人工智能课堂利弊精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇人工智能课堂利弊，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：写作指导 iwrite 句酷批改网 对比

句酷批改网与iwrite二者宗旨在于以在线学习的方式，激发学生的兴趣，同时从客观角度来评析学生作文，增强学生自主学习、积极反思、完善习作的能力。可提高学生对应试话题的熟知度，了解自身写作优势和短板。

一.句酷批改网与iwrite之对比分析

1.写作界面对比。句酷和iwrite两个网站的界面均十分简洁，易于使用。比较而言，批改网的界面所包含的板块更少，只有作文号的输入检索和学生的个人作文练习；iwrite英语写作教学与评阅网则将其板块划分并在左侧设立相应的指引栏目。在写作输入界面方面，两者都有基本的输入功能，iwrite英语写作教学与评阅系统较句酷批改网相比，但在文字编辑方面，前者更胜一筹。iwrite英语写作教学与评阅系统可对文字的字体、字号、加粗等进行选择，学生可在文字输入时选择自己喜欢的字体，但据学生反馈，从word文档复制粘贴到该网站时，往往无法正常显示。而批改网则在学生作文生成后对字体进行统一调整，并可无障碍进行文段的复制粘贴。

2.写作资源对比。两个写作平台均有庞大的题库，以大学生为目标用户群体，可满足大学生在大学四年间各类考试及日常作文练习的需要，如英语四级考试、英语六级考试和专业四级英语考试样题等。除此之外，iwrite早期也上传了一些实用写作技巧，但并未对此方面资源进行跟进；批改网的系统中则无该栏目。关于英语写作的学习，除日常练习外，写作技巧和素材的积累也应包含在内。因此建议两个网站可在各自的系统内增加相应板块，使学生在课外也可以学习写作技巧并积累写作素材。

3.写作指导功能对比。

A.批改网的用户体验优点。批改网在纠错、版本对比、给词参考、成绩展现、修改意见等方面呈现以下优势：（1）能有效纠正语法、单词、标点错误。（2）可根据学生用词提供相应词汇的使用方式，或其对应的高级词汇，因此可在一定程度上提高学生的语法和用词水平。（3）应用修改版本回顾和对比功能，对学生写作水平的提高有一定帮助。（4）该系统有班级排名功能，学生完成作文后可查看自己的成绩及排名，这对激励学生再次修改并完善作文有一定作用。（5）进行错误修正时，可直接在系统的修改提示页面进行改正与保存，而不需要回到原文查找错误所在。（6）在进行作文指导时，批改网进行逐句分析，指出学生在拼写、短语、句型方面的不足以及改进意见，给出的建议更为具体。从字、词、句篇，乃至切题性的角度进行评判。

B.iwrite的用户体验优点。iwrite的特色主要体现在以下两点：（1）能有效纠正语法、单词、标点错误。（2）具有版本回顾与对比功能，可指出每一个版本的错误，并能将两个版本放在一个页面对比，使对比更为直观。

二.问题

在“以iWrite为依托提高写作能力的探索”的实践中，参与实践者极大受益于两大平台带来便利和指导的同r，也发现两个平台在写作指导方面仍存在以下问题：（1）进行作文审阅时，二平台均只以其语料库内容为主要依据，而对于语料库外的一些表达则会不断提出修改意见或判为错句，例如一位同学在作文中用了the same knife cut both bread and finger，该短语意为水能载舟亦能覆舟，是一个地道的英语成语表达，但在作文审阅中，系统一直提示修改该短语，因其被判定为不符合母语习惯。（2）注重作文的结构、语法、用词，但对内容和思想的审阅尚不成熟，在有关人工智能利弊的作文写作中，一名同学审题失误，将文题理解为高科技对人类生活的影响，因此该篇作文应属于严重偏题，但批改网打出了88分的成绩。（3）对于流水句的判定过于机械，毋庸置疑，在教学过程中句型句式的多样化对于提升学生的写作能力十分重要，但相同简单句的排列有时也是必要的，而在本次写作第二课堂的实践中，只要是学生所用简单句的排列均被判定为流水句并扣分。（4）可识别中式英语，并提出错误判定，但无法给出修改建议。

据以上分析可知，批改网和iwrite作为新兴线上写作平台，其功能尚有待完善，但已可对学生写作能力起一定促进作用。二者虽各有利弊，但就本次写作第二课堂的写作实践活动来看，批改网功能更为强大，使用感更佳，整体优于iwrite，操作形式简便快捷，界面呈现一目了然，板块更为丰富，批改结果与分析有理有据，不但可以对写作做出一定指导，也可激励学生自行修改完善作文，可从实质上提升学生写作水平。并在一定程度上减轻老师的工作负担，增强批改的客观性、权威性。

