时完成“一对一”“点对点”的教学,帮助学生解答疑点、攻克难点。
(四)运用智慧课堂帮助学生更好地理解重难点
在传统课堂中,学生遇到的重难点问题时,只能在课上听教师讲。如果教师对知识点的理解或表达方式不同,那么学生对知识点的理解也会不同。而智慧课堂的作用就是尽可能地解决这些问题。以“化工原理”课程中的液体精馏部分为例,其内容很抽象,且有大量用符号表示的公式,仅靠学生个人的学习往往很难取得理想的效果。而智慧教学软件可以辅助学生理清公式,弄懂传质的机理,这有利于学生快速地掌握知识。课下,学生可尽最大努力理解知识,经过学生自主学习,剩下的都是偏难一点的理论知识。这一部分知识要让学生自己弄懂确实存在困难,此时,教师可以带领学生对知识加以梳理。此外,教师还可以合理地运用智慧课堂为学生进行知识难易程度的分级,将其中较难的部分列出来,让学生先自行理解。这样,即使学生不能全部弄懂,但学生对难点也会有自己的感悟。然后,教师再进行讲解。当学生通过这种方式理解了知识的重难点后,他们在知识的理解上自然会更上一层楼。有些学生因缺乏向教师请教的勇气而严重影响学习的效果。而利用智慧课堂就可以避免这一现象的发生。学生只要在线上把问题发给教师,接下来就可以静静等着教师的回复了。
四、结语
总而言之,智慧课堂是在我国教育改革中一种新颖的教学方式,它是科技发展的产物,不只对高校,甚至对学习的全学段都有极大的帮助。而对高校而言,智慧课堂软件在未来完全落实之后定然是一大利器。化工专业课程应当积极利用好身边的智慧课堂,使其与学科特点积极融合,真正成为利器。教师应该积极把智慧课堂运用到化工专业的教学上,摸清套路,使其在授课时发挥作用。
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“互联网+教育”智慧校园建设工作总结
我校自智慧校园创建开始,学校领导非常重视此项工作,严格按照上级主管部门的要求,积极筹划,仔细部署,认真落实,取得了一定的成绩,现将本学期创建工作总结向领导汇报。
一、已经落实的工作
1.制定了各项规章制度
为确保智慧校园创建各项工作的有序开展,创建领导小组制定智慧校园管理、使用、人员培训等系列制度,从创建之初就从严要求,严格按照制度和要求执行。
2.加强教师队伍建设
智慧校园的建设离不开广大教师的参与,而教师能力水平决定着智慧校园创建的标准。为此,学校多方面结合:第一,学校邀请区教体局领导专家指导我校的创建工作;第二,校内定期开展教育信息化的新知识、新技术及新媒体的应用专题培训,开展各学科优课展示、师徒听课等活动,有效推动信息技术与学科教学的有机融合;第三,学校安排领导和教师外出参观学习,学习国内智慧校园创建的最新理念,学习外单位智慧校园创建的创新做法;第四,进一步落实完善三个课堂工作,以班带班、以校带校,实现优质资源均衡共享,落实在线互动课堂常态化。另外,学校还邀请合作企业派驻技术人员进行专项培训等,通过培训指导,提升教师的新媒体新技术应用水平。
3.重视对硬件的投入
目前学校现有教师108人,基本实现每人一台笔记本电脑,师机比达1:1,学生1356人,学生机222台,生机比6.5:1。学校有28个教学班均配有班班通计算机、交互式白板一体机。千兆进校,百兆进班,教师办公地点和试点班级安装无线路由,做到无线覆盖。建有基于校园网络的数字监控、智能安防、访客系统等。做到数字资源班班通,学习平台人人通。
4.加强平台的管理应用
在校园教育教学管理中初步使用云校家系统。包括:电子课程表、移动讲台、课前导学、在线检测、课后练习、设备保修、会议安排、场馆申请、问卷调查、电子备课、网络素质评价。智慧管理系统涵盖学校各职能部门、各管理层面的日常管理工作,涵盖校务、教务、资产、人事等业务流程,通过全方位数据采集汇聚和智能分析,为管理决策提供科学支撑。
5.我校认真落实市级、区级学习培训计划。本学期全校教师于5月18日全员参加了自治区统一安排的中教云数字教材入校培训;6月11日,信息部针对全校功能室人员展开了“中小学教育装备管理信息系统”操作培训。校内大力开展计算机网络应用培训、智慧课堂培训、在线互动课堂教学培训等各类信息化培训,为老师更好的使用信息,提高课堂效率打下基础。
6.学校每月定期更新全国教育信息化工作进展信息系统,及时上报学校的最新数据,为上级部门把握工作进展和部署下一步工作提供参考数据。
7.学校积极推动“个人空间”建设应用。在“宁夏教育云”上共享教学资源,书写教学心得,迸发出教育思想的火花;学生登录“个人空间”,下载教学资源,讨论问题,交流心得,共同进步。
8.在线互动课堂常态化教学
“在线互动课堂”这种新的教学方式,使教师和学生不用出课堂,就可以实现交流和互动资源共享,不仅有利于提高教师的专业水平,调动学生的积极性,激发学生的学习兴趣,而且有利于实现优质教育资源共享,缩小地区教育差距,确保教育的公平。
同时,“在线同步互动课堂”的实施也让教学点的教师改变了传统的教育观念,在教学过程中获得了优质教学资源的同时,教育技能和教学水平均得到了不同程度的提高。刚开始我校实施“在线互动课堂”教学时,教师因为不适应这种新的教学模式,加上计算机操作水平不高,导致课堂效果不太好。学校领导及时组织相关学科的教师深入“在线互动课堂”听课,对每堂课的主讲教师进行点评和技术指导,帮助教师答疑解惑。经过一年多的教学实践,教师都能熟练地操作计算机,运用各种网络教学资源,实现“在线互动课堂”的有效互动。教师经常通过“在线互动课堂”教学进行教学交流,相互沟通,进一步促进了教学水平的提高。
9.本学年学校组织了人工智能与教学融合的各类公开课,有骨干教师“教学助手与课堂教学深度融合”示范课;高级教师“现代信息技术与教学融合”观摩课;“在线互动课堂”数学教师联片教研的同课异构课;青年教师“人工教学助手与课堂教学深度融合”优质课竞赛。通过各类公开课、竞赛活动促使教师在课堂教学中对智能教学助手的应用常态化、自觉化。
二、着眼未来,持续发展,总结反思
创建智慧校园,是为了更好地服务教育教学。着眼未来,我校将智慧校园建设纳入长远发展之中。
1.进一步加大硬件的投入。我校有28个教学班级,其中9个教学班配备了鸿合一体机,其余19个教学班均为以前的希沃一体机,目前部分电脑已经接近使用年限,故障频发。今后将计划为这些教室更新装配新的交互式一体机,为教学提供硬件支撑。
3.加强教师队伍建设,重视平台的融合应用。教师队伍的水平,决定教育教学的质量。我校派出教师学习培训的力度还不够,今后将进一步加大培训,请进专家学者开设讲座,加强自身学习,不断提升教师自身素质,为教学提供人才支撑。
