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緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇專家系統(tǒng)論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
生長環(huán)境的好壞決定著農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，植物的健康成長更是與其環(huán)境息息相關(guān)。除此之外，自然因素對植物的生長有著決定性的作用，最主要的則表現(xiàn)在：光線的強度及陽光照射時間的長短、土壤環(huán)境、二氧化碳濃度、水分的控制等等，這些都共同決定了植物的生長狀況。現(xiàn)代科學技術(shù)還可以在一定程度上改變植物的生長環(huán)境，通過改變其土壤中的養(yǎng)分及空氣中二氧化碳的濃度，來對植物的正常生長環(huán)境進行合理的控制，通過這種方法可以在某種程度上提高果實的結(jié)果率，再利用現(xiàn)代化生物技術(shù)等來提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，從而為企業(yè)迎來更好的發(fā)展。
2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實施方案
2.1傳感器單元物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)想要獲得更好的應(yīng)用效果，在傳感器方面，需要做到對癥有效。
2.1.1氣體溫度傳感器在國外的先進國家這種傳感器技術(shù)已相對純熟。我國主要采用瑞士公司推出的單片數(shù)字溫濕度傳感器，來對空氣溫度進行傳感探究。這種高端傳感產(chǎn)品具有可靠性和穩(wěn)定性等特點，可以在一定程度上大幅降低了獲取數(shù)據(jù)的難度，并有效增強了其抗干擾能力，做到低能耗、高靈敏、高性價比等特點。在實際的農(nóng)業(yè)栽培培養(yǎng)技術(shù)中，可以利用這種氣體溫濕度傳感器來更加準確的獲取環(huán)境信息，并為以后的農(nóng)作物生長提供相應(yīng)的材料資源。
2.1.2土壤水分溫度傳感器該傳感器主要利用時域反射原理進行設(shè)計，并通過將其埋藏在土壤的方法，更好地檢測土壤中水分的分布情況。土壤水分溫度傳感器可以與采集器結(jié)合使用，利用這2種現(xiàn)代科技可以對土壤中各種理化性狀、氣溫變化及人為水分管理進行合理化監(jiān)測。除此之外，這種傳感器可適用于各種土壤環(huán)境，并對其土壤水分情況進行精確的判斷，并將數(shù)據(jù)及時上傳到數(shù)據(jù)庫中，以便人們對其合理控制。
2.1.3光照傳感器這種傳感器的主要特點在于，其體型較小、使用時間長、密封性好、精準性高、可控效果好，可以更好地抵御因自然環(huán)境造成的干擾，從而對現(xiàn)代溫室環(huán)境進行合理監(jiān)測。
2.2數(shù)據(jù)采集單元
2.2.1無線傳感器采集器通過傳輸數(shù)據(jù)的方式將采集器所采集到的信息及時傳送到管理系統(tǒng)當中，使人們可以在第一時間對農(nóng)作物生長情況做出準確的監(jiān)測及處理。采集器主要包括數(shù)據(jù)采集和傳輸2方面，其特點則表現(xiàn)在安裝簡便、使用成本低等。對采集器的電路本身而言，其主要包括信息處理電路、復位電路、A/D/D/A轉(zhuǎn)換器、晶振電路、顯示電路等等。
2.2.2多通道無線數(shù)據(jù)采集器這種多通道數(shù)據(jù)采集器可以采集多種信號，而信號則主要表現(xiàn)在物理模擬信號和數(shù)字信號2種。通過這種采集方式可以有效解決傳統(tǒng)的人力、物力和資源等問題，除此之外，還具有防水、防曬、安全采集、防雷擊等優(yōu)點。物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)可以實現(xiàn)在數(shù)據(jù)上的多種顯示技術(shù)，在數(shù)據(jù)采集、打印、存儲等方面更是具有突出的特點。
3結(jié)論
關(guān)鍵詞環(huán)境專家系統(tǒng)廢物最少化
專家系統(tǒng)(ES)是人工智能(AI)的一個分支，產(chǎn)生于60年代中期。專家系統(tǒng)是一個(或一組)能在某特定領(lǐng)域內(nèi)，以專家水平去解決領(lǐng)域中困難問題的計算機程序(黃可鳴1988，陳世福等1988，Waterman1986)．國外環(huán)境專家系統(tǒng)的研究起步較晚，但發(fā)展較快。就美國環(huán)境專家系統(tǒng)的發(fā)展狀況而言(白乃彬1993)，1985年前尚無環(huán)境專家系統(tǒng)，然而最近幾年發(fā)展很快，環(huán)境各個領(lǐng)域都出現(xiàn)了專家系統(tǒng)，實用性強是它們的共同特點。從應(yīng)用功能來分，有以下類型：評價、預測、診斷、設(shè)計、管理、教育和生產(chǎn)控制等，其中大部分是環(huán)境評價專家系統(tǒng)。國內(nèi)環(huán)境專家系統(tǒng)的研究從1987年開始，目前已有城市環(huán)境噪聲防治、城市污水處理、水資源保護、區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量評價等方面的專家系統(tǒng)。本文首次報道廢物最少化專家系統(tǒng)的研究成果。
1問題界定
廢物最少化最早由美國提出，并已在很多國家得到實施。美國國家環(huán)境局對廢物最少化的定義是：在可行的范圍內(nèi)，減少產(chǎn)生的或隨之貯存、處理、處置的有害廢物量。廢物最少化制度將環(huán)保部門通常使用的逆向反饋控制模式與生產(chǎn)部門通常采用的正向控制模式結(jié)合起來：它不僅能減少廢物的數(shù)量和毒性，進而減少其處理與處置成本，而且希望能減少生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)收入。廢物最少化以系統(tǒng)眼光分析解決問題，不僅僅著眼于生產(chǎn)過程或廢物的處理過程，而從產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后全過程入手。因此，廢物最少化所處理的問題應(yīng)是如何在企業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的生產(chǎn)全過程中減少廢物的數(shù)量、降低廢物的毒性。
2廢物最少化專家系統(tǒng)的設(shè)計原則
2.1實用性
建立廢物最少化專家系統(tǒng)是為企業(yè)的生產(chǎn)管理、環(huán)境管理提供技術(shù)咨詢服務(wù)的，系統(tǒng)是否實用是系統(tǒng)成敗的一個重要標志。因此設(shè)計人員要緊密結(jié)合行業(yè)生產(chǎn)特點來設(shè)計系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)設(shè)計的每一個階段都應(yīng)與該行業(yè)緊密結(jié)合，并取得行業(yè)專家的配合。
2.2系統(tǒng)性
用系統(tǒng)工程方法，對廢物最少化專家系統(tǒng)進行全面的系統(tǒng)分析。廢物最少化強調(diào)的是企業(yè)生產(chǎn)的全過程，應(yīng)系統(tǒng)分析企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，明確削減廢物的可能性及可行性，確定系統(tǒng)在各個環(huán)節(jié)的功能目標和作用界面。
2.3領(lǐng)域?qū)＜遗c知識工程師相結(jié)合
對于一般的計算機應(yīng)用系統(tǒng)來說，系統(tǒng)處理問題所使用的知識比較簡單、數(shù)量也較少。程序設(shè)計人員同時扮演著領(lǐng)域?qū)＜壹爸R工程師的角色。對于專家系統(tǒng)來說，情況則大不相同。一方面專家系統(tǒng)要達到領(lǐng)域?qū)＜业乃剑捅仨氄莆疹I(lǐng)域?qū)＜姨幚韱栴}時所使用的大量專門知識，特別是經(jīng)驗知識，另一方面專家系統(tǒng)是一種很復雜的計算機程序，開發(fā)一個專家系統(tǒng)需要大量的計算機科學、特別是人工智能和知識工程方面的知識。這就決定了廢物最少化專家系統(tǒng)的開發(fā)必須是知識工程師、行業(yè)專家與環(huán)境管理專家密切合作、共同努力的過程。
2.4面向用戶
系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)貫穿為用戶服務(wù)的宗旨，針對企業(yè)現(xiàn)有條件及存在的問題，提出切實可行的廢物最少化方案。系統(tǒng)應(yīng)有較好的用戶界面，為增強用戶對系統(tǒng)信心，系統(tǒng)應(yīng)具有良好的解釋功能，以增加系統(tǒng)的透明度，提高系統(tǒng)的可接受性。
2.5知識庫與推理機相分離
這是一般專家系統(tǒng)設(shè)計的基本原則，只有知識庫與推理機相分離，才能實現(xiàn)解釋功能和知識獲取功能。
2.6盡量使用統(tǒng)一的知識表示方法
這就便于對系統(tǒng)中的知識統(tǒng)一處理、解釋和管理，從而使專家系統(tǒng)的實現(xiàn)工作相對簡化。
3廢物最少化專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
廢物最少化專家系統(tǒng)是全國范圍內(nèi)推廣廢物最少化技術(shù)的有效手段，將為企業(yè)提供涉及廢物最少化技術(shù)的遠程、即時咨詢服務(wù)。系統(tǒng)開發(fā)堅持貫穿廢物最少化的綜合設(shè)計思想。從企業(yè)診斷及技術(shù)經(jīng)濟分析著手，建立廢物最少化專家系統(tǒng)