但人工智能批改仍有不可避免的疏漏，其作用仍无法与教师相提并论，在写作学习中，线上写作平台只能作为课堂的辅助工具，更多的仍需教师亲力亲为，将其与课堂教学融合起来，结合二者优势，达到写作指导效益最大化。

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关键词：机器人学习； 关联分析；学习客观因素

中图分类号：G40-057 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2015）02-0086-03

一、引言

2003年教育部颁布的高中技术课程标准中，把“人工智能初步”和“简易机器人制作”设为技术领域的选修模块，意味着我国的人工智能和机器人教育在大众化、普及化层面上进入了一个新阶段。[1]国内教育专家和学者们都认识到：以机器人技术为代表的人工智能技术是信息技术发展的一次重大飞跃，信息技术教育未来发展的趋势必然是向智能机器人教育转移。人工智能机器人教学集中承载着中小学信息技术教育的诸多核心价值，是全面培养学生信息素质、提高其创新精神和综合实践能力的良好载体。[2]

截至2013年，青少年机器人教育仍以校外培训班和校内课后班为主，机器人教育还没有真正走进课堂。但据不完全统计，十年中辽宁省沈阳、大连、鞍山等市中小学校学生参加学习人数累计4万余人，在国际、国内（省级以上）比赛中相继获得不菲成绩（累计1000以上奖项）。在热情高涨的青少年机器人教育背后，不乏企业和培训机构的逐利动机，也不乏家长在子女教育问题上对舆论导向的盲从心理。如何分析机器人对青少年身心成长的影响是该领域必需正视的问题。由于信息素质、创新精神和综合实践能力衡量困难，机器人的比赛和获奖尤其是国际奖项就成为当前最好衡量标准。为验证影响机器人学习效果的因素，我们将影响学习效果因素按主客观划分，将主观因素分为学习的兴趣与知识水平（认知结构），学习过程中解决问题的学习能力或克服困难的坚韧力。其中青少年学习兴趣广泛，而知识水平，学习能力和坚韧性是相对有限的。因而客观因素的分析就显得更加重要。影响学习的客观因素种类较多，对学习过程也有重要影响。本文利用数据挖掘技术中的关联分析方法对影响青少年机器人学习成果的客观因素进行分析。

二、关联分析

关联分析（association analysis）是数据挖掘中一个重要的课题，被广泛研究。关联分析是在大量数据集中的发现关联性或相关性，描述事物中某些属性同时出现的规律和模式。[3] 关联分析与统计学中的相关分析均讨论事物间的相互关联。相关分析主要刻画两类平行关系变量间相关程度，是揭示不确定性的随机现象之统计规律的学科， 因此对于因素间具有不确定性的系统， 既可应用相关分析，也可应用关联分析。还有关联分析主要处理二分变量，并对其出现的频率进行分析，这一点区别于数据挖掘中的决策树分析。当然关联分析也可以对连续的变量进行离散化后分析。[4] 在关联分析中每一个观测称为事务或交易（transaction），数据集合称为项集（item），一个集包含k个项，则称为k项集。[5] 用X表示一个项目（前项或左项），Y表示与X没有交集的另一个项目（后项或右项），蕴涵式X≥Y表示X，Y同时出现的规则（rule）。X≥Y的支持度（support）：表示前项和后项在整个数据集中同时出现的频率，σ（Z）表示事务集Z的频数，TX，TY分别表示含有X和Y的事务集。supp（X≥Y）=；置信度（confidence）：支持度与前项频率之比，conf（X≥Y）==；提升（lift）：置信度与后项频率之比lift（X≥Y）=。关联分析代表性算法有：先验（Apriori）算法，频繁模式树（frequent pattern-growth，FP-growth）算法（R语言目前不支持）及频繁项集 （Eclat）算法。 [6]

三、 数据说明

影响青少年机器学习效果客观因素分析数据来源于整理后的近五年里辽宁省内沈阳、大连、鞍山三城市352名机器人学员1100笔记录（含个人几年内连续记录），如表1。变量包括：学员性别（gender：female，male）；机器人学习时间（time：1-6年）；机器人学习课堂融合程度（Integration：高high，中mid，低low）；父母的教育程度（研究生 postgraduate、大学college（本科、大专）、其他other，二人中取高学历）；学校学习成绩（academic performance， AP：优 best、良good、一般ok）；获奖（reward： yes， no 各种企业和政府组织省级以上比赛）。此外，还有一些观测变量统计困难。如家庭收入，家庭对孩子的教育方式，家庭和谐程度，上一代对家庭的照顾方式与程度，父母职业（由于同一职业内部差异较大不具有统计学上可辨别性，双亲不同职业对子女影响也无法考量），机器课堂学习成绩（不同的学习班有不同的教学内容和考核标准）。其它等未列入数据分析中。

四、R语言关联分析过程

R是GNU系统的一个自由、免费、源代码开放的软件，主要用于统计分析与数据可视化。[7] 其使用简洁、灵活而且新兴研究领域算法不断更新，在数据挖掘（或机器学习）领域有广泛的应用。现利用R语言对青少年机器学习效果客观因素与是否获奖进行关联分析。