学校现有多项教学平台、同时有些学科还开始使用多种APP教学软件服务教学,今后将继续开发这方面的创新使用案例,进一步探索运用免费资源。
【关键词】互联网+教育;自主化学习;个性化学习;终身学习;大数据运用
2015年3月总理在政府工作报告中首次提出“互联网+”,这表示中国进入了一个信息技术与互联网结合的时代,各行各业将与互联网深度融合,当然教育也不例外。初次听到“互联网+”这个词时,我是茫然的,不知道“互联网+”是什么,它与教育、与课堂究竟有什么关系,并由此认为这仅是一个新的花样而已,便怀着一颗摒弃的心去接触它,慢慢地揭开 “互联网+教育”的神秘面纱,原来互联网+教育简单地来说就是互联网与教育的有机结合。也就是如何利用互联网更好地服务教育。
2016年3月9日,在韩国举行围棋人机大战,结果是阿尔法(人工智能程序)取得了胜利。这时候我们恐惧了,我们不禁思考,未来的我们会不会为人工智能所奴隶?在“互联网+教育”上我们也思考,未来我们会不会为互联网所奴隶?于是我们胆怯了,我们恐慌了,我们害怕我们的课堂为互联网所奴隶。但也唯有这种胆怯和恐慌才能让我们警醒,让我们有勇气去改变自己的课堂。
一、“互联网+教育”自主学习
互联网给课堂教育带来的巨大变革,让我们的教学不仅仅局限在短短40分钟,更能延伸到课堂外,我认为这是一个不容小觑的趋势。以我的学科为例,信息技术学科每班一周一节课,每学期也不过18节课而已。在这信息化飞速发展的年代是无法满足当下学生对信息技术的需求。这时我可以利用课余的时间去进行课外教学,如录制一节小微课,或者提出一个小的问题,放到我们QQ空间、微博或微信等交流平台上,学生通过平台可以自主地学习和讨论。这样不仅满足了学生对信息技术的需求,而且培养了学生学习信息技术的兴趣,间接培养他们的自主学习能力和交流能力。有的老师不禁这样想,我是主科老师,是以学生学会某节课的知识点为目标进行教学,它可能不适合我们主科老师。在这里,我可以大胆地告诉老师们,“互联网+教育”适应所有的学科,比如主科老师可以制作对于某一个知识点的讲解的微课视频,到平台上,学生在家里通过平台就可以学到这个知识点。试想这样做后会带来什么样的效果。老师们可以节省课堂答疑的时间,可以照顾到接受能力较弱的后进生,从而培养了他们在信息化时代自主学习的能力。
二、“互联网+教育”个性化学习
每个人是不同的,都是独立的个体,正因为有了不同,所以才有了多彩的世界。同样每个学生也是不同的,每个学生都有他自己的兴趣,面对不同的学生,作为教师的我们可以针对他们不同的兴趣进行培养,培养出不同的人才来为这个信息化社会服务。在传统教育下我们可能会很难实现这种多元化的培养,但是在“互联网+”的环境下我们是可以逐步实现的。比如我的一个学生在初中阶段表现出他对计算机编程有着的强烈兴趣,由于外部因素,我不可能全心得投入对他的编程指导,这个时候,我建议他利用网络来进行学习,并提出好的平台,如“慕课网”。一段时间后,他向我诉说他学习的成果,我看到他学得不亦乐乎,满足了强烈的求知欲,同时也得到了很大的成就感。可以说,在“互联网+”的环境下,学生可根据自己的兴趣来进行个性化的学习。
三、“互联网+教育”终身学习
当我们处于K12阶段时候,我们每天都在学习,都在接受新的知识。但当我们走进大学或是社会之后,发现我们需要源源不断的知识来充实自己。我们首先想到的是买书籍,但总有那么几个知识点是我们通过书籍不能完全领悟的,这个时候我们怎么办?继续买同类不同版本的书,还是找家教?抑或是找补课班来帮助自己?我们很难选择,时间、地点的局限,让我们不能够完全地配合。这个时候如果利用互联网,我们就迎刃而解了,可以通过“中国大学MOOC”、“网易公开课”、“爱课程”等多种平台来进行网络学习。同时它们有相应移动客户端,可以随时随地学习,从而构建出终身学习体质。
四、“互联网+教育”大数据运用
大数据被越来越多的人关注,被越来越多的产品应用。在“互联网+教育”上我们也能看到大数据的身影。比如,我们盘锦市的自主学习平台,老师可以通过平台找盘锦市所有老师上传的习题,经过精心挑选组成卷子下发给学生。学生进入平台进行答题并提交。当全班同学全部完成后,老师后方会生成错误习题的统计。这样教师就可以通过统计出某一个习题的错误率,从而得出学生某一个知识点的掌握情况。这样通过一个大的数据统计,教师的教学就会有的放矢,大大提高了教学效率,让的教育教学回归科学,回归本质。
五、结束语
“互联网+教育”的道路是漫长而曲折的,但它孕育着无数的可能性。我们的终极目标是培养健康全方面发展的人才,“互联网+教育”正在逐步帮助我们实现,如我们所熟知的创客教育,它培养出的正是适应当今社会发展方向需求的学生。我相信“互联网+教育”将呈现给我们一个多元的现代教育格局,给现代教育一个崭新的未来。
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目前机器人竞赛活动已深入到全国的中小学,而竞赛活动能够真正参与到其中的学生所占比例较少,因此越来越多的科学教师在思考,如何把机器人教学带入课堂,让更多的学生感受机器人的魅力。
机器人教学走进课堂的问题
目前机器人活动走入课堂存在的主要问题有:
(一)持续性保障
开设机器人课程要有一定数量的机器人和计算机及相应的场地,因此需要一定的启动性投入。启动之后涉及到的持续性的保障有两点:一是后续机器人的管理与维护难度高、损耗大,维持机器人活动需要后续的配件和场地的更新、补充等资金投入;二是对辅导教师要求高,现有辅导教师人数严重不足。
(二)缺乏相应的课程体系与教材
虽然国内有些省份在信息技术课程中含有部分关于机器人的内容,但都是基于某个厂家的机器人产品设计的,不适合本地的特色与现有设备。另外,对于机器人教学所应包括的基本知识架构和教学方法也非常匮乏。机器人教学要持续性发展,就要在知识体系和评估训练方面形成体系。
(三)教学与竞赛尺度把握错位
目前中小学开展机器人活动,基本上是以竞赛作为检验教学效果的标尺。如想机器人教育能长期有效地发展,就不能把比赛作为唯一的课程目标,否则会使机器人教学走入“为竞赛而教学”的误区,势必导致该项活动缺乏生命力。
(四)教师和学生家长的不理解、不支持
在“分数才是硬道理”的思想下,很多教师和家长对于学生参加机器人活动选择了反对,理由都是影响学习,对升学没有帮助。这使得科技教师要面对很多尴尬与不理解。
机器人教学走进课堂的几项措施
要解决以上机器人活动发展的瓶颈问题,使机器人教学进入课堂,我认为可以从以下几个方面进行思考:
(一)结合实际编写校本教程