3.1知識庫
用以存放廢物最少化技術(shù)的專門知識，由規(guī)則集及事實組成。因為專家系統(tǒng)的問題求解是運用專家提供的專門知識來模擬專家的思維方式進行的，所以知識是決定一個專家系統(tǒng)性能是否優(yōu)越的關(guān)鍵因素。知識工程師一方面要頻繁地采訪專家，從同專家的對話和專家以往處理問題的實例中提取專家知識(稱為知識獲取)，另一方面．耍選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)把獲取的專家知識進行形式化存入知識庫中(稱為知識表示)。
3.2數(shù)據(jù)庫
反映具體問題在當前水解狀態(tài)下的符號或事實的集合，它由問題的有關(guān)初始數(shù)據(jù)和系統(tǒng)求解期間所產(chǎn)生的所有中間信息組成。
3.3推理機
在一定的控制策略下針對數(shù)據(jù)庫中的當前問題信息，識別和選取知識庫中對當前問題的可用知識進行推理，以修改數(shù)據(jù)庫直至最終得出問題的求解結(jié)果。推理的控制策略常用的有數(shù)據(jù)驅(qū)動的正向推理方式、目標驅(qū)動的逆向推理方式和正向與逆向結(jié)合的混合推理方式3種。本設(shè)計采用目標驅(qū)動的逆向推理方式。由于實際問題的證據(jù)和知識庫中的知識常常含有不精確成份，因此推理應(yīng)具有不精確推理功能。
3.4解釋器
回答用戶對系統(tǒng)的提問，對系統(tǒng)得出結(jié)論的求解過程或系統(tǒng)的當前求解狀態(tài)提供說明。
3.5人機接口
將專家和用戶的輸入信息翻譯成系統(tǒng)可接受的內(nèi)部形式，同時把系統(tǒng)向?qū)＜一蛴脩舻妮敵鲂畔⑥D(zhuǎn)換為人類易于理解的形式。
4知識獲取及形式化表示
獲取知識并把知識表達成專家系統(tǒng)可用的形式，是專家系統(tǒng)開發(fā)中的主要瓶頸之一。專家系統(tǒng)的主要知識源是領(lǐng)域?qū)＜摇Ｓ捎陬I(lǐng)域?qū)＜业闹R絕大部分是啟發(fā)性知識，這些知識多來源于經(jīng)驗，沒有正確性保障，一般不會寫入教科書或其它專業(yè)書籍中。另一方面，對于行業(yè)專家和環(huán)境管理專家來說，專家系統(tǒng)是一種新鮮事物，他們并不真正了解構(gòu)造專家系統(tǒng)需要什么知識、不需要什么知識，所以由他們整理出來的知識往往就能滿足構(gòu)造專家系統(tǒng)的要求。因此，在知識獲取過程中，必須長時間同領(lǐng)域?qū)＜乙黄鸸ぷ鳎ǔＲc領(lǐng)域?qū)＜疫M行一系列深入的系統(tǒng)的面談，從專家對大量實例的分析中獲取專家解決問題的思路、知識、經(jīng)驗及規(guī)則。例如，對于鍍鉻行業(yè)廢物最少化專家系統(tǒng)而言，廢物最少化技術(shù)涉及到配方工藝、操作工藝、漂洗工藝、鉻霧回收工藝、廢水處理及無害化工藝等方面，這些方面知識的獲取就要與電鍍專家、環(huán)境管理專家進行深入、細致的面談，確定各個環(huán)節(jié)所需要的概念及各種概念之間的關(guān)系，同時還需確定問題的控制流程、求解問題的約束條件等。
建立知識庫的下一步工作是對獲取的知識進行形式化表示。知識表示模式有多種，臺規(guī)則表示、框架表示和語義網(wǎng)絡(luò)表示等。當用于表示在某領(lǐng)域中多年解決問題積累的經(jīng)驗知識時，用規(guī)則表示方式是很合適的。規(guī)則用IF桾HEN語句表示。對于鍍鉻行業(yè)廢物最少化專家系統(tǒng)。我們整理了21條規(guī)則，該知識庫是一個多目標知識庫。
5系統(tǒng)的建立
由于專家系統(tǒng)開發(fā)工具具有縮短系統(tǒng)開發(fā)周期、提高工作效率等優(yōu)點，我們以系統(tǒng)性能及人機接口較好的M．1專家系統(tǒng)開發(fā)工具建立鍍鉻行業(yè)廢物最少化專家系統(tǒng)。
6結(jié)語
a廢物最少化專家系統(tǒng)的開發(fā)具有明顯的現(xiàn)實意義：能及時有效地利用專家知識和經(jīng)驗，避免了專家個人原因無法提供咨詢服務(wù)的困難；易于普及專家知識，可以在更大范圍內(nèi)推廣廢物最少化技術(shù)和經(jīng)驗；避免讓專家進行雷同的咨詢，使專家能夠集中精力從事新的創(chuàng)新研究；為用戶提供靈活的建議，用戶可以根據(jù)該建議所基于的系統(tǒng)推理過程自行決定接受建議與否。
b專家系統(tǒng)開發(fā)工具能縮短系統(tǒng)開發(fā)周期、提高工作效率。由于每種人工智能基本技術(shù)都有一定的局限性，所以用這些技術(shù)實現(xiàn)的各種專家系統(tǒng)開發(fā)工具也不可避免地具有一定的局限性。因此能否選擇一個合適的工具是一項重要的工作。M．1是一種適合于小型專家系統(tǒng)開發(fā)的專家系統(tǒng)開發(fā)工具，實踐證明，用M．1建立廢物最少化專家系統(tǒng)是合適的。
c廢物最少化專家系統(tǒng)的開發(fā)是一個長期的過程，是系統(tǒng)不斷修改、不斷完善的進化過程。一方面由于廢物最少化本身是一個相對、動態(tài)的概念，廢物最少化技術(shù)處于不斷完善之中；一個方面知識獲取是一項長期而艱苦的工作，需用大量實例測試系統(tǒng)的運行結(jié)果，不斷修改、完善知識庫。
d環(huán)境專家系統(tǒng)是繼環(huán)境數(shù)據(jù)庫、環(huán)境管理信息系統(tǒng)之后出現(xiàn)的解決環(huán)境問題有用工具之一。是環(huán)境決策支持系統(tǒng)的重要組成部分，值得做深入的研究。
參考文獻
1白乃彬．環(huán)境專家系統(tǒng)進展．環(huán)境科學．1993，14(1)：49?2
摘要從信息溝通的角度分析了科技成果產(chǎn)業(yè)化程度不高的原因，提出了在科技成果轉(zhuǎn)化的不同階段如何通過加強信息溝通來促進科技成果產(chǎn)業(yè)化，探討構(gòu)建以市場為導向、以研究為基礎(chǔ)、以產(chǎn)品為紐帶、以產(chǎn)業(yè)化為目的的科技成果轉(zhuǎn)化新模式。
關(guān)鍵詞科技成果產(chǎn)業(yè)化信息溝通轉(zhuǎn)化模式
和平崛起的中國，正在世界舞臺上扮演著越來越重要的角色，國際地位的提高和鞏固，取決于國家競爭力快速而穩(wěn)定的進步。科技競爭力則是國家競爭力最重要的組成之一。整體上講，科技競爭力由兩個環(huán)節(jié)組成，一是科技創(chuàng)新能力，一是技術(shù)傳播與轉(zhuǎn)化能力。
1現(xiàn)狀分析
我國每年都取得數(shù)以萬計的科技成果，其中高校科技成果每年就達3萬多項，但轉(zhuǎn)化率卻不到20%、專利實施率不到15%，而發(fā)達國家高達70%、80%。同時，在為國民經(jīng)濟發(fā)展做貢獻方面與發(fā)達國家相比，也存在相當大差距。據(jù)有關(guān)資料報道，我國高校科技成果轉(zhuǎn)化后，能為企業(yè)產(chǎn)生經(jīng)濟效益的只占被轉(zhuǎn)化成果的30%，而真正形成產(chǎn)業(yè)的還不到5%。國家知識產(chǎn)權(quán)局2003年對高校和科研機構(gòu)知識產(chǎn)權(quán)工作的調(diào)查資料顯示，高校為獨占市場而申請專利的動機比重不足1/3。目前，在高校明顯存在著專利申請量年年上漲，但成果轉(zhuǎn)化情況令人擔憂的現(xiàn)狀，這樣勢必影響到技術(shù)進步。面對國際經(jīng)濟、科技競爭的嚴峻挑戰(zhàn)和人口多、底子薄、人均資源相對短缺的國情，加快實現(xiàn)科技成果的快速而有效的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，是促進科技進步的重要環(huán)節(jié)，也是有效落實科學發(fā)展觀的具體體現(xiàn)。
國家對科技成果產(chǎn)業(yè)化耗資巨大并出臺了許多優(yōu)惠政策，但收效與期望相差甚遠。問題的癥結(jié)在于“基礎(chǔ)理論研究、工程研究、產(chǎn)業(yè)化運作實施”三者嚴重脫節(jié)，造成國家投入的巨額研究資金回報甚低，科研成果束之高閣。隨著時間的推移，科研成果走入“先進落后淘汰重新研究”的命運怪圈。
2科技成果轉(zhuǎn)化難的原因
科技成果轉(zhuǎn)化難的原因是多方面的，其中一個重要的原因是高校科技鏈和產(chǎn)業(yè)鏈之間缺乏有機的聯(lián)系，科技成果與產(chǎn)業(yè)化之間缺乏有效的信息溝通。一方面高校對企業(yè)的科技成果需求不甚了解，而企業(yè)對高校的研究能力和水平又知之甚少；另一方面高校擔心成果轉(zhuǎn)讓給企業(yè)得不到應(yīng)有回報，而企業(yè)則擔心高校的科技成果能否帶來經(jīng)濟效益。
作為理論研究一方的高校，是產(chǎn)學研的源泉，它承受科技創(chuàng)新風險，而不承擔經(jīng)濟生存風險，否則它無法全身心地進行創(chuàng)造性研究。創(chuàng)造性是形成產(chǎn)學研源泉的第一動力，它與高校科研技術(shù)源源不斷地創(chuàng)新與重組、人才源源不斷地吸收與重組的氛圍密不可分。失去了它，人才源、技術(shù)源、實驗源、國際一流信息源將不復存在，后勁將斷送。
作為企業(yè)投資方，是產(chǎn)學研的主體。它需要不斷獲得新的適應(yīng)市場需求的成熟產(chǎn)品，利用其資金雄厚、擁有各類生產(chǎn)、管理、經(jīng)濟、法律等人才資源，在承擔市場風險、效益風險、人員組織風險和產(chǎn)業(yè)化投資風險的同時，將技術(shù)導向風險與產(chǎn)品定位風險轉(zhuǎn)加給了產(chǎn)品研制者。