1.数据整理[8]

mydata=read.table（"clipboard"，header=T）#加载数据

mydata$time=factor（（as.numeric（mydata$time）>3）+1，levels=1：2，labels=c（"short"，"long"））#关联规则处理的是二分变量，需将学习时间time转成”long，short”两个水平myrobot=as（mydata，"transactions"）#arules包要求的数据形式为（transactions） itemFrequencyPlot（myrobot，support=0.05） #显示频率在5%以上的项如图1。

2. apriori算法求解关联规则[9]

library（arules）；mynewrules=apriori（myrobot， parameter=list（minlen=2， supp=0.05，conf=0.05），appearance=list（rhs=c（"reward=yes"），default="lhs"），control=list（verbose=F））# 第一个规则的lhs 是个空集，可以使用minlen=2排除lhs空集；verbose=F设置算法处理的过程简化；以lift提升度排序myrulessorted=sort（mynewrules， by="lift"）#关联规则按“lift”排序

#以下去除冗余关联规则

mysubset=is.subset（myrulessorted， myrulessorted）；mysubset [lower.tri（mysubset， diag=T）]

library（arulesViz）；plot（mynewrules， method="graph"， control=list（type="items"））#关联分析的图形表示如图2。

3.关联分析结果解释

从表2，无论是支持度、信任度还是提升，与后项获奖关联最大的前项是学习时间（长）。信任度较大关联（0.335，0.325）的前项是机器人学习课堂融合程度（中）、学校成绩（优秀）、父母教育程度（大学）。支持度较大关联（0.188）的前项是性别（男）。人们假想的父母学历较高、机器人学习课堂融合程度高却不是机器人获奖的关联项。从图2，将获奖置于中心，离中心较近的项是学习时间（长），机器人学习课堂融合程度（中），性别（男）；提升（颜色较深）和支持度（面积较大）的项目是性别（女）、学校成绩（一般），其方向离心说明这是负关联，即学校学习平常的小姑娘不能实现机器人比赛获奖的目标。

五、结论与展望

尽管作用于学习的客观因素不能直接的参与学习的知识建构，但在学习之初，特别是青少年阶段，客观的辅助作用是不可或缺的，学习时间是检验其学习成果的关键规则。青少年的机器人学习组织以社会办学为主，学习时间意味着家长的投入和企业利润的最大化。但我们不是金钱决定论的完全支持者，因为比赛获奖不是机器人学习的真正目标，而且较长时间的学习投入对促进学生综合发展的利弊还需进一步讨论。此外，机器人学习中的主观因素在学习过程中如何表现？原有的学习成绩对机器人学习效果没有预期迁移效果，而反之是否有影响？这些仍是我们需要进一步讨论的问题。

参考文献：

[1]钟志强，张毅宁，李国军.高中机器人教育课程读解[J].鞍山师范学院学报，2014，（2）：43-46.

[2]钟志强，张毅宁.中小学机器人教育课程读解[J].中小学电教，2012，（11）：15-18.

[3]维基百科――关联式规则[DB/OL].http：//zh.wikipedia. org/wiki/关联式规则， 2014-5-10.

[4]韩家炜. 数据挖掘：概念与技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

[5][8]吴喜之.复杂数据统计方法：基于R的应用[M].北京：中国人民大学出版社，2013.

[6]Pang-Ning Tan. 数据挖掘导论[M].北京：人民邮电出版社，2011.

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课外活动教学相长自学能力创新精神教与学是一对矛盾的对立体，既相互对立，又相辅相承，相互促进。学然后知不足，教然后知困。知不足，然后能自反也；知困，然后自强也。最完美的境界就是教学相长，融为一体。在课堂教学中学生使用英语的机会较少，易于失去兴趣，产生惰性，同时有限的课堂所传递的信息量与大千世界相比如同沧海一粟，而丰富多彩的英语实践性课外活动能成为英语课堂学习的有益补充，为英语学习提供文化背景。在课外活动中，学生是主人翁，主观能动性得以充分的发挥，个性获得张扬，获益匪浅。在课外活动中，教师的身份也得到转化，从教授者变成了活动的指导者，组织者和参与者。

一、激发学生学习兴趣，培养求知欲

兴趣是最好的学习动力。兴趣是个体的认识倾向，这种认识倾向使人对有兴趣的事物积极地探究，并带有情绪色彩和向往的心情。孔子曰：“知之者，不如好之者，好之者，不如乐之者”。英语角的开展，为学生提供了一个讲英语的舞台和机会。教师为了确保交流的顺畅进行，可以事先让学生知道话题并要求学生提前去准备一些资料。学生根据个人兴趣选择话题，并尝试着用英语去阅读他们喜欢的英语文章，无形之中加大了学生接触英语的时间。在说之前先有了阅读的训练，读为说做了铺垫。学生根据兴趣进入各个话题小组之后进行对话和交流，学生的资源达到共享，形成了生机盎然的学习氛围，学生体验到成功的乐趣，激发他们自主求知的热情，这种积极的情感状态不断鼓励着学生主动而愉快地学习。