将机器人活动纳入校本课程管理,为机器人正式进入课堂积累经验。经过几年的积累与沉淀,我校目前编写有教材《程序设计与智能机器人》,该教材以LEGO NXT机器人为硬件平台,以ROBOTC为软件平台;宗旨是利用机器人平台让学生体会程序结构与应用,初尝人工智能的乐趣。该课程共17个课时。
自主编写教材的目的在于:一是符合本地学生(至少是本校学生)的认知水平和能力等实际情况;二是可基于现有器材设计,具有可操作性;三是能不断地进行实践和修改,并在此基础上形成知识体系和架构,具有一定的推广性。
(二)精选机器人平台,辅以仿真软件
选用的机器人平台要符合教学使用,要有良好的扩展性,要具备耐用、易维护和启发性思维好的特点,尽量保障一次性投资长期反复使用。在资金与设备不足的情况下,辅以仿真软件。仿真软件的好处在于投资成本相对低廉,维护简单,可用于大规模的课堂教学。我校的机器人工作室除配备10多套LEGO机器人用于教学外,同时采用LEGO辅助设计软件Ldraw和MLAD用于课堂教学,解决器材不足的问题。
(三)机器人技术与学科的整合
机器人作为现代教育技术的前沿产品,其教学内容涵盖了很多学科的知识,因此有效地将机器人与相关学科进行整合,能让学生在所熟知的学科中感受科技的进步带来的不同体验。例如:
·程序设计——让机器人走方形,能很好地让学生深刻理解循环结构的性质与特点;
·物理实验课——让学生用机器人设计一个简单的单摆实验装置并收集数据;
·数学课——追及和相遇知识一直是学生比较难以理解的抽象问题,教师可以用机器人进行演示,让学生对该类问题有形象的认识;
·音乐课——可设计一个舞蹈机器人,让它跟着音乐的节奏舞动。
以上只是一些在我校科学实践中的例子,大家还可以找出更多的结合点。这些整合不仅可以活跃课堂,也让机器人技术的学习和展示过程更形象具体。
(四)机器人活动多元化,实现多赢局面
我校每年开展3项活动:研究性学习、电脑作品制作活动以及青少年科技创新大赛。从活动主题来看,三者的核心都是探究、体验、创新,都注重科学及研究价值。因此机器人活动完全可以整合3项活动作为同一件事统筹开展。
整合思想通过研究性学习把机器人活动向纵深发展,形成课题研究成果,可在不影响正常教学的前提下,不需对学校日常的教育教学活动作大的改变,结合日常培训活动中进行。通过青少年科技创新大赛,将机器人活动引导向科技创新方向发展,充分调动学生的创造性思维。以上述活动为基础,面向机器人竞赛,将竞赛作为机器人教学活动的成果展现平台,在学习和创作中有效应用和整合。
(五)辅导教师队伍的整合,多元化的教学方式
机器人教学是多学科的结合,因此辅导教师队伍应当是由相关专业的老师组成,既可解决辅导教师知识面单一问题,又可丰富机器人活动的项目。我校的辅导教师由2名信息技术教师和1名物理教师组成,这种组合解决了机器人教学中涉及的程序设计与机械及电子电路等学科问题。
面对层次和知识面不同的学生,在机器人活动中应采取多元化的教学方式。以任务驱动及小组合作学习方式进行教学,由组长带领本组的同学进行项目研究;辅导教师定期组织组员进行讨论解疑。这样以点带面的方式,也可以激励更多的学生来担任辅导员的角色。
(六)开放科学工作室,共享资源
柳州市的青少年科学工作室已有50多个,这些工作室中有的在学校,有的在社区。因此,可以充分发挥科学工作室的作用,空余时间向社会开放,让更多青少年能够接触和了解机器人,实现以点到面的辐射作用。将机器人教育和活动推向社会,扩大影响。
在学校开展机器人活动所形成的教材和教学方法可以在社区工作室开放中推而广之,而社区开展活动的时间可以很好地弥补学校寒暑假期的空档,让真正爱好机器人的学生在全年的每个时段都有机会参加机器人活动。
关键词:智能录播系统 常态化教学 音频拾取 视频切换
智能录播系统是利用计算机网络和多媒体技术将教学过程实时数字化的一种现代教育技术系统。智能录播系统将传统演播室延伸到普通教室,简化了资源建设的流程,节约了人力,在录制的同时还能提供网络直播、点播等功能。这些特点使得智能录播系统在高校精品网络课程建设的大潮中蓬勃发展,成为一种应用广泛的资源建设和网络教学系统。
一、智能录播系统的系统构成
目前市场上的智能录播系统品牌和型号有很多,采用的技术和设备也各有不同。但从系统的整体结构上看,却是大同小异,基本由以下功能模块构成:师生视频智能跟踪模块,教学内容显示模块,视频切换模块,音频模块和广播录制模块,拓扑关系如图1所示。
师生视频智能跟踪模块:这个模块包括教师跟踪和学生跟踪两个子系统。教师跟踪子系统负责自动精确定位主讲教师位置并控制摄像机跟踪拍摄,将教师视频传送至视频切换模块。学生跟踪子系统是定位活跃学生(如发言的学生等),功能与教师部分类似,只是定位精确性较低。目前的智能跟踪方式主要有:图像识别和触发式(又包含空间网格、红外触发、超声波触发和外部设备触发等)。
教学内容显示模块:负责将各种教学内容转为视频并传输到视频切换模块,包含计算机图像子系统、板书子系统和其他教学设备(如实物展台)子系统。
视频切换模块:智能录播系统的核心,负责从多路视频信号中选择合适的信号传送给广播录制模块。视频切换模块选择的视频是否合适,直接决定了智能录播系统能否如实准确地记录课堂教学过程。
音频模块:包括拾音子系统和扩声子系统。负责采集教学实时声音和扩声。
广播录制模块:将视频切换模块传送来的视频信号和音频模块传送的音频信号合成为视频课件,并进行网络直播。录制模式主要分成电影模式(单画面)和课件模式(多画面)。在本文中主要讨论录播系统的电影录制模式(单画面)。
二、智能录播系统在常态化教学中的困境
所谓常态化教学是指普通的课堂教学,包括常态的教学过程、教学设施、教学方法和教学对象。这就要求录播系统要尽可能小地影响师生的心态和教学过程。
录播系统对师生心态的影响主要有两个方面,一是事件的影响。当教师和学生知道这节课要录像时,心理上总会有些紧张。有些教师在课件录制过程中精神紧张,甚至说不出话来。而学生也会刻意隐藏或表现自己,表现出一定的反常情况。另一方面的影响是设备的影响。目前不少录播系统在录制课件特别是录制师生交互时需要一些辅助的器材,如教师须佩戴无线话筒,而学生回答问题需要按抢答器等。这些额外设备的使用加重了师生的心理负担,也容易引起一些录制过程中的故障。比如,学生回答问题必须要按抢答器,画面才会切换到该学生,如果学生忘记按抢答器或者其他学生按了抢答器,录播系统就无法正确切换画面。
目前的智能录播系统对教学过程的影响不大。与传统电视课程拍摄系统比较,录播系统能和多媒体教学系统有机融合,现场也无需专业人员进行视频切换操作等,教师一般只需要按一个按键就可以进行课程录制。