作為產(chǎn)品研制者，是產(chǎn)學研的紐帶與橋梁。他們承受著經(jīng)濟與生存風險，以生存需求確定技術(shù)向產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的內(nèi)容。在這樣的生存壓力下，他們必須使創(chuàng)造性服從于實用性，因此不能要求他承受科研風險，因而他只能把科研風險轉(zhuǎn)向高校，否則他們無法長久持續(xù)地進行技術(shù)向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，從而中斷了產(chǎn)學研的紐帶。
由于科研開發(fā)規(guī)律與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟規(guī)律間的矛盾，科研工作者只能不問經(jīng)濟效益，在國家經(jīng)費的支持下致力于創(chuàng)新活動，科研成果大多只能走到鑒定就宣告結(jié)題，然后再度進入“申請經(jīng)費科研鑒定”的循環(huán)。企業(yè)只能在原有產(chǎn)品中發(fā)展，難以推出滿足市場的新產(chǎn)品，期盼高新技術(shù)產(chǎn)品卻尋路無門。而在科研成果與產(chǎn)業(yè)化實施之間起著橋梁作用的工程技術(shù)人員，他們承擔市場風險、生存壓力，或因信息渠道不暢或因成果不適應(yīng)市場需求等原因，很難找到適合的產(chǎn)品進行開發(fā)，最后導致科技人才的流失，使科技成果與實施產(chǎn)業(yè)化間的溝通更加不暢。
出現(xiàn)上述問題的原因可以歸納為三方面：一是目標不一致。研究人員追求先進性，開發(fā)人員考慮如何獲得開發(fā)經(jīng)費，并不真正關(guān)心產(chǎn)品。企業(yè)關(guān)心產(chǎn)品，但卻難以得到適合市場的產(chǎn)品；二是信息不通暢。有的企業(yè)希望投資，卻找不到投資方向；有的科研人員有好的成果，卻找不到資金進行產(chǎn)品轉(zhuǎn)換，即使最終實現(xiàn)結(jié)合，也不一定是最佳搭配，或者由于時間的浪費而失去市場商機；三是沒有利益驅(qū)動機制。產(chǎn)學研三者的利益脫節(jié)，沒有構(gòu)成閉合回路，形成不了良性循環(huán)的長效機制。因此，加強信息溝通，建立以市場為導向、以共同利益為驅(qū)動的科技成果產(chǎn)業(yè)化的長效運行體制和機制，使產(chǎn)學研一體化，是促進科技成果轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵所在。
3信息溝通在科技成果產(chǎn)業(yè)化不同階段的作用方式
第一階段：完成原理性開發(fā)——形成科研成果。一般情況下，研發(fā)工作在高校中獨立進行，企業(yè)很少參與，其結(jié)果是產(chǎn)生實驗室成果。加強此環(huán)節(jié)的信息溝通，可以增強知識生產(chǎn)的創(chuàng)新活力，為科技成果轉(zhuǎn)化增強針對性。信息溝通的先導性作用方式表現(xiàn)在對研究領(lǐng)域的深刻了解和對企業(yè)市場迫切需求的掌握，需要研發(fā)者和技術(shù)潛在用戶之間的信息交流和互動。
第二階段：對科研成果進行二次開發(fā)——工程化研究。此階段重點解決第一階段形成的科研成果存在的現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性、性能可靠性及生產(chǎn)加工工藝性等方面的問題，要勇于在技術(shù)力量和資金方面進行投入，進行中試和成果孵化，孵化的成功與否是產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。需要科研人員與企業(yè)的交流、合作，其目標是通過有效地交流使兩者對技術(shù)的功能和評價達成某種共識；使技術(shù)的潛在使用者能夠采納或比較了解該技術(shù)。
【摘要】電控發(fā)動機在結(jié)構(gòu)和功能上均有了較大的改進。主要有:(1)結(jié)構(gòu)的層次性、復雜性從系統(tǒng)論的觀點,電控發(fā)動機是由有限個“元素”通過各種“聯(lián)系”構(gòu)成的多層次系統(tǒng)。(2)功能控制的集中性。電控發(fā)動機系統(tǒng)主要由電控燃油噴射系統(tǒng)、電控點火裝置、怠速控制、排放控制、進氣控制、增壓控制、警告提示、自我診斷與報警系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成,電控燃油噴射系統(tǒng)又包括了燃油系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)和電控系統(tǒng)三個組成部分。其中電控系統(tǒng)作為整個發(fā)動機系統(tǒng)的控制核心,用來協(xié)調(diào)各平行和上級系統(tǒng)的工作。發(fā)動機電控系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)的層次性、復雜性,其控制功能的集中性,導致其故障表現(xiàn)形式的多樣性、復雜性。
【關(guān)鍵詞】電控發(fā)動機故障分析
電控發(fā)動機系統(tǒng)主要由電控燃油噴射系統(tǒng)、電控點火裝置、怠速控制、排放控制、進氣控制、增壓控制、警告提示、自我診斷與報警系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。其中電控系統(tǒng)作為整個發(fā)動機系統(tǒng)的控制核心,用來協(xié)調(diào)各平行和上級系統(tǒng)的工作。
1發(fā)動機電控系統(tǒng)的組成
電控燃油噴射系統(tǒng)由三個系統(tǒng)組成:燃油系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。
1.1燃油系統(tǒng)
燃油系統(tǒng)的功能是向汽缸或進氣管噴射燃燒時所需的燃油量。燃油從燃油箱內(nèi)由電動汽油泵吸出,經(jīng)汽油濾清器后,再由壓力調(diào)節(jié)器加壓,將壓力調(diào)節(jié)到比進氣管壓力高出約250Kpa(2.55kgf/cm2)壓力,然后經(jīng)輸油管配送給噴油器和冷起動噴油器,噴油器根據(jù)電控單元ECU發(fā)來的脈沖信號,把適量燃油噴射到氣缸內(nèi)。
1.2進氣系統(tǒng)
進氣系統(tǒng)為發(fā)動機可燃混合氣的形成提供必須的空氣。空氣經(jīng)過空氣濾清器、空氣流量計、節(jié)氣門體、進氣總管、進氣岐管進入氣缸。節(jié)氣門全閉,發(fā)動機在怠速工況下運行時,空氣經(jīng)旁通氣道直接進入進氣岐管。
1.3電控系統(tǒng)
電控系統(tǒng)是電控單元根據(jù)傳感器檢測到的發(fā)動機運行工況和汽車運行工況來確定噴油量及點火提前角,從而控制發(fā)動機在最佳工況下的運轉(zhuǎn)。
與傳統(tǒng)的化油器式發(fā)動機相比,電控發(fā)動機在結(jié)構(gòu)和功能上均有了較大的改進。主要有:
(1)結(jié)構(gòu)的層次性、復雜性從系統(tǒng)論的觀點,電控發(fā)動機是由有限個“元素”通過各種“聯(lián)系”構(gòu)成的多層次系統(tǒng)。“聯(lián)系”可分為:結(jié)構(gòu)類、功能類、傳感器測點類,各自均有一定的層次性,包括頂級即電控發(fā)動機本身,分系統(tǒng)級由電控系、冷卻系、啟動系、機械系等組成。各類與各層次間既有各自獨立的功能,又相互影響、相互牽制。整個機體通過ECU的控制來協(xié)調(diào)各子系統(tǒng),完成發(fā)動機總體功能,各子系統(tǒng)的功能又是由各自部件的功能相協(xié)調(diào)來實現(xiàn)的,各部件的功能又需要通過各元件的協(xié)調(diào)來實現(xiàn)。
(2)功能控制的集中性隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電子控制單元采用了數(shù)字電路及大規(guī)模集成電路,同時微機處理速度的不斷提高和存儲容量的增加使其控制功能大大增加,并具有備用功能。另外,與汽油噴射控制、點火控制及其它控制系統(tǒng)相關(guān)的各種控制器,由于所用的傳感器均可通用,如水溫傳感器、進氣溫度傳感器等,因此,利用控制功能集中化就可以不必按功能不同設(shè)置傳感器和ECU,而將多種控制功能集中到一個ECU上,不同控制功能所共同需要的傳感器也就只設(shè)一個,這就是集中控制系統(tǒng)。
汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)的主要部件有:電子控制單元(ECU)、空氣流量計、節(jié)流閥體、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器等,其中節(jié)流閥體又包括:節(jié)氣門電位計、怠速節(jié)氣門電位計、怠速開關(guān)、怠速調(diào)節(jié)電機等。從控制原理來看,發(fā)動機電子控制系統(tǒng)可以簡化為傳感器、電子控制單元(ECU)和執(zhí)行器三大組成部分。傳感器是感知信息的部件,功用是采集控制系統(tǒng)的信號并轉(zhuǎn)換成電信號輸送給ECU,以提供汽車運行狀況和發(fā)動機工況等相關(guān)信息。ECU接收來自傳感器的信息,進行存儲、計算和分析處理后發(fā)出響應(yīng)的控制指令給執(zhí)行器。執(zhí)行器即執(zhí)行元件,其功用是執(zhí)行ECU的專項指令,從而完成控制目的。
2發(fā)動機電控系統(tǒng)的故障分析
發(fā)動機電控系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)的層次性、復雜性,其控制功能的集中性,導致其故障表現(xiàn)形式的多樣性、復雜性。主要表現(xiàn)有:
(1)多維層次性對電控發(fā)動機而言,其故障可劃分為電控系、起動系、點火系、冷卻系及機械系等子系統(tǒng),子系統(tǒng)又由各部件與元件構(gòu)成。同樣,其按功能也可劃分為若干個層級。因而發(fā)動機電控系統(tǒng)的故障原因與故障征兆也相應(yīng)與不同的結(jié)構(gòu)層級、功能層級以及傳感器測點類相關(guān)聯(lián)。
(2)傳播性發(fā)動機電控系統(tǒng)故障傳播方式有兩種:橫向傳播,例如電控系系統(tǒng)內(nèi)某一傳感器故障可引起電控系內(nèi)其它傳感器功能失常或失效;縱向傳播,即由元件的故障相繼引起部件故障—子系統(tǒng)故障—系統(tǒng)故障。因此微小的故障如不及時發(fā)現(xiàn)和排除會造成嚴重的后果。
(3)相關(guān)性某一故障可能對應(yīng)若干征兆;某一征兆也可能對應(yīng)若干故障。它們之間存在著錯綜復雜的關(guān)系。
(4)時間性發(fā)動機電控系統(tǒng)故障產(chǎn)生與表現(xiàn)常常與時間有關(guān),這是由于發(fā)動機運轉(zhuǎn)的動態(tài)性所決定的,如間歇性故障。
(5)放射性某一部位的故障可能引起其它部件出現(xiàn)異常,例如發(fā)動機抖動的故障中有時僅因為一個軸承的故障引起,而該軸承的故障導致其它軸承的震動增大,而該軸承本身變化反而不明顯。
【摘要】電控發(fā)動機在結(jié)構(gòu)和功能上均有了較大的改進。主要有:(1)結(jié)構(gòu)的層次性、復雜性從系統(tǒng)論的觀點,電控發(fā)動機是由有限個“元素”通過各種“聯(lián)系”構(gòu)成的多層次系統(tǒng)。(2)功能控制的集中性。電控發(fā)動機系統(tǒng)主要由電控燃油噴射系統(tǒng)、電控點火裝置、怠速控制、排放控制、進氣控制、增壓控制、警告提示、自我診斷與報警系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成,電控燃油噴射系統(tǒng)又包括了燃油系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)和電控系統(tǒng)三個組成部分。其中電控系統(tǒng)作為整個發(fā)動機系統(tǒng)的控制核心,用來協(xié)調(diào)各平行和上級系統(tǒng)的工作。發(fā)動機電控系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)的層次性、復雜性,其控制功能的集中性,導致其故障表現(xiàn)形式的多樣性、復雜性。
【關(guān)鍵詞】電控發(fā)動機故障分析
電控發(fā)動機系統(tǒng)主要由電控燃油噴射系統(tǒng)、電控點火裝置、怠速控制、排放控制、進氣控制、增壓控制、警告提示、自我診斷與報警系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。其中電控系統(tǒng)作為整個發(fā)動機系統(tǒng)的控制核心,用來協(xié)調(diào)各平行和上級系統(tǒng)的工作。
1發(fā)動機電控系統(tǒng)的組成
電控燃油噴射系統(tǒng)由三個系統(tǒng)組成:燃油系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。
1.1燃油系統(tǒng)
燃油系統(tǒng)的功能是向汽缸或進氣管噴射燃燒時所需的燃油量。燃油從燃油箱內(nèi)由電動汽油泵吸出,經(jīng)汽油濾清器后,再由壓力調(diào)節(jié)器加壓,將壓力調(diào)節(jié)到比進氣管壓力高出約250Kpa(2.55kgf/cm2)壓力,然后經(jīng)輸油管配送給噴油器和冷起動噴油器,噴油器根據(jù)電控單元ECU發(fā)來的脈沖信號,把適量燃油噴射到氣缸內(nèi)。如圖2.1所示。
1.2進氣系統(tǒng)
進氣系統(tǒng)為發(fā)動機可燃混合氣的形成提供必須的空氣。空氣經(jīng)過空氣濾清器、空氣流量計、節(jié)氣門體、進氣總管、進氣岐管進入氣缸。節(jié)氣門全閉,發(fā)動機在怠速工況下運行時,空氣經(jīng)旁通氣道直接進入進氣岐管。
1.3電控系統(tǒng)
電控系統(tǒng)是電控單元根據(jù)傳感器檢測到的發(fā)動機運行工況和汽車運行工況來確定噴油量及點火提前角,從而控制發(fā)動機在最佳工況下的運轉(zhuǎn)。
與傳統(tǒng)的化油器式發(fā)動機相比,電控發(fā)動機在結(jié)構(gòu)和功能上均有了較大的改進。主要有:
(1)結(jié)構(gòu)的層次性、復雜性從系統(tǒng)論的觀點,電控發(fā)動機是由有限個“元素”通過各種“聯(lián)系”構(gòu)成的多層次系統(tǒng)。“聯(lián)系”可分為:結(jié)構(gòu)類、功能類、傳感器測點類,各自均有一定的層次性,包括頂級即電控發(fā)動機本身,分系統(tǒng)級由電控系、冷卻系、啟動系、機械系等組成。各類與各層次間既有各自獨立的功能,又相互影響、相互牽制。整個機體通過ECU的控制來協(xié)調(diào)各子系統(tǒng),完成發(fā)動機總體功能,各子系統(tǒng)的功能又是由各自部件的功能相協(xié)調(diào)來實現(xiàn)的,各部件的功能又需要通過各元件的協(xié)調(diào)來實現(xiàn)。
(2)功能控制的集中性隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電子控制單元采用了數(shù)字電路及大規(guī)模集成電路,同時微機處理速度的不斷提高和存儲容量的增加使其控制功能大大增加,并具有備用功能。另外,與汽油噴射控制、點火控制及其它控制系統(tǒng)相關(guān)的各種控制器,由于所用的傳感器均可通用,如水溫傳感器、進氣溫度傳感器等,因此,利用控制功能集中化就可以不必按功能不同設(shè)置傳感器和ECU,而將多種控制功能集中到一個ECU上,不同控制功能所共同需要的傳感器也就只設(shè)一個,這就是集中控制系統(tǒng)。
汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)的主要部件有:電子控制單元(ECU)、空氣流量計、節(jié)流閥體、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器等,其中節(jié)流閥體又包括:節(jié)氣門電位計、怠速節(jié)氣門電位計、怠速開關(guān)、怠速調(diào)節(jié)電機等。從控制原理來看,發(fā)動機電子控制系統(tǒng)可以簡化為傳感器、電子控制單元(ECU)和執(zhí)行器三大組成部分。傳感器是感知信息的部件,功用是采集控制系統(tǒng)的信號并轉(zhuǎn)換成電信號輸送給ECU,以提供汽車運行狀況和發(fā)動機工況等相關(guān)信息。ECU接收來自傳感器的信息,進行存儲、計算和分析處理后發(fā)出響應(yīng)的控制指令給執(zhí)行器。執(zhí)行器即執(zhí)行元件,其功用是執(zhí)行ECU的專項指令,從而完成控制目的。
2發(fā)動機電控系統(tǒng)的故障分析
發(fā)動機電控系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)的層次性、復雜性,其控制功能的集中性,導致其故障表現(xiàn)形式的多樣性、復雜性。主要表現(xiàn)有:
(1)多維層次性對電控發(fā)動機而言,其故障可劃分為電控系、起動系、點火系、冷卻系及機械系等子系統(tǒng),子系統(tǒng)又由各部件與元件構(gòu)成。同樣,其按功能也可劃分為若干個層級。因而發(fā)動機電控系統(tǒng)的故障原因與故障征兆也相應(yīng)與不同的結(jié)構(gòu)層級、功能層級以及傳感器測點類相關(guān)聯(lián)。
(2)傳播性發(fā)動機電控系統(tǒng)故障傳播方式有兩種:橫向傳播,例如電控系系統(tǒng)內(nèi)某一傳感器故障可引起電控系內(nèi)其它傳感器功能失常或失效;縱向傳播,即由元件的故障相繼引起部件故障—子系統(tǒng)故障—系統(tǒng)故障。因此微小的故障如不及時發(fā)現(xiàn)和排除會造成嚴重的后果。
(3)相關(guān)性某一故障可能對應(yīng)若干征兆;某一征兆也可能對應(yīng)若干故障。它們之間存在著錯綜復雜的關(guān)系。
(4)時間性發(fā)動機電控系統(tǒng)故障產(chǎn)生與表現(xiàn)常常與時間有關(guān),這是由于發(fā)動機運轉(zhuǎn)的動態(tài)性所決定的,如間歇性故障。
(5)放射性某一部位的故障可能引起其它部件出現(xiàn)異常,例如發(fā)動機抖動的故障中有時僅因為一個軸承的故障引起,而該軸承的故障導致其它軸承的震動增大,而該軸承本身變化反而不明顯。
Abstract： In view of the characteristics of artificial intelligence curriculum， including abstract content and complex algorithm， and the actual needs of undergraduate teaching， combined with teaching practice， this paper discusses and sums up the teaching reform and innovation of undergraduate artificial intelligence curriculum from the teaching system， teaching content， teaching methods and assessment methods.