二、培养学生的自主学习能力和创新精神

教给学生学习方法是优化教育的重要原则。古人云：授人以鱼，不如授之以渔。教师不仅要教给学生知识，更重要的是教会学生获取知识的方法和本领，以适应竞争日益激烈的社会需要。著名教育家叶圣陶说过“教是为了不需要教”“不教是为了养成学生有一辈子自学的能力”。因此，指导学生正确的学习方法，培养良好的学习习惯和自学能力，激发学生学习的积极性是创新教育的关键所在。

英语晚会是一种综合性的活动，在组织和准备的过程中，学生动脑、动口、动眼、动手，从中受到激励、启发，产生联想、灵感，增添创造意向，训练和培养创新能力。在晚会筹备期间，学生搜集西方圣诞节的背景资料。在节目的组织过程之中，学生能够把从因特网搜集来的资料加以学习和整理，灵活运用到英语晚会的台词编写，道具准备，服装和晚会的布置中去，学生用英语读、听、说、唱、演、写。英语晚会非常受学生的欢迎，不论是台上的演员还是台下的观众。学生在准备、组织、彩排的过程中唤起潜在的创造智能，在意志和信念的推动下，支配自学探索活动，不断更新、深化和充实已获取的知识，有利于创造性思维的发展。

三、树立团队精神和合作意识，锻炼组织协调能力

学生的课外活动，经常是小组、班级甚至是班级之间共同努力的结果。在活动之中，导演与编剧、演员的合作，主持人和选手的沟通，台前和台后的配合，台上和台下的默契，所有这些，都是对学生的团队意识和组织能力的很好锻炼和提高。

四、创造更广泛的语言环境，给学生提供更多使用语言的机会

创办英语报纸，能够为学生提供良好的学习和使用语言的机会。学生在搜集资料中感受英语语言所植根的文化沃土；在编辑和排版的具体工作中获得使用英语的锻炼和成就感。学生突然发现，原来自己也能写出好文章，画出优美的插图。学生的报纸内容很丰富，以学生的习作为主，也有英语文章的摘抄和学生的阅读心得，英语小笑话、幽默、谜语、游戏、今日天气、校内新闻等。

五、促进教师身份的转化，增进师生感情

在英语课外活动比较轻松的气氛中，教师和学生的地位平等。大家共同学唱一首英文歌，学生话剧中教师可以客串一个角色，学生办的英文报纸，教师是第一个读者，在各种比赛中教师可以担任评委和裁判。教师身份在课外活动中的多元化，使教师成为学生真正的良师益友。实践证明，融洽的师生关系对于课堂教学任务的开展是非常有好处的。

六、促进教师不断充实自己，提高专业素质

要想给学生组织丰富多彩、积极向上的英语课外活动，教师不仅要扩大知识面，而且要做许多细致的准备工作。教师在查阅资料中，会接触很多的新知识；在组织活动中，会尝试很多新技术；学生的阅读范围拓宽了，应用英语的能力提高了，就会站在一个更高的层面去思考问题，提出新问题；这些新知识，新技术，新问题，都激励教师不断地学习，不断地思索。

七、英语课外活动成为课堂教学的有益补充，促进英语教学纵深发展

目前，议论文的写作是各种考试的常见题。题目经常是优缺点或利弊的分析，通过课堂学习，学生交上的初稿，往往观点不够鲜明，论据不充分，论证不太合理。教师可以在课下组织相关题目的学生英语辩论赛，促进学生进一步思考，使用最典型的论据。在激烈的辩论中，正反方各持一词，语言得以简明。辩论结束后，让学生进行总结，做进一步修改，使得文章论点得以明确，说理更加令人信服。

八、结语

任何一门学科的学习都不可能仅仅停留在课堂的45分中里，学生在课堂中学，在课外活动中学，在每天的生活，工作中学；教师也在不断地学，不断地受到课堂教学和课外活动的启发和鞭策。当看到学生通过丰富多彩的英语课外活动喜欢上英语，亲近英语时，是教师最快乐的时候。英语课外活动的开展，为学生和教师提供了一个使用英语进行交际的平台。学生和教师都从中受益，教与学在课外活动中达到双赢，归根结底，学生是最大的和最终的受益者。

参考文献：

[1]桂诗春.应用语言学[M].长沙：湖南教育出版社，1998.