从现有的自动录播系统在常态化教学中的应用来看,主要存在3个问题:教师的跟踪、教学视频内容的切换以及声音的拾取。
1 教师跟踪部分存在的问题
教师在课堂教学中占主导地位,是教学信息的主要传输者。教师的图像在课件中占很重要的地位。教师跟踪部分应该能准确定位教师的位置,清晰呈现教师的神态和动作。而现有的录播系统在这一点上还有不少问题。智能识别的跟踪方式可以较为及时地跟踪教师,但常会出现跟丢的情况(也就是所谓的“丢人”),触发式的跟踪方式“丢人”现象较少,但容易在触发临界点(两个触发区域的相交区域)出现镜头反复摇摆的情况。这些问题都会产生影响教学的垃圾镜头。而且这些跟踪方式往往有区域限制,不能覆盖教室的范围。有些教师习惯于在教室内走动讲授,当其离开设定区域时录播系统就无法准确跟踪。另外,在跟踪拍摄教师时,画面的景别是固定的,一般是中景,即腰部以上。这种景别能比较好地展现教师的教容教态,但对教师的面部表情和全身动作无法表达清楚。
2 视频切换模块存在的问题
视频切换模块是智能录播系统的核心,用来自动切换录制的视频内容。例如,当教师讲解时,该模块要选择教师跟踪子系统传来的视频;教师使用计算机时,该模块选择传输计算机的画面视频;当教师板书时,该模块将录播画面切换至板书视频;当学生提问或回答问题时,该模块选择学生跟踪子系统的视频。
总的来说,这些视频内容之间的切换不外乎3种:人与人(PtP)、人与媒体(PtM)、媒体与媒体(MtM),见表1。
通过分析主流的录播系统,不难发现主要使用的切换方式有动作触发、区域触发和时间触发。比如当教师触动鼠标或键盘时,视频切换模块就选择计算机信号输出给广播录制系统,这就是一种动作触发切换;当一段时间无键盘鼠标动作后,视频切换模块则切回教师图像,这则是时间触发;当教师走到黑板前进行板书时,切换模块会切换到教师板书的视频,教师离开黑板,则切回教师图像状态,这就是区域触发。
视频切换模块在处理人与人、媒体与媒体的切换时,能够比较好地完成,但是对人和媒体的切换还存在很大问题。人和媒体的切换也可以分成两个部分,一是从人切换到媒体,另一个是从媒体切换到人。前者可以通过区域触发或动作触发来完成,而后者一般通过时间触发来切换。以教师使用计算机教学来说,教师点击鼠标显示一张新的幻灯片,然后放开鼠标开始讲解相关内容。智能录播系统录制的视频内容和顺序见表2。
开始时录制的是教师的图像,当教师触碰鼠标或键盘时,切换模块通过该动作触发切换,将教师图像切换到计算机图像,完成人到媒体的切换。这种切换方法基于一个假设:教师动键盘或鼠标一定是要展示计算机的内容。如果这个假设成立,那么切换就非常及时,也比较准确。从教学实际来看,这样设定基本可行。当教师触动鼠标和按钮后,在一定时间内不再有键盘或鼠标操作,视频切换模块则自动从计算机图像切换回教师图像。这里就存在一个非常关键的问题:“一定时间”是多少?5秒、10秒还是20秒?设置时间很小,计算机图像显示时间就会过短,学生还没有看完PPT内容就切换成教师图像。设置时间很长,计算机图像显示时间就会过长,学生将被迫长时间面对静止的PPT内容。即使能为这张幻灯片设置一个非常合适的时间,但是每张幻灯片的内容不同,需要显示的时间也不同,满足
了这一张就无法满足另一张。所以,如何从媒体视频切换回教师图像是目前智能录播系统难以解决的一个问题。而这一问题的根本就在于现阶段的录播系统仍处于“自动”阶段,离真正的智能还有很长的一段路要走。
3 声音拾取方面的问题
录播系统需要拾取的声音包括人声拾音(包括教师和学生)和教学设备的声音。教学设备的声音一般通过线路输入直接接入录播系统。人声的主要拾音方式分有线话筒拾音和无线话筒拾音。无线话筒的拾音效果很好,而且不影响教师的移动,不过后期维护的工作量较大,如更换电池等,且教师和学生须额外佩戴无线设备也有违常态化教学的初衷。有线话筒拾音还可以分成强指向话筒拾音和弱指向话筒拾音。前者拾音效果好,但拾音范围小,教师和学生的位置受限制;后者拾音范围大,但拾音效果差,在录制教师和学生语音的同时,环境噪音也会被录制。要拾音范围还是清晰度,目前的录播系统的拾音就处于这种两难境地。
三、基于常态化教学的智能录播系统设计
一个真正的智能录播系统要能完成以下设施或人员的工作:
1 多媒体教室
2 课件录制系统
3 网络广播系统
4 称职的摄像师(一个或多个)
5 专业的视频导播人员
6 专业的调音师
让录播系统完成其他设施的工作并不难,难就难在让计算机系统去完成专业人员的工作:摄像、切换和调音等。这也是目前录播系统在常规化教学中遇到很大困难的原因。以目前的人工智能技术很难完全实现专业人员的功能,而且录播系统的总价一般在20万元左右,如果使用一些高端的人工智能技术肯定会使录播系统造价飙升,进而妨碍录播系统的推广普及。所以基于常态化教学的录播系统应该在现有技术的基础上,通过更加科学的设计来完善。这个系统应包含:犯错更少的摄像师、更能理解教学过程的导播和更加专业的调音师。
(1)犯错更少的摄像师
录播系统中跟踪摄像的问题主要在于“丢人”和定位不准产生的垃圾镜头。要解决“丢人”问题可以采用触发式跟踪,要解决定位不准,可以通过改变触发方式来实现。现有的触发方式一般是单区域触发。该触发预先利用红外线或超声波设定多个触发区域,每个触发区域对应一个摄像机位置(如图2所示)。其过程是,当教师从触发区域A进入触发区域B时,摄像机立刻相应转动,将画面由“摄像机画面1”改变为“摄像机画面2”。如果教师再进入C区域则摄像机又将向右转动,拍摄的画面相应变成“摄像机画面3”。设想一下,如果教师刚好在A,B两个区域的交界处来回走动,一会进A区域,一会进B区域,摄像机就会跟着转动,一会画面1一会画面2,这样拍摄出来的镜头就会一直晃动,影响观看者的学习效果。
要解决这种情况,不妨在触发区域和触发策略上做文章。可将触发区域的数量增加,范围缩小,摄像机的画面包含3个触发区域(如图3所示)。其触发策略是当教师在“触发区域n”中时,摄像机画面包含“触发区域n-1”“触发区域n”和“触发区域n+1”。当教师在此3个触发区内行动时,摄像机固定,位置不变。当教师离开这3个触发区域,进入“触发区域(n-1)-1”或“触发区域(n+1)+1”时,摄像机开始跟踪,画面转换成以该区域为中心以及其前后两个触发区域所组成的画面。这样就不会出现单区域触发所引起的镜头晃动的问题。
通过上述方式,可有效降低录播系统的错误率。但目前很难做到零错误。我们知道,即使是一名专业的摄像师也有可能犯错,何况是一套计算机控制的摄像系统。关键在于,发生错误后如何修正错误,弥补错误的损失。因此,还必须有一系列的错误修正策略。比如,当跟踪“丢人”时,摄像机应迅速切换到全景或由切换模块切换到其他视频画面,这样就能减少垃圾镜头。