P鍵詞： 人工智能；創(chuàng)新；本科
Key words： artificial intelligence；innovation；undergraduate
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）22-0230-02
0 引言
人工智能是計算機科學的一個分支，是當前科學技術(shù)中正在迅速發(fā)展、新思想、新觀點、新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的一個學科，其屬于一門邊緣學科，同時也是多個學科交叉而成的一門學科，包括語言學、哲學、心理學、神經(jīng)生理學、系統(tǒng)論、信息論、控制論、計算機科學、數(shù)學等[1]。當前人工智能已經(jīng)是很多高校計算機相關(guān)專業(yè)的必修課程，它是計算機科學與技術(shù)學科類各專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，其教學內(nèi)容主要包括自然語言理解、計算智能技術(shù)、問題求解和搜索算法、知識表示和推理機制、專家系統(tǒng)和機器學習等，國內(nèi)外很多大學都意識到了其重要性，紛紛對其展開了教學和研究。人工智能課程包含多個學科，具有內(nèi)容抽象、理論性強、知識點多等特點，且算法復雜，但是多數(shù)高校采用的教學方式仍是傳統(tǒng)的課堂教學方式，即“教師講、學生聽”的教學模式，這種信息單向傳輸教學模式以教師為主體，學生只是在被動的接收知識；存在過分重視理論教學，忽視實踐活動教學的問題，導致教育內(nèi)容無法和社會接軌；人工智能教材理論性過強，學生在學習過程中常常感到枯燥乏味，進而對學習該課程失去熱情[2]，久而久之，不僅人工智能課程的教學質(zhì)量和效果無法達到預期，甚至學生還會產(chǎn)生厭學心理。針對人工智能課程中現(xiàn)有的各項問題，本文作者結(jié)合自身豐富人工智能教學實踐經(jīng)驗，參考人工智能課程特點和教學目標，從多個方面探討和總結(jié)了人工智能，包括教學內(nèi)容、教材選擇、教學方法和考核形式等。
1 教學內(nèi)容優(yōu)化與更新
人工智能是一門嶄新的學科。開設(shè)本課程首先是確定教學內(nèi)容。通常來講，人工智能學科的內(nèi)容包括兩個部分，具體：一是知識表示和推理；二是人工智能的應(yīng)用。前者是人工智能的重要基礎(chǔ)，后者主要介紹了幾種人工智能應(yīng)用系統(tǒng)，包括自動規(guī)劃和機器視覺、機器學習、專家系統(tǒng)等。另外，課程內(nèi)容中還包括了一些人工智能應(yīng)用的實例，將實踐和理論緊密結(jié)合起來[3]。
隨著時代的發(fā)展和科技的進步，人工智能學科也取得了較大發(fā)展。基于此，人工智能學科也應(yīng)該與時俱進，更新人工智能教學大綱，進一步完善其教學內(nèi)容。修訂后的人工智能教學大綱將人工智能分成兩個部分，即基礎(chǔ)部分和擴展應(yīng)用部分。前者包括計算智能、搜索原理、知識表示等，后者包括智能機器人、智能控制、多智能體、自然語言理解、自動規(guī)劃、機器學習、知識工程等。
教學內(nèi)容的選擇和確定應(yīng)綜合考慮多項因素，不僅要重視基礎(chǔ)知識，也應(yīng)注意推陳出新，隨著科技的進步做到與時俱進，同時教學內(nèi)容應(yīng)符合現(xiàn)實的需求，能夠與社會接軌，將理論和實踐緊密結(jié)合起來，只有這樣人工智能課程的教學質(zhì)量和效果才能事半功倍。
2 教學策略及教學方法的改革創(chuàng)新
由于人工智能課程具有算法復雜、內(nèi)容抽象、理論性強、 知識點多的特點，傳統(tǒng)的教學模式已經(jīng)無法滿足人工智能課程的需求，教師應(yīng)探索更加有效的教學模式和方法，確保人工智能課程能夠取得良好的教學質(zhì)量和教學效果。具體的改革和創(chuàng)新人工智能課程的手段和方法主要包括以下幾個方面：
2.1 激發(fā)學生的學習興趣 無論是經(jīng)驗還是常識都在告訴我們每個人最好的老師就是興趣，學生只有對某門學科存在興趣，才會更加主動積極的學習該門課程，從而獲得良好的教學效果。比如，作者在課程的一開始先播放了一段著名導演斯蒂文?斯皮爾伯格的《Artificial Intelligence》的相關(guān)片段，由這個電影學生知道了世上存在人工智能的機器人，學生們隨著電影情節(jié)的發(fā)展而深深感動，與此同時教師讓學生思考和談?wù)撊斯ぶ悄苁鞘裁矗垦芯咳斯ぶ悄艿囊饬x在哪里？實踐發(fā)現(xiàn)，在課堂中加入電影因素，能夠大大提升學生們的注意力，讓學生更加專注在教學任務(wù)中，有效提高了學生探索人工智能的積極性和主動性。此外，在教學中還可以用動畫、視頻、圖片等手段將反映人工智能最新研究和應(yīng)用的成果展示出來，讓學生更直觀的感受人工智能的奧妙，從而投入更多熱情學習人工智能課程。
2.2 面向問題的案例教學法 案例教學法是一種以案例為基礎(chǔ)、以能力培養(yǎng)為核心的一種教學方法[11]。針對學校學生特點，我們采取了以下幾種教學形式實施案例教學。①講解式案例教學：這種案例通過教師的講解，幫助學生理解抽象的理論知識點。案例的呈現(xiàn)有兩種基本形式：一是“案例―理論”，即先給出教學案例，然后再講解理論知識；二是“理論―案例”，即教師先講解理論知識，再給出教學案例；通過情境體驗與案例剖析激發(fā)學生認知的興趣，引導學生對將要學習的內(nèi)容產(chǎn)生注意，有利于教師導入新課。②討論式案例教學：在課程初期將學生分成若干學習小組，每小組3～4人；教師將提前設(shè)計好的一題多解的教學案例以及收集的相關(guān)資料分配給每個小組，要求學生在課余時間通過自學和組內(nèi)討論的方式給出問題的不同解決方案。③辯論式案例教學：在課程后期，采取專題辯論的方式對綜合應(yīng)用案例進行討論，能有效地啟發(fā)學生全方位地思考和探索問題的解決方法，加深學生對人工智能的理解。
2.3 個性化學習與因材施教 在開展課程教育過程中應(yīng)注意對學生進行個性化教學，結(jié)合學生特點因材施教。比如，在日常教學中多觀察學生情況，鼓勵那些應(yīng)對教學任務(wù)后仍存在余力的W生深入探索較深層次的課程及相關(guān)知識，同時友善面對學習較差的學生，分析其學習過程中面對的困難，有的放矢地采取應(yīng)對措施，幫助其不斷進步；在教學過程中讓學生以讀書報告的形式多多思考，鼓勵學生發(fā)散性思考問題，鼓勵優(yōu)秀學生進行深一步的探討，并且教師應(yīng)幫助具有新穎思想或論點的學生將其智慧以科技論文和發(fā)表文章的形式轉(zhuǎn)化為成果。
2.4 注重綜合能力培養(yǎng) 在研究型教學中任務(wù)驅(qū)動是一種常用的教學方法，其中心導向是任務(wù)，學生在完成任務(wù)的同時也在吸收和掌握知識。通常來講，該教學方法的步驟是：教師提出任務(wù)師生共同分析以得出完成任務(wù)的方法和步驟適當講解或自學、協(xié)作學習完成任務(wù)交流和總結(jié)。”[3]該教學模式不僅有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識，還能夠培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，提高其綜合實力。不僅如此，由于該教學模式通常是以小組協(xié)作的方式進行，教師給出研究范圍，學生自愿結(jié)組并選擇具體的題目，經(jīng)過分析和討論后以程序設(shè)計或者論文的形式協(xié)作完成研究。由此可知，學生是在以團隊的力量解決問題，這十分考驗學生的團隊協(xié)作能力，對于學生團隊合作精神的培養(yǎng)至關(guān)重要，且在完成任務(wù)的過程中學生需要查閱大量的資料，久而久之學生收集資料和創(chuàng)新能力勢必會得到提升。
2.5 采用啟發(fā)式教學 人工智能的很多問題都較為抽象，對學生理解力的要求較高，因此，在實際的教學過程中教師應(yīng)有意識的就課程內(nèi)容提出相關(guān)問題，讓學生自己獨立思考，鼓勵學生提出自己的想法和解決方案。然后回歸到課程上，對比分析教材上的解決方案和學生自己的解決方案，如此不僅培養(yǎng)了學生獨立思考的能力，也增加了學生參與教學活動的意識，提高了學生的學習熱情。比如，在講到較為抽象的“遺傳算法”時，先提出一個問題，即“遺傳算法如何用于優(yōu)化計算？”，然后從“達爾文的生物進化論”入手，討論“遺傳”、“變異”和“選擇”作用，之后舉例分析，啟發(fā)學生思考“遺傳”、“變異”和“選擇”的實現(xiàn)，最后師生一起導出遺傳算法用于優(yōu)化計算的基本步驟。如此既完成了教授遺傳算法的目的，也鍛煉了學生邏輯思維的能力，教學效果良好[4]。
3 作業(yè)和考核方式的改革創(chuàng)新
過去的課程作業(yè)都是單一書面習題作業(yè)，發(fā)展至今，課程作業(yè)形式已經(jīng)發(fā)生了變化，更加豐富多樣，包括必須交給教師評閱的書面家庭作業(yè)和不必交給教師的課外思考題目、口頭布置的思考題或閱讀材料以及大型作業(yè)等。其中通過網(wǎng)絡(luò)就可以完成上交作業(yè)，并且教師批閱作業(yè)后也可以通過網(wǎng)絡(luò)返回給學生，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化。課程的考核方式較之以前也發(fā)生了較大變化，加強了平時思維能力的考核，更加注重學生實驗?zāi)芰蛣邮帜芰Φ呐囵B(yǎng)，不再是絕對的一次考試定成績，而是在總評成績中加入30%的平時成績，如此不僅減輕了學生的期末負擔，也迫使學生更加重視平時的學習思考，有利于課程教學質(zhì)量的提升。
4 結(jié)束語
本文是以提高教學質(zhì)量為目標，結(jié)合教學實踐，從教學體系、教學內(nèi)容、教學方法、考核方式等方面對本科人工智能課程的教學改革進行了探討，總結(jié)了該課程在教學和實踐方面的一些教改舉措。這些舉措符合二十一世紀高校教學的要求，可以支持教師提高教學手段現(xiàn)代化的水平，同時更貼合學生的學習需求。作為該課程的授課教師應(yīng)始終保持對教學內(nèi)容的不斷更新、教學方法的多樣化，才能激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)他們的思維創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的能力，最終提高本課程的教學質(zhì)量。從學生的反饋來看，作者所總結(jié)的教學實踐具有明顯的教學效果。但仍有許多方面做得不夠，今后將繼續(xù)在教學過程中不斷總結(jié)成功的經(jīng)驗，吸取失敗的教訓。
參考文獻：
[1]蔡自興.人工智能及其應(yīng)用[M].三版.北京：清華大學出版社，2007.
[2]謝榕，李霞.人工智能課程教學案例庫建設(shè)及案例教學實踐[J].計算機教育，2014（19）：92-97.
[3]蔡自興，肖曉明，蒙祖強.樹立精品意識搞好人工智能課程建設(shè)[J].中國大學教學，2004（1）：28-29.