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关键词：计算机辅助教学；发展；趋势

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）27-6153-02

计算机辅助教学的研究始于美国，第一个教学系统于1958年产生，至今已有50多年的历史，同其他学科的产生一样，计算机辅助教学的产生与发展具有广泛的基础，归纳起来主要有其物质基础、理论基础和社会基础。1）计算机辅助教学产生和发展的物质基础。计算机的出现和发展标志着人类进入了信息时代，计算机在教育上的广泛应用，改变了传统的教学方式，有效地实现了个别化教学，扩大了教学范围，提高了教学效率，为计算机辅助教育的发展打下了必不可少的物质基础。2）计算机辅助教学产生发展的社会基础。信息社会的到来，表明信息已经成为促进经济发展、提高生产力、增强国家实力的重要资源。新的科技成果日新月异，知识迅速增长。3）计算机辅助教学产生和发展的理论基础。计算机辅助教学的产生与教育心理学、教育技术学的影响是分不开的，特别是“机器教学和程序教学”这两个概念，对计算机辅助教学思想的形成起到的作用至关重要。

1 计算机辅助教学的基本概念

计算机辅助教学是一门新兴的交叉学科，在它的产生和发展的过程中形成了自身的概念。不同的时期对这些概念的描述也不同，而且随着时间的推移，计算机辅助教学的研究和实践内容会不断地丰富和扩充，有关的概念也会随之变化。

传统的教学过程是教师直接向学习者传递教学信息，计算机辅助教学作为一种新的教学系统，它是以提高教学质量，提高学习效率，使学习者实现有效学习为根本目的。计算机辅助教学系统教学过程一般有下面两种形式：1）教师利用计算机向学生传递教学信息，完成一定的教学任务；2）学生通过与课件的交互作用进行学习。作为教学媒体，计算机辅助教学与其他教学媒体相比较，具有其独特的特征：1）计算机辅助教学的对象是学生，它为学生提供各种教学内容，对学生给予直接的帮助；2）计算机辅助教学必须提供某学科的学科知识，并使学生通过计算机获得新的科学知识；3）计算机与学生之间是相互作用的关系，计算机与学生之间进行“对话”，计算机要求学生做出积极的反应，并根据反应做出判断和决策。

2 教育改革需要计算机辅助教育

由于信息革命的影响，新知识剧增，知识更新周期缩短。传统的一次性教育已不能适应社会生产和科技发展的需要，因而提出继续教育、终身教育的需要。其结果是教育体制和结构的多样化、离散化。于是半日制教育、业余教育、职业教育训练、短期培训等教育形式提到了和正规教育同等重要的地位。由于教学或训练的对象的基础不同、学习的起点不同、提高的方向和学习的目标不同，因而教学内容、教学方式、教学需要也不尽相同。这就对个别化教学、远距离教学提出更为迫切的要求。计算机辅助教学有利于实现个别化教学、远距离教学，这使它成为实现继续教育、终身教育和社会化教育的重要手段。

在正规的学校教育中，传统的“以教师为中心、以课堂为中心、以课本为中心”的灌输式教学不利于学生积极主动地学习，不利于培养学生的学习能力和工作能力，也不利于因材施教。传统的“一张嘴、一支笔、一本书”的以讲授为主的单一教学方式主要以语言、文字作为传播信息的媒介，传播的信息量少，单调枯燥，不但学习时间长，学习效果也较差。这种从文艺复兴时期沿用至今的以传授知识为主、以教师单向讲授灌输进行班级教学的教育观念和教育模式，妨碍了学生创新精神和创新能力的发展，培养出来的学生比较缺乏创造性思维和继续学习的能力。一旦所学的知识陈旧过时，又缺乏继续学习的能力，就容易被社会所淘汰，因而较难适应信息时代的需要。

为了用以培养能力为主的教育改造以传授知识为主的教育，以启发演练式的个别化教学，逐渐代替灌输讲授式的集体教学，提高教学效率，缩短教学周期，降低教育成本，就必需在改革传统的教学观念、教师观念、学校观念、改革教学内容的同时，尤其重视改革旧的教学方法、教学形式和教学手段，采用计算机辅助教学以及视听教学等新的教育技术，是研究优化教育过程的有效措施。可以说，教育改革的关键问题是教育观念的更新和教育手段的改革。CBE的实践已经表明，计算机辅助教育体现了—种新的教育思想，它为改变传统的教育观念，为实现高水平的基础教育以及多层次、多种形式的教育训练提供了一种先进的教学手段和现代化管理的工具。它能够更有效地实现个别化教学，扩大教学范围，提高教学效率，将在信息社会的教育中成为一种重要的教育手段。因而它可以在改革传统教育中起到重要的作用，甚至会成为教育改革的突破口之一。

3 计算机辅助教学模式

3.1 操作练习

这种模式是由计算机向学生逐个显示问题。其施教过程为：提问——回答——评判一再试或结束。操作练习模式充分发挥了计算机巨大的存储容量和快速处理能力，实现大量的重复训练，操作与练习的问题相当多，直到学生对该知识或技能的掌握达到要求为止。