(2)更能理解教学过程的导播
在录播过程中,在何种情况下录制相应的教学内容视频是忠实记录课堂实况的关键。这就要有一个好的导播。如果是人工录制,可以由工作人员根据课堂的实际情况来切换各种视频。录播系统是靠动作触发、时间触发等方式自动完成切换,并非如人一样能根据上课内容来准确切换不同视频。如何让录播系统能够准确地切换并录制视频?笔者认为最重要的就是要从教学过程入手,掌握基本的教学规律,设定不同的模式,以达到导播的基本准确。
例如,我们可以根据讲课时依赖PPT的程度将教师分成3类,一类是非常依赖PPT,即PPT的内容和教师的口头讲授基本一致;另一类是很少使用PPT,即教师的上课内容多是口述,很少使用PPT;还有一类对PPT的使用介于前二者之间。然后根据这3种类型的教师我们可以设定3种不同的模式:PPT优先、教师优先和平均模式,它们的主要区别在于录制课件时PPT显示时间的长短。PPT优先模式下,从计算机的PPT内容切换到教师图像需要20秒的时间,这样学习者就有充足的时间观看PPT的内容;教师优先模式下,切换等待时间设定为8秒,这样学习者就能更好地聆听教师的讲授;平均模式则设置切换等待时间为12秒,平均分配PPT和教师图像的显示时间。
我们还可以根据教学过程的其他方面来设定不同的模式,满足不同的教学需要。
利用图像识别技术或许也能使录播系统更加智能化地进行导播。以PPT为例,现在的图像识别技术可以判断出一张PPT上文字的数量,然后根据文字的多少,我们就可以设定PPT需要显示多长时间。
当然,这些方法不能完全解决录播系统的导播问题,但是可使导播更加贴近教学实际。
(3)更加专业的调音师
为了达到常态化教学的效果,应尽量避免使用后期维护较大、增加教师负担的拾音设备,如强指向性的有线鹅颈话筒、手持式无线话筒、领夹式无线话筒等。从实践中我们发现,使用强指向性吊杆话筒可以有效地实现常态化教学的拾音。具体操作如下:在讲台区域布置若干个强吊杆话筒,覆盖整个讲台区域作为教师的拾音设备,在教室其他区域布置一些吊杆话筒作为学生的拾音设备。
另外,我们还需要一个更加自动化的音频控制系统。这个系统要有以下功能:
①在拾取人声时,能有效去除人声以外的噪音,达到较高的拾音纯净度;
②自动控制音量,不论讲话人声音的高低,保证录音电平始终一致;
③自动识别主讲人,确保拾音的准确性;
④能清晰地扩音,不会引起拾音错误和回授。
在原有录播系统的基础上,通过以上三方面的改进,应能更好满足常态化教学的需要。但是要真正做到基础常态教学的智能录播系统,还需要不断探究教学过程的规律与先进的技术和设备。
参考文献
关键词:多媒体技术 网络通信技术 虚拟现实 建构主义
综合近年来国内外多种教育技术杂志上所刊登的主要论文以及国际上每年召开一次的规模最大的有关多媒体教育应用的国际会议(即“教育多媒体与超媒体”世界大会)上所的基本观点,可以看出当前多媒体教育应用有以下几个值得注意的发展趋势:
一、多媒体技术与网络通信技术的结合
1995年末,在国际信息界有一件最引人注目的大事,就是美国SUN公司在Internet上推出了“WWW浏览器HotJava”,这是SUN公司用Java语言开发的一种全新的可动态执行的浏览器。其突出特点是具有动画功能,可向用户提供超文本格式的图形、图像、语音、动画与卡通等多种媒体信息;并能把静态文档变成可动态执行的代码,这就彻底改变了Internet浏览器只能用来查询检索Internet网上信息的状况,为Internet的教育应用开辟了新的广阔前景,这是因为HotJava的动态可执行特性无异于赋给用户一种远程交互的功能。
例如,一个用户可以利用HotJava编写一段Java应用程序以实现仿真的页面,而其它的3W用户只要使用HotJava浏览器就不仅可以看到这个仿真页面,还可以与之进行交互。
利用HotJava的这种动态可执行特性,用户在检索到某些重要文献或教学资料时,不仅能看到静止页面还可通过点击某个图标或热键而看到图文声并茂的仿真实验或算法执行过程的直观演示。显然,这样一种交互功能和用第一代Internet浏览器只能观看静态页面的效果相比是有本质不同的,它对于教育应用(尤其是远距离教育应用)具有特别重要的意义。
可以说,HotJava的出现不仅是Internet浏览器的重大革新,也为多媒体技术与网络通信技术的结合找到了最理想的结合点:从此基于Internet网的多媒体教育应用就日益发展起来。目前不仅西方发达国家在大力开发基于Internet的多媒体教育应用,就是台湾、香港等地区也在这方面投入相当多的人力和物力。这是多媒体教育应用中十分值得引起我们重视的一个新趋势,也是当前发展最快的一个趋势,我们必须迎头赶上去。
二、多媒体技术与仿真技术的结合
多媒体计算机和仿真技术结合可以产生一种强烈的幻觉,使得置身其中的人全身心地投入到当前的虚拟现实世界中,并对其真实性丝毫不产生怀疑,通常把这种技术称之为“虚拟现实”(VirtualReality,简称VR)。
换句话说,虚拟现实是由多媒体技术与仿真技术相结合而生成的一种交互式人工世界,在这个人工世界中可以创造一种身临其境的完全真实的感觉。要进入虚拟现实的环境通常需要戴上一个特殊的头盔,他可以使你看到并感觉到计算机所生成的整个人工世界。为了和虚拟环境进行交互,还需要戴上一副数据手套──它使穿戴者不仅能感知而且能操作虚拟世界中的各种对象。
由于设备昂贵,目前VR技术还主要是应用于少数高难度的军事和医疗模拟训练以及一些研究部门,但是在教育与训练领域VR技术有不可替代的非常令人鼓舞的应用前景,所以这一发展趋势也应引起我们的注意。
VR技术在教育中应用的另一个例子是创建一种虚拟的物理实验室。物理学按其本身的性质提出了许多“如果……将会怎样”的问题,这些问题最好通过直接观察物理作用力对各种客体的作用效果来进行探索。
休斯顿大学和NASA(美国国家航空和宇航局)约翰逊空间中心的研究人员建造了一种称之为“虚拟物理实验室”的系统,利用该系统可以直观地研究重力、惯性这类物理现象。使用该系统的学生可以做包括万有引力定律在内的各种实验,可以控制、观察由于改变重力的大小、方向所产生的种种现象,以及对加速度的影响。这样,学生就可以获得第一手的感性材料(直接经验),从而达到对物理概念和物理定律的较深刻理解。
随着对多媒体技术和仿真技术研究的深入,实现“虚拟现实”的理论方法也有很大发展。原来应用VR离不开昂贵的专用硬件或辅助设备(如头盔、数据手套、高分辨率的图形工作站等),近年来这种情况开始有所改变。