關(guān)鍵詞 g因素，智力開發(fā)，智力結(jié)構(gòu)，要素開發(fā)，結(jié)構(gòu)開發(fā)。
分類號 B848.5
1 智力開發(fā)模式的基本類型
智力研究不僅發(fā)現(xiàn)了對智力個體差異有較好解釋力的g因素，而且還發(fā)現(xiàn)了g因素具有可變性、可提高特性[1]。正是基于后一點，形成了一系列的智力開發(fā)理念。根據(jù)對g因素性質(zhì)和內(nèi)容的理解以及重點開發(fā)內(nèi)容，可以將智力開發(fā)活動劃分為：神經(jīng)潛能開發(fā)，心理管理與反省經(jīng)驗開發(fā)，專家技能開發(fā)，多元智力開發(fā)，社會分布式認知開發(fā)，知識表征重組開發(fā)，環(huán)境重組開發(fā)。
1.1 神經(jīng)潛能開發(fā)模式
神經(jīng)潛能開發(fā)模式認為智慧行為原因在生理層面，智力開發(fā)的根本在于提高神經(jīng)活效率，促進神經(jīng)系統(tǒng)成熟。其理念與一系列從神經(jīng)層面論述智力并解釋智力個體差異理論有關(guān)。詹森認為智力就是神經(jīng)效能，神經(jīng)效能的指標有神經(jīng)傳遞信息的速度、神經(jīng)加工信息的容量以及神經(jīng)層面對信息的保持時間[2~4]，Dennis Garlick認為是神經(jīng)活動的可塑性就是g，而可塑性的質(zhì)量決定于軸突和樹突之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)形成與環(huán)境和成熟有關(guān)[5]。Schafer和Neubauer等人的研究發(fā)現(xiàn)智力個體差異與皮質(zhì)神經(jīng)活動的習慣化和去習慣化的適應(yīng)質(zhì)量有關(guān)[6]。而對神經(jīng)活動與行為和環(huán)境關(guān)系的論述成為神經(jīng)潛能開發(fā)的主要理論來源：Deary, Stough認為基本神經(jīng)加工效能與檢測反映時存在負相關(guān)，通過時間累積效應(yīng)形成智力行為水平的差異[7,8]；環(huán)境刺激的豐富程度影響神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的發(fā)育；大腦的生化機制中發(fā)現(xiàn)一些生化物質(zhì)與行為的活動水平關(guān)系密切[9]；認知方式的差異與大腦的活動部位和活動水平有關(guān)，大腦是高度分化又高度整合的機能系統(tǒng)，其發(fā)展與含有特定刺激的活動有密切關(guān)系；刺激的操作以及反饋對神經(jīng)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)具有塑造作用；早期經(jīng)驗影響著后來的神經(jīng)通路發(fā)展，大腦在生命的早期經(jīng)歷一個不斷成熟的過程[10]，選擇性刺激和某些神經(jīng)團的放大有助于確定皮層區(qū)域，有助于形成神經(jīng)環(huán)路和神經(jīng)團，恰當?shù)拇碳ず托袨榛顒佑兄谏窠?jīng)系統(tǒng)發(fā)育，從而提高智力活動的行為水平。
神經(jīng)潛能智力開發(fā)模式主張對智力進行早期開發(fā)、早期教育，注重關(guān)鍵期內(nèi)智力的充分發(fā)展；提供特定的材料和活動對神經(jīng)活動系統(tǒng)進行刺激喚醒，形成高效率的神經(jīng)活動狀態(tài)，為后續(xù)的智力活動提供神經(jīng)層面的最佳準備狀態(tài)。較有代表性的開發(fā)實踐有Abecedarian Project早期干預[11]和國內(nèi)的吳天敏[12]等人所作的動腦筋訓練以及中國傳統(tǒng)的調(diào)息訓練，從更為廣泛意義上來說，早期教育的意義就在于促進神經(jīng)系統(tǒng)機能的提高。
Abecedarian Project的被試是來自于低收入家庭的智力落后危機兒童，給他們提供學前兒童必要的營養(yǎng)、學習和游戲活動，但是特別干預了語言發(fā)展，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗組兒童取得較好的認知分數(shù)；對進入小學后的危機兒童，進行了家庭和學校聯(lián)系的干預，干預內(nèi)容包括了學習成就和在學校和家庭中的行為報告，以此創(chuàng)建一種家庭和學校之間相互合作和信任的氛圍，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在這一活動對參加了學前干預計劃的危機兒童是有效的，而對于沒有參加學前期干預而只參加家庭和學校合作信任干預的危機兒童卻無效。這就說明言語發(fā)展計劃對于危機兒童的智力發(fā)展是有效的，干預效果會隨著時間的累積而增加，錯過了某些智力發(fā)展關(guān)鍵期的干預其成效是較低的，或者是無效的。
國內(nèi)主要以吳天敏教授的動腦筋心理訓練，她認為智力的根本在于神經(jīng)系統(tǒng)機能，智力行為是神經(jīng)系統(tǒng)機能的外顯，改善神經(jīng)系統(tǒng)的功能就是提高了智力。猜謎語等動腦筋活動可使大腦處于特定的活躍狀態(tài)，提高神經(jīng)系統(tǒng)功能，達到開發(fā)智力的目的。其智力開發(fā)效果得到顯著提高的實驗結(jié)論證實了其模式是有效的。
但是不能忽視的是：人的生物潛能是多方面的，潛能與環(huán)境之間是相互作用的，而且相互作用的形式和內(nèi)容是復雜的。很多因素與智力提高關(guān)系密切。發(fā)展心理學對智力的認知發(fā)展研究表明：同伴關(guān)系、親子關(guān)系、養(yǎng)育方式等都影響著認知的發(fā)展。所以，IQ以及其他智力行為水平的提高不一定就意味著主管智力活動的神經(jīng)效能功能改變，也可能是經(jīng)驗的原因或者其他心理機能與認知機能聯(lián)系的改善導致了智力水平的提高。
盡管特定神經(jīng)團轉(zhuǎn)化為某一行為的具體機制還不清楚，分離神經(jīng)層面的開發(fā)效果、確定具有開發(fā)某些腦機能區(qū)域的刺激序列還相當困難，但從智力神經(jīng)生物基礎(chǔ)上考慮智力開發(fā)的思路卻與心理是腦的機能這一原理是吻合的。
1.2 心理管理與反省經(jīng)驗開發(fā)模式
心理管理與反省經(jīng)驗開發(fā)模式認為智力是由基本的認知結(jié)構(gòu)單元加工[13,14]和可控制的加工構(gòu)成[15,16]，前者相當于具有相對穩(wěn)定性能的硬件加工，硬件加工改變的空間是有限的，而可控制加工相當于中央控制管理系統(tǒng)下的軟件加工過程，中央控制管理系統(tǒng)功能可以通過優(yōu)化控制管理過程實現(xiàn)。其理念來源有兩個：一是對工作記憶的中央控制系統(tǒng)與智力水平的相關(guān)研究，主要有Kyllonen, Christal的研究發(fā)現(xiàn)工作記憶對智力個別差異的相關(guān)較高，甚至可以將一般因素等同于工作記憶[17]，Grabner對工作記憶與智力關(guān)系研究中發(fā)現(xiàn)：需要工作記憶的中央執(zhí)行控制參與的任務(wù)比存儲和加工任務(wù)對智力更有預測能力[18]；另一個是對控制加工的元認知過程的相關(guān)研究，主要有 Sternberg的元認知過程、Simon和Carpenter[19]等人的控制性加工過程、Das的計劃過程以及Brown對不同智商群體的元認知差異研究等[20]，這些研究成為此模式理念的重要來源。
心理管理和反省經(jīng)驗的開發(fā)模式主張對元認知策略進行開發(fā)，主要是增加元認知知識，增加元認知體驗，提高對認知活動過程的監(jiān)控和管理能力。該模式的具體實踐較多，如有：交互式互動教學；董奇等人的學習過程的元認知培養(yǎng)[21]；Meeker(1969)的視覺的封閉性，相似判斷，言語關(guān)系的理解，分析能力，推理能力，演繹和歸納推理能力，決策能力的開發(fā)[22]；意在培養(yǎng)推理類比形成假設(shè)等能的兒童哲學教程[23]；Feuerstein(1980)的工具強化[24]。此外還有通過自我言語、自己設(shè)問的方法進行閱讀、數(shù)學問題解決、物理問題解決的元認知訓練。
工具強化基本理念來源于Feuerstein對智力的認識，他認為智力是可以改變的，個體與環(huán)境沒有充分互動會導致個體智力功能低下。實施程序首先進行學習潛能評估，然后在實際生活場景中進行學習如何學習的訓練，主要是一般性的處理信息策略的訓練，在此之后進行環(huán)境支持系統(tǒng)的建設(shè)，并要求個體在處理信息過程中對理解過程進行反省。
交互式互動教學有同伴和不同年齡的導師兩種主要形式。具體做法是通過同伴或者是不同年齡段的不同年級的正常或者優(yōu)秀兒童與智力落后兒童之間的互教和互學活動來提高具體策略水平的干預措施。這種措施承認了能力的連續(xù)分布，在不同能力水平的個體之間的學習經(jīng)驗交流有助于策略的形成。這個方法的主要目的也是增加學習能力，提高和改善學習策略水平，增加元認知能力。
董奇等人選擇了學習活動中的元認知活動來進行干預，其干預的內(nèi)容包括了學習前、學習中、學習后等各個學習階段中的認知活動進行訓練，其內(nèi)容包括了預習、計劃、檢查、反饋等各個環(huán)節(jié)，通過檢查評估，活動檢核表等方法來訓練和提高元認知能力。
在這個層次的研究與一般智力結(jié)構(gòu)以及群體間的對比研究的重要結(jié)論具有一致性：執(zhí)行控制功能是智力活動過程和不同群體之間相互區(qū)別的重要成分。
1.3 專家技能開發(fā)模式
專家技能開發(fā)模式認為智力是由經(jīng)驗知識組成，智力活動受到知識和經(jīng)驗的調(diào)節(jié)，專家的知識和經(jīng)驗對于特定智力行為有更為重要的意義，專家知識技能系統(tǒng)是智力的基本構(gòu)成部分，認知成分的基本性能受到特定的知識和經(jīng)驗的調(diào)節(jié)，智力開發(fā)主要任務(wù)是形成專家知識技能系統(tǒng)。專家知識是一個持續(xù)不斷地獲得、消化吸收有利于生活的技能系統(tǒng)[25]。Sternbergr認為智力實際上是一個不斷發(fā)展的專家系統(tǒng)，這個專家系統(tǒng)包括了思維技能、學習技能、元認知技能、情景和動機，智力測驗所測量的實際上是專家系統(tǒng)中非常有限的部分[26]。專家和新手問題解決過程特征、專家型學習者對知識進行知識和經(jīng)驗的組織過程、晶體智力等研究都是專家技能開發(fā)模式重要理論依據(jù)。