3.2 个别指导

此模式是用计算机系统模拟教师授课的全过程，其教学形式由授课、提问、评判3部分组成。其基本原理是基于斯金纳（美国教育心理学家，20世纪50年代中期在机器教学的基础上提出了“程序教学”思想）的程序教学，把教学内容分成若干教学单元，学生在电子教学教师指导下自己组织学习。

3.3 咨询

咨询教学模式是以计算机提出各种问题和说明后，学生对这些问题和说明予以一定的回答的形式进行学习的，这种学习，计算机处于主动，学生处于被动状态，不利于学生学习积极性的充分调动和发挥。

3.4 模拟演示

模拟计算机辅助教学学习形态是沿用计算机的特性和功能，构造一种计算机模拟的学习环境，在这种学习环境下，学生通过人机对话的方式，实现一定学科内容的学习和某些问题的解决，这种模式引起越来越多教育学家和心理学家的注意，认为它有助于生动形象地传播知识，培养学生的能力，计算机模拟在教学上的应用十分广泛，从自然科学、医学、管理科学到丁程技术的许多学科教学中都可以采用模拟法。

3.5 问题求解

问题求解是一种智能型教学模式，这种模式引导学生与程序系统一起求解一个问题，解题过程中学生应用所学过的知识，掌握求解问题的方法。计算机不直接灌输知识给学生，而是通过提出问题，提供数据，引导学生思考，解决问题，得m正确结论，从而提高学生分析问题、解决问题的能力。

3.6 教学游戏

游戏型计算机辅助教学不同于一般游戏软件，多数游戏是为了锻炼学生的决策能力而设计的。因为一个游戏过程必然包括多个步骤，每一步又有多种选择，这就迫使学生尽可能地应用他们所学的知识千方百计地寻求战胜对方的策略。简单的游戏可以用作练习，复杂的游戏重在综合运用知识能力和决策能力的锻炼，与模拟有密切的关系。

4 计算机辅助教学的发展趋势

进入21世纪后，随着教育理论研究的不断深人和计算机新技术的不断出现，计算机辅助教学的发展出现了全新的局面。

4.1 基础理论研究的趋势

目前计算机辅助教学的基础理论研究受到重视。研究的内容主要集中在如下方面：1）计算机辅助教学的功能、特点及教学模式。2）学习理论和相关的视听心理学、传播理论。3）计算机辅助教学的系统构成。4）计算机辅助教学与传统教学的整合。

4.2 技术发展趋势

从技术层面上看，目前计算机辅助教学发展主要有3个方向：1）使用多媒体技术、虚拟现实技术等，为学生创设更接近真实的学习环境。2）应用计算机网络技术，实现分布式教学和远程教学。Internet的普及，为开发能够体现建构主义理论的学习环境提供了良好的条件。3）应用人工智能技术，使教学系统更加智能化。在未来的计算机辅助教学发展中，多媒体、Internet和人工智能在教育中的应用，会成为人们研究的热点。

4.3 应用发展趋势

社会发展是不平衡的，它对教育的要求和它为教育所能够提供的物质条件存在较大的差异。基于此，计算机辅助教学的未来发展，在应用上将会呈现出多态性，主要表现在以下3方面：1）应用方式的多样化；2）多种学习资源的集成化；3）研究、使用和教师培训的互动。对计算机辅助教学课件的开发进行理沦上、技术上和应用方面的深入研究，是促进计算机辅助教学不断发展的基础工作。以研究促进应用，以应用促进研究，使其形成互动机制，是计算机辅助教学迅速发展的正确途径。

参考文献：

[1] 连海燕，陈冬梅.计算机辅助教学利弊分析及建议[J].中国科教创新导刊，2008，（9）.

[2] 王艳萍.浅谈计算机辅助教学对教学的影响[J].湖北广播电视大学学报，2008，（9）.

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对于整体设计思路，首先要搞清楚需要什么样的要求，要达到哪些功能，再来选择设备。

首先，要求功能教室要达到教学过程可视化，教学过程全程录播数字化。

第二，此教室还应适应高中的一切文化科目的教学要求，任何文化科目都用得上。特别是英语语言教学上双向对话要求，因此，有必要安装模拟语音教学设备和数字语音教学系统。

第三，此教室应有适用现代教学要求的多媒体教学系统。

因此，在要求上要实现三大功能：1）录播功能；2）语言教学功能；3）多媒体教学功能。设施包括多镜头分区多画面切换自动跟踪录播系统、语音教学系统和多媒体电化教学系统三大设施功能组合为一体的现代化数字化教学系统。而在这三大系统中，各个系统在应用上又要求有一定的独立性和组合性，分则各为一体，合则为一系统组合，因此对设备有较高的要求。