例如在ED-MEDIA世界大会(即“教育多媒体与超媒体”世界大会)上,出现了一种全新的称作“QTVR”(快速虚拟)的系统。这种系统已实际应用于学习城市的设计与规划,其优异的性能价格比令人惊叹!QTVR技术与普通VR技术在使用的仿真原理上有很大不同:它不是利用头盔和数据手套这类硬件来产生幻觉,而是使用360度全景摄影技术所拍摄的高质量图像来生成逼真的虚拟情景。因此它允许用户在Windows操作系统或是Macintosh微机的操作系统支持下,在普通微机上(无需用高档的图形工作站)只利用一只鼠标和一个键盘(无需戴头盔和数据手套)就能真实地感受到和VR技术中一样的虚拟情景。
学习城市设计与规划的学生利用QTVR系统可以创建一座逼真的虚拟城市,当学生改变城市场景的视图时(例如向左或向右,朝上看或朝下看,摄像机头向目标移近或移远等),被观察的场景仍能正确保持并能使人产生环绕该城市浏览观光的真实幻觉。与此同时,城市中的各种物理实体(如建筑物、道路、桥梁、树木、交通工具和地形等等)可以用鼠标任意拾取并进行操纵(例如使其旋转,以便从不同角度进行观察,并且还可以进入到建筑物内部的各个房间去观看)。
更令人难以置信的是,由于采用了先进的图像压缩算法,在QTVR系统中,用来表征城市某个虚拟场景的360度高质量全景照片的存储容量竟只有550K字节左右。
显然,QTVR对于学习城市设计与规划的学生是非常适宜的,甚至对于实际的城市设计与规划人员也是非常实用的,因为它可以使学生或设计人员随时改变城市的布局并立即感受到新布局所产生的效果,从而对设计或规划及时作出修改或补充。显然按这种方式设计与按传统的图纸设计或按CAD设计,其效率和质量将有天壤之别。
QTVR的重要意义在于,它开辟了多媒体技术与仿真技术结合的新途径,为“虚拟现实”技术的大众化铺平了道路。从此,VR技术将有可能走出高级研究院与大学的“象牙之塔”,以优质价廉的全新面貌逐步普及到各个教育领域,甚至进入中小学课堂。
三、多媒体技术与人工智能技术的结合
把多媒体技术引入辅助教学系统可以大大改善辅助教学环境,更容易激发学生的学习积极性和主动性,从而能显著提高教学效果。但是多媒体系统由于缺乏推理机制和学生模型的支持,所以不能确定学生的知识水平和认知特点;不能根据学生自己的意愿和理解能力去提供适合该生的学习材料,并作出有针对性的指导,即不能作到因材施教。
智能辅助教学系统由于具有“教学决策”模块、“学生模型”模块(用于记录学生的认知结构和认知能力)和“自然语言接口”,因而具有能与教师相媲美的下述功能:
1.了解每个学生的学习能力、认知特点和当前知识水平;
2.能根据学生的不同特点选择最适当的教学内容和教学方法,并可对学生进行有针对性的个别指导;
3.允许学生用自然语言与“计算机导师”进行人机对话(由于机器理解自然语言问题尚未解决,目前绝大多数智能教学系统还难以做到这点)。
但是智能辅助教学系统过分强调教师的指导作用,而且目前的智能辅助教学系统其教学方式都比较单调,难以作到图文、音像并茂,因而在激发学生兴趣,提高学生的主动性、积极性方面受到较大的限制。
由以上分析可见,在多媒体教学系统和智能辅助教学系统之间存在性能互补关系,将二者结合起来就可以扬长避短,从而研制出高性能的新一代智能辅助教学系统。
实现智能多媒体辅助教学系统的关键是:建构适合辅助教学需要的多媒体系统和设法使多媒体系统具有智能。
要使多媒体教学系统具有智能,主要涉及学生模型建造和人工智能领域的知识表示与知识推理,后者要求探索出一种适合于多媒体环境的新的知识表示方法和相应的推理机制。
四、多媒体技术与建构主义学习理论的结合
建构主义学习理论是认知学习理论的一个重要分支,建构主义的起源应追溯至皮亚杰的儿童思维发展理论,可谓源远流长。
但是自八十年代初期以来,尽管认知心理学已逐渐取代行为主义心理学占据了统治地位,而建构主义学习理论在很长一段时期内并未产生明显的影响。直至近年来,随着多媒体技术的日益普及,建构主义学习理论才逐渐引起人们的广泛的注意,按照建构主义学习环境进行教改试验研究的学校也日渐增多。
建构主义学习环境包含四大属性或四大要素,即“情景”、“协商”、“会话”和“意义建构”。显然,多媒体技术的特性与功能最有利于四大属性的充分体现,例如:
1.“情景”――建构主义学习理论强调创设真实情景,把创设情景看作是“意义建构”的必要前提,并作为教学设计的最重要内容之一。而多媒体技术正好是创设真实情景的最有效工具,如果再与仿真技术相结合,则更能产生身临其境的逼真效果。
2.“协商”与“会话”――协商与会话过程主要通过语言(少数场合用文字)作媒介,这就要求计算机辅助教学系统必须有语音功能,即要用多媒体计算机才能支持。
3.“意义建构”――建构主义学习理论认为,意义建构是学习的目的,它要靠学生自觉、主动去完成。教师和外界环境的作用都是为了帮助和促进学生的意义建构。
多媒体技术由于能提供界面友好、形象直观的交互式学习环境(有利于学生的主动探索、主动发现),能够提供图、文、声并茂的多重感官综合刺激(有利于学生更多、更好地获取关于客观事物规律与内在联系的知识),还能按超文本方式组织与管理各种教学信息和学科知识(有利于发展联想思维和建立新旧概念之间的联系),因而对学生认知结构的形成与发展,即对学生关于当前所学知识的意义建构是非常有利的,也是其它媒体或其他教学环境无法比拟的。
正是由于上述原因,近年来建构主义学习理论在西方尤其是在美国有较大的发展,加上HotJava的出现使多媒体教育应用与Internet网进一步融合,而网络又为“协商”、“辩论”、“会话”这类教学模式的应用提供了最理想的条件,它可以不受时空和地域的限制,这样就使建构主义学习环境更趋完善,建构主义学习理论也就日渐风行。
当然,这不等于说建构主义学习理论是万应灵丹,能解决学习领域的一切问题,例如,情感领域和动作技能领域的教育目标就不一定能通过建构主义学习环境来达到,但是就认知领域的教育目标而言,借助多媒体技术(若有条件还可结合网络通信技术)实现的建构主义学习环境,确实非常有利于学生认知结构的形成与发展则已得到愈来愈多试验的证实。这是值得我们国内教育界认真思索与借鉴的。
参考文献:
[1] 朱之剑,吕进编.多媒体技术及其应用[M].杭州:浙江科技出版社,1997.5.
[2] 曾芬芳编. 虚拟现实技术[M].上海:上海交通大学出版社,1997.6.
[3] 雷运发等编.多媒体技术与应用[M].北京:中国水利水电出版社,2001.8.
[4] 王一平,孙大勇编.Internet浏览器[M].大连:大连理工大学出版社,1999.6.