專家知識技能培養(yǎng)主張要通過形成具有專家型的認知過程和思考模式來開發(fā)智力，使每一個受訓者都像專家一樣進行問題解決、像專家型學習者那樣來進行學習，形成專家型新手。這些專家型新手在解決含有復雜規(guī)則的問題過程中，向?qū)＜乙粯佑休^多的反省性監(jiān)控，對注意資源的較多的調(diào)節(jié)，對更多的有意義的深層次的信息給予關(guān)注，具有更大的情景敏感性，隨著復雜性的增加而提升解釋的復雜性，對任務(wù)性質(zhì)和難度等進行判斷，對過程進行調(diào)整、對過程提出問題并不斷對進行自我評價。領(lǐng)域特殊性的專家技能開發(fā)模式主張要形成特定領(lǐng)域的知識技能系統(tǒng)，而不是領(lǐng)域普遍性的知識技能的開發(fā)。較為有代表性的有Schoenfeld和Herrmann的數(shù)學解題技能培養(yǎng)[27]，Williams和Sternberg等人的實踐智力開發(fā)等[28]。這些模式首先是進行專家加工系統(tǒng)的調(diào)查，形成專家加工認知過程模式，然后提供實際情景機會進行練習、反饋、評價。
1.4 社會分布式認知開發(fā)模式
社會分布式開發(fā)模式認為智力活動是社會性的、情景性的，智力發(fā)展是在情景中發(fā)展的，特別是在文化情景中發(fā)展起來的，維持和實現(xiàn)智力潛能的關(guān)鍵是支持性的社會文化結(jié)構(gòu)，認知結(jié)構(gòu)的社會性建構(gòu)是知識技能發(fā)展的重要原因。這個理念來源于維列魯學派的心理發(fā)展理論、Ceci的智力功能的情景發(fā)展理論以及社會建構(gòu)論對心理的理解以及情景認知理論對智力活動的理解。其核心的觀點認為[29]：認知成就部分地依賴于個體外部的結(jié)構(gòu)和過程。
社會分布式智力開發(fā)模式主張建立個體與文化環(huán)境良性互動關(guān)系，以此來開發(fā)和提高智力。文化包括物質(zhì)層面的文化，如計算機、書籍、圖表等，社會層面的文化，如教育、青年文化、民族文化、班級文化等，支持抽象思考的符號，如文字、圖例，社會歷史文化，如維果茨基意義上的學科概念體系和方法論等，這些文化在獲得技能、信念、價值觀、態(tài)度等傾向性和敏感性方面具有重要的作用。在實際開發(fā)上主要通過文化環(huán)境的建構(gòu)，使個體處于認知結(jié)構(gòu)的社會性建構(gòu)活動中，如支持性社會情感，互動式的合作學習與問題解決過程等，在活動中提高心理活動的認識和體驗水平，增加對認知過程的調(diào)節(jié)和控制能力，提升對文化屬性的智力行為的敏感性。有代表性的主要模式有：Brown和Campione的對認知技能、求知技能、元認知技能和專家技能的支持性文化價值導向干預[30]，Scardamalia的以知識的社會性建構(gòu)理論為基礎(chǔ)的計算機支持的創(chuàng)造性學習環(huán)境干預[31]。
在社會分布式認知開發(fā)模式中，能夠形成反省傾向和專家技能、使用思考模式的敏感性，使學習者體驗到了文化價值和自身情感，后兩者對于解決使用高級認知策略、進行高活動狀態(tài)的智力活動的意愿和敏感性提供了解決問題的方向。
1.5 多元智力開發(fā)模式
多元智力開發(fā)模式認為在每個人身上都有多種智力，每種智力都有各自表征符號系統(tǒng)和加工過程，每一個社會活動領(lǐng)域都需要幾種智力參與，任何領(lǐng)域技能都反映了不同的智力，個體可以通過不同符號系統(tǒng)的智力過程取得同等智力水平，一種智力活動過程可以通過其他智力活動的輔助來發(fā)展，因此智力的開發(fā)應(yīng)該關(guān)注處理與能力傾向的交互作用，任何領(lǐng)域的智力開發(fā)可以從多項智力入手，憑借不同符號系統(tǒng)的智力活動過程來獲得。該模式理念來源于對智力多元理論和能力傾向與處理傾向的相互作用理論。主要有Gardner的多元智能[32]、Sternberg的成功智力理論[33]。
Gardner的理論對于教學中進行智力開發(fā)的主要啟示有：對同一個主題可以通過使用不同符號的智能來理解，如角色扮演，邏輯演繹，故事復述或者其他符號系統(tǒng)的表述；對不熟悉的主題可以憑借對熟悉主題的類比來進行推理；可以使用不同模式符號語言來表達，如通過圖表，論文，戲劇等。
Sternberg認為存在三種智力，分析性智力、創(chuàng)造性智力和實踐性智力，這三種智力在言語、形象、數(shù)字、操作領(lǐng)域中都是存在的，不同的智力其有效開發(fā)方式是不同的。他以教學方式為自變量，觀察了不同智力傾向與教學方式的交互作用，發(fā)現(xiàn)了與智力傾向相匹配的教學取得了較好的學習成績，從而也就能夠促進智力發(fā)展。
1.6 知識表征重組開發(fā)模式
知識表征重組開發(fā)模式認為知識成分在智力活動起到模式性調(diào)節(jié)作用，適應(yīng)不良的智力管理模式與阻礙智力行為的陳述性知識和程序性知識以及對環(huán)境的錯誤認識等關(guān)系密切，對這些知識重組和改造，形成良好的適應(yīng)性模式，是智力開發(fā)的主要內(nèi)容。知識表征包括概念性、信念性、價值性、情感性陳述性知識以及有關(guān)思考過程、認識過程、反省和管理這些過程的程序性知識，這些知識或者以內(nèi)隱的智力理論、認知理論起到方法論作用[34]，或者通過個體的知識背景起調(diào)節(jié)作用、或者通過智力技能組織方式直接影響智力操作。樸素心理理論對這個方面的研究較多，樸素的智力理論對知識、智能具有組織框架作用，并能夠引導個體進行與能力有關(guān)信息的理解、解釋和預測[35]，不良的樸素智力理論會產(chǎn)生不良的智力行為適應(yīng)模式。代表性的研究有Perkins的不良程序性知識驅(qū)動的四種不適應(yīng)性認知模式，包括思維草率、思維狹窄、思維模糊以及思維缺乏組織[36]，Gardner對知識的樸素理論和錯誤認知的研究，Dweck對理解過程的樸素認識研究[37]。
教會學習者如何學習，形成有效的學習策略和解決問題策略以及有效的智力活動內(nèi)隱理論是智力開發(fā)模式的主要任務(wù)。有關(guān)的開發(fā)實踐常見于在教育領(lǐng)域內(nèi)學習策略訓練和學法指導。這方面的開發(fā)包括了記憶策略、注意策略、思維策略、創(chuàng)造技法等程序性知識學習以及對學習過程的認識了解和體驗活動。
1.7 環(huán)境重組開發(fā)模式
環(huán)境重組開發(fā)觀點認為智力是適應(yīng)環(huán)境的主要機制，環(huán)境會對適應(yīng)機制提出不同的挑戰(zhàn)和機遇，要求復雜程度和方式不同的智力活動，其結(jié)果導致了智力水平和典型智力活動方式差異，通過改變環(huán)境以及對智力認識也可以提高智力。其理念與對環(huán)境對智力功能的影響、智力跨文化研究以及樸素智力觀念的研究結(jié)論是一致的。對Flynn Effect的研究表明：改善環(huán)境有助于提高智力功能水平，Howard對120年的國際象棋發(fā)展研究表明：國際象棋能力水平提高與環(huán)境不斷改善聯(lián)系緊密[38]，Blair認為該效應(yīng)與兒童個體的早期教育的提前有關(guān)，數(shù)學教育環(huán)境和正規(guī)教育的發(fā)展促進了神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，從而提高智力功能水平[39]；對智力的跨文化、樸素智力觀的研究發(fā)現(xiàn)，不同生態(tài)環(huán)境壓力可產(chǎn)生了相異的生產(chǎn)生活方式，結(jié)果導致智力操作和對聰明的看法的差異，陳中永、鄭雪對中國多民族的認知方式和智力的樸素觀念以及環(huán)境之間的關(guān)系研究也說明了環(huán)境與智力之間的復雜關(guān)系[40]。
環(huán)境重組模式一方面是通過直接改變環(huán)境特征來實現(xiàn)，另一方面也可以通過改變個體與環(huán)境的關(guān)系狀態(tài)來實現(xiàn)環(huán)境的塑造，前者是通過提供更有利于個體的環(huán)境刺激來實現(xiàn)智力開發(fā)，本質(zhì)上屬于自上而下的數(shù)據(jù)驅(qū)動加工來實現(xiàn)，后一種是通過改變個體對環(huán)境的認識來改變個體對環(huán)境行為反應(yīng)進而影響個體智力，本質(zhì)上屬于概念驅(qū)動。這兩種改變實質(zhì)上是通過改善個體在環(huán)境中使用智力活動的機會、動機水平、智力活動的復雜程度，從而提高智力水平的。Marcus(1988)的有關(guān)研究表明學習者中只有很少的一部分人對物理環(huán)境進行改變，而大部分學習者對環(huán)境選擇了保持現(xiàn)狀的行為，Salomon(1993)的研究表明，學習者經(jīng)常把自己看作是信息的容器，他們認為環(huán)境是靜止不變的，他們對環(huán)境中很多學習機會并不能夠很好的把握，使他們在很多的問題解決過程中認知負載過多，影響著個體的智力活動的精細化的組織進程和質(zhì)量[41]。這方面的開發(fā)實踐處于剛剛興起階段。但是可以相信，在提高智力操作的水平和智力適應(yīng)環(huán)境的敏感性和傾向性方面，環(huán)境重組的開發(fā)模式必將有更大的潛力。
眾多的智力開發(fā)實踐表明了智力并不是一個穩(wěn)定不變的功能性結(jié)構(gòu)，觀察到的或者表現(xiàn)出來的只是冰山的一角，還有一部分處于潛在的狀態(tài)，只要條件充分，開發(fā)方法得當，處于潛在狀態(tài)的智力是可以轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的智力。
2 智力開發(fā)的一些反思
從已有的研究來看，智力開發(fā)模式也存在一些問題:
第一，智力開發(fā)模式的分化研究有余，而整合不足。智力開發(fā)模式是以g因素的研究為主線，以特定層面的智力結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，著眼于某一個特定的要素進行開發(fā)，缺乏對多個層面的要素的整合開發(fā)的思考。
第二，智力開發(fā)理論和實踐研究落后于基礎(chǔ)理論研究。智力基礎(chǔ)理論是關(guān)于智力活動的基本規(guī)律的系統(tǒng)化認識，而智力開發(fā)理論則是關(guān)于發(fā)展智力的活動中的規(guī)律性內(nèi)容的系統(tǒng)化認識，前者重在揭示智力活動的機制，后者重在揭示發(fā)展智力的活動機制。智力基礎(chǔ)理論研究已經(jīng)從單一的認知領(lǐng)域向人格、意識領(lǐng)域不斷的拓展，非認知結(jié)構(gòu)對認知結(jié)構(gòu)、環(huán)境與認知、文化與認知是密切聯(lián)系的，Gignac（2004）[42]和Luciano（2004）[43]等有關(guān)研究表明了智力活動同人格聯(lián)系密切，Koriat和Levy-Sadot發(fā)現(xiàn)智力活動的有意識和無意識的元認知活動是通過表征狀態(tài)相聯(lián)系的[44]，這些研究成果都有待進一步為智力開發(fā)消化和吸收。