全自动录播跟踪系统，是这套系统中最关键的一个单项系统，涉及较多设备和模式。目前市场上的录播跟踪系统基本上有3种控制原理：超声波跟踪切换技术、红外跟踪技术和图像识别分析技术。三者各有利弊。

1）超声波技术是通过超声波控制。其中教师跟踪要求教师配戴无线麦克风，通过语音激励，使摄像机跟踪教师来实现。对于讲台区域的跟踪摄像是多机位分区，就是在教室后面安装多个固定摄像机，在黑板下沿安装超声波感应头，实际上是一种超声波收发器，有效作用距离在0.5～1米之间可调。当教师靠近黑板时，相应位置的超声波感应头检测到人体，立即触发相对应的摄像机拍摄画面，未检测到人体的其他板书摄像机则处于封闭状态；当教师进入另一区域时，相对应的摄像机就会拍摄教师（如图1所示）。这种摄像定位精确，画面清晰不抖动。

2）红外跟踪技术是通过红外线控制的，其基本设备是红外发射源和红外接收装置。通过红外信号的变化，指使系统作出判断，然后发出指令，令摄像机跟踪定位，进行跟踪摄像。

3）图像识别分析跟踪技术。图像识别是人工智能的一个重要领域。识别某个图像，必须在过去的经验中有这个图像的记忆模式。识别图像时，这个图像与记忆相似或匹配，则这个图像被识别。依靠计算机的专门软件对摄像机捕获的人像进行分析处理，将其设定为跟踪对象，使其始终处于拍摄范围内，实现人像的自动跟踪。这是当前技术含量较高的跟踪技术，现在国际上的一些大公司都在努力研究图像识别分析技术。图像识别分析技术是解决自动跟踪的终极方案。

针对几种技术流派，各有其应用的场所主导方向。目前图像识别技术在自动录播跟踪的应用上还有很多技术难关未解决好。超声波技术主要应用于大学课堂教学，红外技术近几年应用于中学课堂有所兴起。中学课堂教学模式与大学有明显的不同：大学课堂以教师讲授为主，师生互动较少，在互动这一块不必过于强化；而中小学课堂师生互动量远远大于大学课堂，学段越低，互动越多。所以为适应高中要求，在开始选型上选择了红外跟踪技术。

红外跟踪技术又有两个流派：一种是点对点被动红外跟踪技术（如图2所示）；一种是主动红外空间网格定位跟踪技术。这两种技术中关键的区别就是目标定位上的差距。

点对点被动红外跟踪技术是在教师身上配戴的无线话筒上安装一个红外发生器，发生器不停地发出红外信号；高速球摄像机上有一个红外接收装置，不停地接收教师红外发生器的信号而控制教师摄像机，随时跟踪教师活动情况。在黑板上、下方各安有红外传感装置，教师板书时切断红外信号，系统将信号传给板书摄像机，拍摄教师板书情况。或者是教师通过手动按扭来控制板书摄像机拍摄板书画面。

学生跟踪是通过在学生座位上安装一个光电感应器，当学生坐好时，借用学生身体遮挡住光电感应器的感光孔，光电信号就不会发出；当学生站起来回答问题时，人离开座椅，感光孔就有光线进入而产生光电信号发射出去，光电信号接收装置就收到信号而判定此光电信号发生点有一位学生站起来回答问题，随后指令学生摄像机对此学生进行跟踪摄像；当学生回答完毕坐下时，光电感应孔被遮挡住而没有信号产生，因此，学生摄像机就不再跟踪此学生，而自动切换到教师。通过两种点对点跟踪来完成对教师和学生的跟踪切换。

这种技术的优点是跟踪定位准确，由于教师身上配戴了无线咪，因此后台摄像时录音效果相当好；由于学生每个椅子上都有光电感应器，只要学生站起来回答问题，学生摄像机就会马上跟踪，所以定位精确度很高。

但也有缺点：

其一，教师跟踪后录制下来的画面，整幅画面都在不停地变动。中学教师上课不是静止不动的，他一动，摄像画面也动，因此作为可视化教学资源时，打开视频录相，视频画面在不停地晃动，人眼浏览视频几分钟后就会感到头晕而不想继续观看。如果教师走动稍快或转身，就会出现跟踪丢失。

其二，学生跟踪是通过光电感应而发生的。学生坐在椅子上时，臀部不一定恰好遮住光电感应器，一旦产生漏光现象，光电感应器就会发出信号，指使学生摄像机跟踪此学生，而此学生此时并未回答问题，是不需要跟踪、不需要特写的，因而可能产生较多的垃圾镜头。

主动红外空间网格定位跟踪原理是借助于红外发生器和红外感应带将整个教室建立一个三维空间网格坐标系，来将教室内每个点进行网格坐标定位。不论教师、学生在任何一点站立，都会改变某一区域网格内红外信号，系统就会收到信号令摄像机自动跟踪（如图3所示）。这种空间网格定位最大的优点就是关键的定位设备是安装在教室四周墙壁上和天花板上的，因此，教师和学生都无需配戴任何设备，完全等同于普通教室的常态化教学，教师、学生都很自然。