为了解高中信息技术教师的真实情况,我们设计了调查问卷和调研访谈提纲。采取随机抽样的方法,在全省的长春、吉林、延边、通化、松原、辽源等6个市州的100所高中的信息技术教师中随机分发了检测问卷和调查问卷各260份,回收的有效问卷为254份,回收率97.69%。我们还对全省40名高中信息技术教师的工作量进行了调查,随机在长春、吉林、松原、白山4个地区选取各10名高中信息技术教师,统计他们2012年上半年在学校的工作量,最后将采集的数据用SPSS统计分析软件和Excel软件进行分析处理。
高中信息技术教师心理健康状况检测分析
我们通过分析发现,在254名被试者中,共有110人有不同程度的不良心理反应,检出率为45%,具体数据见下表。
判断心理异常的标准是总分超过70分,或阳性项目数超过43个,从表中可以看出,总分在70分以上的有77人,占30.31%,阳性项目数在43项以上的有38人,占14.96%。
从上述分析中可以看出高中信息技术教师的心理健康问题较严重,其心理问题检出率占45.27%,几乎近一半。教师的强迫症状、人际敏感、抑郁化、焦虑及偏执倾向都较高。具体表现为一些教师有时无法控制自己的想法、心理素质相对比较脆弱、承受挫折能力差、工作懈怠、与人交往不畅、容易猜疑。这说明高中信息技术教师心理健康问题是显著存在的。
高中信息技术教师心理健康状况调查问卷结果分析
1.教师的学历和专业
从接受问卷调查的教师看,计算机专业毕业的占62.6%,现代教育技术专业毕业的占28.7%,其他专业毕业的占8.7%。
2.教师掌握的信息技术学科知识
在调查高中信息技术教师掌握学科基本知识与技能的过程中,我们除了在问卷中设计教师所讲过的高中各个模块的统计之外,还出了有关各模块内容检测的试题,检测结果统计显示:必修模块的信息技术基础的教师答题正确率为90%,选修一算法与程序设计的教师答题正确率为58%,选修二多媒体技术应用的教师答题正确率为65%,选修三网络技术应用的教师答题正确率为45%,选修四数据管理技术的教师答题正确率为30%,选修五人工智能的教师答题正确率为10%。问卷统计结果显示,有57.4%的人讲过多媒体技术应用,68.0%讲过算法与程序设计,32.4%讲过网络技术应用,17.6%讲过数据库技术,4.1%讲过人工智能,有13.5%的人没有讲过上述各个模块。两组数据对比的显示结果趋于一致。
3.教师对课堂教学的掌控能力
从抽样的统计结果可以看出:大多数教师只从注意的角度和非智力因素方面去回答如何调控课堂。例如,活泼好动、求知欲强、好奇、注意力易分散等。没有从高中学生的感知、观察、思维、想象、注意、记忆、动机、兴趣、情感、意志等智力和非智力因素这两方面来回答。
当被问到:课堂教学中如果有学生不听讲或不按教师的要求去做,玩游戏,和其他同学说话……您会怎样解决?15%的教师的回答是:在不影响授课的情况下,不管不问;51%的教师是走到学生身边,用手轻轻拍拍他的肩膀,或用眼神、声音给他以暗示。调查表明:广大高中信息技术教师具备一定的驾驭课堂的能力,但教育心理学方面的知识较为匮乏。
4.教师参加省级培训情况
教师培训和教研活动是促进教师专业知识发展的重要手段,但由于目前国家为教师提供的资源与支持服务体系明显不足,尽管2007年吉林省进入课改之初,省教育厅就要求对教师实现全员培训,但仍有一些教师几乎没有参加过任何业务培训和到外地听课学习。从调查的结果可以看出:从2007年6月到2012年12月的五年半时间里,40.6%的教师从未参加过省级以上的培训,45.7%的教师参加过三次以下的省级培训;只有13.8%的教师参加过四次以上的省级培训。
5.教师专业技术职称情况
在被调查的254名教师中,具有高级职称的为10.6%,具有中级职称的为57.5,具有初级职称的29.5%,有2.4%的人无职称。目前,全省高中信息技术教师无特级教师。58.3%的人认为与学校其他同等教龄、同等学历的教师相比,信息技术教师的职称是偏低的。78.8%的人认为与学校其他同等教龄、同等学历的教师相比,信息技术教师的收入是偏低的。
从调查结果我们可以看出,目前高中信息技术教师职称明显偏低,因素是多方面的,但有一个很重要的原因是学科所处的地位造成的,学科地位的高低取决于该学科在升学考试中所占分数比例的大小,像数、语、外科目升学考试分数所占比例最高,自然是“主科”,理、化、生、政、史、地科目升学考试分数所占比例次之,被称为“副科”,体、音、美、信息技术、综合实践等科目是升学考试不考的科目,当然就被称为“小科”,也有人把它冠以好听的名字,叫“素质教育科”。在大力推进素质教育的今天,这些所谓“小科”本应该在学校受到“宠爱”,但事实上,在当前还是有相当多的学校把升学教育的目标放在了第一位,重视抓“主”、“副”科的教学质量,忽视像信息技术这样的所谓“小科”。在教师评职称、进编方面,优先考虑“主”、“副”科的教师,“小科”教师晋职缓慢。
众所周知,信息技术教师参加工作的起点(学历)和其他学科教师一样,甚至有一些还是研究生毕业(在被调查的教师中有11.9%是硕士研究生毕业),但由于教的学科不受重视,使得他们在学校的评聘职称中受到严重影响。
高中信息技术教师的工作量情况
我们对全省40名高中信息技术教师工作量进行调查,随机在长春、吉林、松原、白山4个地区选取各10名高中信息技术教师,统计他们在2012年上半年的工作量,调查内容包括:A:教学时数(每课时按40分钟计算);B:备课时间;C:学校的信息化建设;D:制作课件;E:学校的电子文本编辑;F:机房、校园网维护(含装软件、软件升级等);G:学校电教设备的维护、摄录像设备和音响设备的使用、指导学科教师使用的电教设备。
从调查结果我们可以看出,目前中小学信息技术教师每学期教学和备课的工作量仅占教师总工作量的三分之一,三分之二的时间都用于学校电教设备的维护、摄录像设备和音响设备的使用、指导学科教师使用电教设备、学校的信息化建设、学校的微机维护工作和网络维护、学校的电子文本编辑、制作课件等任务,繁重的工作任务和工作的多样性使得教师不能全身心地研究教学、教研,教学质量难以保障。另外,信息技术教师所做的这些工作,绝大多数是不能按课时核定的,完全是尽义务,教师工作很辛苦,却得不到应有的回报,出现了不公平的问题,挫伤了信息技术教师工作的积极性。
通过对以上调研结果的分析,我们可以看到,中小学信息技术教师的公平问题已影响到了教师队伍的稳定,影响到了信息技术学科教育教学的质量。
建议及对策
1.创设有利于信息技术教师专业发展的外部环境
学校环境是对信息技术教师专业发展影响最直接、最深刻的外部环境。学校需要为信息技术教师的专业发展创设有利环境,重视信息技术课程,明确信息技术教师的岗位职能,支持信息技术教师的科研活动,制定可行的信息技术教师职称评定标准,并鼓励信息技术教师积极参与各种培训、交流活动。
2.加强和完善学校教师工作量评估体系建设
如何全面准确评价教师的工作量,关乎到教师的切身利益,教育行政部门应采取有力措施调动信息技术教师的工作积极性,尽快制定信息技术教师的工作量标准,包括信息技术课每周多少节为满工作量,对教学以外的工作量应有一个量化标准。随着教育信息化发展,学校应逐步配备这方面的教师或专职工作人员,改变目前信息技术教师“全能”的现状,让他们和其他学科教师一样,有充分的时间研究学科教学,把提高学科教学质量当成自己的主要任务。
3.构建信息技术教师的职前职后一体化教育