当教师在讲台区域时，教师通过改变讲台区域的红外网格内的红外信号而获得教师定位信号，教师摄像机就自动跟踪教师的一举一动。当教师走下讲台进入学生区域时，由于教师的进入而改变了学生区域某网格红外信号，因此摄像机就会跟踪教师。当学生站起来回答问题时，学生身体高度的改变触发了学生所在的某一网格红外探测信号，摄像机就会自动跟踪学生；当学生回答完毕坐下时，系统认为此时红外信号恢复原值，就认为没有学生回答问题，自动调整到教师画面。通过这种原理来实现教师与学生的互动教学过程（如图4所示）。

空间网格技术将整个教室空间三维网格化，无论是教师还是学生，系统都可以准确地感知目标的空间位置，实现跟踪“无盲区”。教师不再限制在讲台上，无需配戴任何设备，学生不再需要按话筒开关或按扭，无论教师走到教室的哪个位置，无论学在哪个位置起立回答问题，只要空间网格中某个红外接收信号有所改变，系统都可以准确地感知。配合合理的策略，可以轻松解决师生互动。此设施最大的优点是教学常态化，不因系统录像而做些其他的任何动作要求。最大的缺点是对讲台区域的教师跟踪时同样会产生视频画面的晃动，且板书跟踪解决得不大完美；跟踪时对教室环境要求较高，受光线、衣服材料、温度等干扰。

而超声波技术却有着其自身的优点，将教室讲台通过分区来实现对讲台区域教师的跟踪。就是在教室的后面安有3～4个固定摄像头，将讲台分为几个区，每一个摄像头覆盖一个区域，当教师进入此区域时，此区域对应的一个摄像头就会摄像，而在此区域内教师的动作幅度无论多大，录制视频的画面都不会晃动，视觉效果很好。当教师由某一区域进入另一区域时，另一区域的摄像头就跟踪教师在此区域的一切动作，而且区域之间的切换很自然，虽有一定的跳跃性，但镜头不晃动。当教师板书时，可对板书内容进行特写放大，符合视频教学要求。

学生定位是通过按扭操作来完成，每两个学生共同使用一个遥控设备或话筒。当学生发言时，学生按一下“开始发言”按键，镜头会自动切换给学生；结束发言时，按“结束发言”，图像会切回到教师。整个系统由于学生区域有很多话筒，声音效果很好。

由于讲台区域分区位跟踪，跟踪时画面不会晃动，因此，超声波技术有红外技术难以企及的优点。

当然，也有其缺点。

一是学生区域话筒过多。如果学生因好奇乱按话筒，或学生打开话筒而忘记关闭话筒，可能会将杂音放大或产生垃圾镜头。学生回答问题时，必须按一下课桌上的话筒按扭，将信号发给系统，此时摄像机才会对回答问题的学生进行特写摄像跟踪，否则可能只有学生的声音而没有学生的图像。这不是常态教学。因此，应用前提是教师很熟练，学生很自觉，习惯很好。正是由于这种原因，更多地适用于大学的课堂教学，特别是讲座型的教学模式。

二是超声波产品长时间使用，对人体健康是否有害，学术界对此也一直争论不休。

综合超声波技术、点对点被动红外技术、主动红外空间网格定位技术和图像识别分析技术的优缺点，根据高中教学的针对性和适用性，提出了自己的目标方案，就是将超声波技术讲台分区的优点应用于红外技术中，提出多机位分区多画面切换全自动红外跟踪录播系统方案。基于这种技术要求，要求讲台区域分为3个区域（分区越多，视频画面越晃；分区越少，镜头覆盖面越大，人像越小）。教师、学生要求教学常态化，不需要配戴或在坐椅上安装任何设备。实现这种方案的技术原理是主动红外+空间网格定位跟踪，目前能较好地解决中学课堂教学中教师、学生图像跟踪问题。当然这种技术也存在设备成本较高，室内装修要求较高，教师板书特写跟踪不大理想等不足，录播跟踪技术还有待进一步完善。

在应用中发现空间网格对教师板书画面的拍摄不大满意。为此，针对高中教学要求，提出一种新的技术解决方案，有待专家研究，有待厂家研发。这就是在主动红外+空间网格基础上，在黑板的上沿、下沿安装红外装置，在黑板区域建立一个红外平面场，当教师板书时触发红外场，使板书摄像机进行板书特写，这样就可实现教师分区跟踪、学生跟踪、板书特写，再加上电脑课件几种信号整合的优良效果。因此，笔者期待的解决方案是主动红外+空间网格+板书红外三合一的红外录播跟踪系统，如图5所示。

参考文献

[1]图像识别原理及技巧[EB/OL].http：///.