信息技术教师的职后教育有较好的保障,但职前教育非常匮乏。现在,越来越多的毕业于计算机专业、教育技术学专业的学生开始担任中小学信息技术教师。目前专门针对中小学信息技术教育开设课程或专业的高校寥寥无几,导致学生职前准备不足,极易造成他们入职阶段的不适应,不利于其专业发展。因此,有必要在高校尤其是师范类院校相关专业中开设信息技术课程教学方面的课程。
4.促进信息技术教师专业发展共同体的建设
信息技术教师专业发展共同体由信息技术教师和有关专家组成,他们可以经常围绕信息技术教学和个人发展的有关问题进行交流,分享资源,形成一种相互影响、相互促进的人际关系。建立信息技术教师专业发展共同体,对于构建信息技术课程教和学的集体智慧、增强信息技术教师的归属感和职业效能感、促进他们的专业发展将大有裨益。
【关键词】改革;机器人技术课程;创新能力
0 引言
让智能机器人教育走进学校,开发机器人文化的教育功能和发掘智能机器人的教育价值,对推进教育创新,促进教育改革和教育现代化,对创造型、研究型、专家型教师队伍的形成,对提高学生的创新和实践能力,同时对我国机器人事业的发展、人才高地的建设,都具有重要的现实意义和战略意义。21世纪中期,人类社会将全面进入以智能机器人为代表的智能时代。最近10年,有关机器人的研究与应用水平将取得重大突破。机器人的广泛应用将极大促进社会生产力的发展与产业结构的调整;机器人的制造与销售将成为一个新的经济增长点。在职业教育领域开展智能机器人教育,是为了让中国今天的学生能够有准备地迎接属于他们的明天――智能机器人时代的到来。
由于机器人技术课程是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。所以,一些教师只局限于教材中给定的知识点,就一些问题进行讲解,或者进行一些简单枯燥的提问,不能真正做到让学生自主探究,多向、发散地去思维。在自主性学习上,学生的自主性发挥得还不够。合作性学习时,有时还留于形式,只是表面的热闹。因此,如何处理好教师与学生的关系,教师把握课堂的方式,如何为学生的学习提供最有力的帮助,使所有的学生都能得到最大限度的发展是我们要探索的问题。
1 研究目标
探索出应用现代教育技术提高学生创新能力、实践能力的原则和策略,构建与之相适应的课堂教学模式,丰富和完善学生创新能力、实践能力提高的理论体系。一方面,帮助学生掌握科学的学习方法,形成良好的学习创新、参与实践的习惯,学会收集与处理信息,学生创新能力实践能力普遍提高,为其素质的全面发展奠定良好的基础。另一方面,促使教师教育观念的转变,提高教师运用现代教育技术的水平,教学水平和科研能力普遍提高,并取得一定质量的教育科研成果。
2 改革措施
2.1 加强硬件建设与软件开发管理
硬件建设:学校积极筹措资金、充实有关设备。准备购买新机器人器材的资金,为机器人活动添加硬件设备。以此来创设了良好的机器人学习环境,推动机器人教学。
软件开发管理:为满足教学的需要,我们要不断丰富图书资料,购置了机器人开发软件。积极开发机器人教学多媒体课件,加快建立多媒体资料库,不断完善教学、科研管理的信息服务功能。同时通过自主编制的校本机器人教材,使学校的机器人课外教学更加规范化,标准化。使学校的机器人特色得以普及,更使广大学生能轻松的步入机器人的世界。
2.2 着力提高教师素质
我们着力通过培训、教研、讲座三个环节来提高教师素质。
首先,是学习。教师对机器人技术的认识决定着机器人教学的成败。因为教师是实验的直接参与者,只有当教师充分认识到机器人技术的价值,对课题研究充满信心并热情投入时,课题研究才能收到良好的效果。为此,我们要加强了实验教师的理论学习。首先要抓的是教育观念的更新,我们准备通过学习先进的教学资料,组织教师认真学习相关教育理论和文件。帮助教师从理论上提高对课题实验的必要性、重要性的认识,促进教师进一步树立正确的教育观念,为实验的顺利开展奠定坚实的思想基础。
其次,是教研。为适应课题研究的需要,我们要进一步开展实验教师专题讨论;开展课外机器人活动的现场观摩,并进行案例分析,积累在实际教学经验,提高教师把机器人技术融入教学实践的能力;组织校内外机器人竞赛活动,使实验教师在相互交流中提高,在实践探索中成长。
三是,讲座。学校领导邀请专家来校讲座,进一步提高课题组成员的理论基础,并请专家进行现场指导,对涌现出的好作法、好经验,及时总结、推广;对发现的问题,面对面地进行指导帮助。有效地调动了教师的积极性,确保实验的顺利进行。
3 研究内容
研究内容应包括科研开发、课外科技活动、产品创新、实验教学、课程设计、毕业设计、认识与生产实习等,其核心任务是培养学生具有创造性思维理念与综合实践能力,这是学生就业与发展的基石;是学生从校门跨入社会的桥梁纽带;是学校培养出高质量工程技术人才的重要保证。要紧紧围绕“以机器人为平台,以提高学生实践创新能力为主线,以培养出社会急需的技术人才为目标”的思想,重点突出实践教学与能力培养相结合;科学新技术与工程实践应用相结合,探索出人才培养与提高创新能力的路子。主要从以下几方面入手:
3.1 课程教学方面
以机械电子工程学生为试点,大力开展与机器人技术相关的课程教学,广泛征求有关专家意见并汲取兄弟院校在此方面提供的宝贵经验,结合创新目的在机械电子工程本科教学计划中设置“机器人技术及应用”相关理论课程。在“传感器技术”、“机电一体化系统设计”等课程中添加专门章节介绍机器人相关技术。充分利用各种教育资源,采取多种教学手段,如多媒体技术、仿真技术现场演示,从中穿插旨在培养学生动手操作能力的机器人组装、调试等内容。
3.2 实验教学方面
废除陈旧的实验,减少验证性实验,增设综合性、设计性、创新性实验。以理论和实践相结合的形式,在实验课中,鼓励学生“大胆实践”,各种传感器、电路板的制作和焊接完全自己动手,机械传动机构尽可能熟练拆装。学生加深对机器人技术涉及的多学科门类的了解。
3.3 课程设计方面
将机器人开发平台引入课程设计中,让学生能够大胆提出设计思想,在平台的基础上进行结构改造、控制系统设计,单片机扩展、编程等项目,从而实现控制目的。
3.4 毕业设计方面
向毕业班学生开放此平台,鼓励他们在毕业设计中尽可能发挥自己的聪明才智,搞出一些有显著创新特色的项目。提出以智能机器人为开发平台的相关设计课题,根据学生各自的特点,可分成机构设计组、功能扩展组、软件设计组,几个组相互协调,齐头并进。给予一定的资助,能把学生的设计成果以创新产品形式制造出来。
3.5 科技竞赛方面
根据机器人技术涉及学科门类多、知识领域广的特点,同时也为了使更多的同学了解机器人科学,定期进行机器人课外活动,定期举办机器人讲座,在全校范围内组织机器人大赛,开设机器人比赛论坛,为机器人爱好者开辟一个发表新见解、交流新思想的窗口。
3.6 科研方面
让大学生参与到老师的机器人相关的科研项目中,为学生参与科研活动提供平台,可以使学生较早进入科研状态,对培养学生的科学创新意识极为有益。
4 预期成果
通过教学改革,充分调动了教师和学生的积极性,教师对原有的教学观念有了很大转变,学生掌握了机器人结构设计,控制系统设计、编程,传感器应用等技术,提高了综合应用知识的能力、分析与解决问题的能力、创新实践能力,形成“以学生为主,一切围绕学生发展”这个新的教学观。能够满足培养宽口径、高素质、复合型人才的需要。
【参考文献】
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