第三，關(guān)于特定群體的智力結(jié)構(gòu)開發(fā)模式還沒有作為研究重點。智力個體差異不僅是要素功能水平上，他還是在共性的智力結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的智力結(jié)構(gòu)模式的差異，針對不同群體的智力結(jié)構(gòu)模式特點的智力開發(fā)模式研究，特別是對正常人群不同群體的智力開發(fā)模式還遠遠不夠。
隨著對g因素的局部心理機能和各個心理機能關(guān)系以及智力與環(huán)境關(guān)系、智力與人格關(guān)系的深入研究，未來的智力開發(fā)活動方案仍然會在局部要素開發(fā)上繼續(xù)深化，但是也會在深入了解環(huán)境與認知的關(guān)系、認知與人格的關(guān)系、文化與智力適應(yīng)關(guān)系、認知與樸素認識關(guān)系基礎(chǔ)上出現(xiàn)整合的開發(fā)模式。然而，這需要有幾個轉(zhuǎn)變：
第一，g研究要由較為封閉認知系統(tǒng)向開放性認知系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。智力結(jié)構(gòu)與其他心理結(jié)構(gòu)、智力結(jié)構(gòu)與內(nèi)部世界和外部世界、生理系統(tǒng)相互聯(lián)系，因此，應(yīng)還整體心理活動背景和外部環(huán)境下的智力活動本色，承認和尊重智力的自然性和社會性。
第二，由線性思考模式向非線性的、多變量的、時變的系統(tǒng)論思維轉(zhuǎn)變。要對智力系統(tǒng)在外部環(huán)境輸入的條件下，內(nèi)部的各個要素之間的序?qū)﹃P(guān)系的漲落變化進行系統(tǒng)思維，從整體上考察要素開發(fā)在多變量的、時變的、非線性變化中的地位與作用，真正做到有序、協(xié)調(diào)、可持續(xù)開發(fā)。
第三，由獲得心理工具開發(fā)模式向獲得工具和形成使用工具意愿并重開發(fā)模式轉(zhuǎn)變。智力開發(fā)的終極目的不僅使個體獲得有效的適應(yīng)環(huán)境的中介性心理工具，而且要使個體愿意使用這些工具，如此，心理工具才真正成為個體的一部分。這就需要辯證認識動機和認知、理性和非理性的關(guān)系，把智力開發(fā)與動機激發(fā)和培養(yǎng)相融合，這將有助于實現(xiàn)有效性和意愿性的統(tǒng)一。
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Advance in the Ideas and Practices of the Developing of Intelligence
Zhong Jianjun, Chen Zhongyong
(Institute of Psychology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100018, China)(Inner Mongolia Normal University, Inner Mongolia Municipality Huhhot 010022, China)
鐘老師，您已經(jīng)研究了幾十年的信息科學。《信息科學原理》一書已經(jīng)重印到第五版。您能否給讀者們講一講，信息科學是什么？有什么特點？
鐘義信：簡要地說，信息科學就是研究信息及其運動規(guī)律的科學。具體地說，信息科學是“以信息為研究對象、以信息運動規(guī)律為研究內(nèi)容、以信息科學方法為研究指南、以擴展人的智力能力（它是信息能力的有機整體）為研究目標”的一門新興橫斷科學。
武健：從概念、定義來看，信息科學與計算機科學并不完全一樣。因為信息科學是以信息運動規(guī)律為研究內(nèi)容的，研究內(nèi)容既不專指計算，也不是專指計算機。從這個角度思考，信息科技課程與計算機課程的內(nèi)容將有很大的區(qū)別。這對于一線信息技術(shù)教師來說，了解信息科學就更加重要了。您能否給我們講一講信息科學的核心內(nèi)容是什么？它對于整個社會能發(fā)揮什么作用？
鐘義信：信息科學的概念（定義）也可以通過它的基本模型來表現(xiàn)（見下頁圖1）。
這個模型也可以簡化為以下更直觀一些的模型（見下頁圖2）。
考察信息科學的定義和它的基本模型（以及簡化模型）可以知道：
信息科學最大的特點是研究“信息”（而不是物質(zhì)和能量）。
它的核心內(nèi)容就是研究“信息運動規(guī)律，即信息-知識-智能轉(zhuǎn)換的規(guī)律”。
世間一切物質(zhì)的運動都會產(chǎn)生信息。人類正是通過研究信息，才能認識世界（包括自然和社會）。因此，信息科學的研究目標，就是“擴展人類的智力能力，也就是擴展人類認識世界和改造世界的能力”。這就是信息科學對于整個社會的作用所在。
武健：我記得您曾經(jīng)講過信息分成主客體關(guān)系，那么我們理解基本模型與簡化模型也是一步步地發(fā)展出來的。從簡到繁是否可以這樣理解？（如下頁圖3）
從信息定義的基本模型中，還可以看到信息科學在特別關(guān)注著策略，尤其是人的策略。從這個角度來看，信息科技課程中會有著一批以前沒有的教學內(nèi)容。技術(shù)課中的學習計算機操作的教學目標是學會操作。而信息科技框架下的課程則需要以應(yīng)用技術(shù)，挖掘其中的問題解決策略，了解信息科學概念與原理為主要目標了。
每個學科都會有一批本學科的科學家，像牛頓對于物理，哈勃對于天文，歐姆對于電學……信息科學是一門新興的橫斷科學，那么您認為這門學科中有代表性的信息科學家有哪些人？
鐘義信：橫斷科學，是在概括和綜合多門學科的基礎(chǔ)上形成的一類學科。它不是以客觀世界的某種物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運動形式為研究對象，而是從許多物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運動形式中抽出某一特定的共同方面作為研究對象，其研究對象橫貫多個領(lǐng)域甚至一切領(lǐng)域。所以，信息科學家、信息技術(shù)專家會有自己的領(lǐng)域，但會在共同的信息方向有突出貢獻。
如香農(nóng)（Shannon）在1948年發(fā)表了論文“通信的數(shù)學理論”，奠定了“通信信息論”;維納（Wiener）在1948年出版了著作《控制論》，奠定了隨機控制理論，貝塔朗菲（Bertalanffy）在20世紀60年代出版了《一般系統(tǒng)論》，建立了系統(tǒng)論。西蒙（Simon）對功能模擬的人工智能理論做出了奠基性的貢獻，費根鮑姆（Feigenbaum）是人工智能專家系統(tǒng)的開拓者，閔斯基（Minsky）對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和認知理論有突出的貢獻，查德（Zadeh）創(chuàng)建了支持信息科學研究的模糊集合和模糊邏輯， 柯爾莫戈洛夫（Kolmogorov）對信息理論和控制理論都有杰出貢獻，等等。這些人都在信息科學領(lǐng)域有過不同方面的重要建樹，都可以稱之為信息科學家。
由于我國只有各種信息技術(shù)的學術(shù)機構(gòu)而沒有專門的信息科學的學術(shù)機構(gòu)，很少純粹信息科學方面的交流機會，因此很難確定誰是信息科學家。不過，由于我國信息化建設(shè)的迅猛發(fā)展，確實出現(xiàn)了不少在信息科學技術(shù)方面做出重要貢獻的人員。
武健：信息科學是一門新興的學科。既然是“新興”，那么它一定在發(fā)展，甚至是快速發(fā)展。您認為信息科學主要研究的方向與進展如何？現(xiàn)階段出現(xiàn)了什么樣的困難？
鐘義信：相對而言，信息科學是一門非常年輕的學科。因此，它的主要研究方向應(yīng)當是信息科學的基礎(chǔ)理論，研究信息的基本運動規(guī)律。其中包括信息理論、知識理論、智能理論，特別是信息、知識、智能之間的轉(zhuǎn)換理論（一體化理論）。
經(jīng)過半個多世紀的研究和探索，我們在這些基礎(chǔ)研究方面取得了可喜的進展，具體表現(xiàn)在：建立了超越與拓展傳統(tǒng)信息論的“全信息理論”，發(fā)現(xiàn)了“知識的生態(tài)學規(guī)律”，創(chuàng)建了“機制模擬的人工智能理論”，實現(xiàn)了“結(jié)構(gòu)主義、功能主義、行為主義人工智能理論”的統(tǒng)一，還創(chuàng)建了“基礎(chǔ)意識―情感―理智三位一體的高等人工智能”，特別值得提到的是，發(fā)現(xiàn)了意義重大的“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生定律”。
在取得這些進展的過程中，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)科學（代表性科學是物理科學）的科學觀（還原論）和方法論（分而治之）不適用于信息科學（和智能科學）研究，總結(jié)并提出了適用于信息科學研究的新的科學觀和方法論。
面臨的主要困難是：由于信息科學和智能理論的研究對象多數(shù)是非常復雜的問題，因此現(xiàn)有的數(shù)學工具不敷應(yīng)用，特別是其中的邏輯理論還相當單薄，不足以支持這些復雜問題的創(chuàng)新研究。這是當前信息科學發(fā)展中的“瓶頸”。
武健：信息科學關(guān)系到的方法論可以分成信息科學研究的方法論和信息技術(shù)應(yīng)用的方法論。根據(jù)這樣的觀點，在信息科技課程中，需要以完整的信息綜合活動展開教學，而不適合片面地學習信息獲取、信息處理某一個片段。因為信息科學方法論更強調(diào)從整體到局部，不建議從信息運動中的某一細節(jié)去理解典型的信息過程。
信息科技的方法論分成理論研究層級和技術(shù)應(yīng)用層級。您認為在信息科學研究中，常用的方法與手段有哪些？
鐘義信：與物理科學研究方法最大的不同，是不再采用“分而治之，各個擊破”這種流行了數(shù)百年之久而且一直行之有效的傳統(tǒng)科學研究方法論，而是改為運用全新的“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生”方法論。
原因是：“分而治之”方法論在把系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)的時候，必定會丟失各個子系統(tǒng)之間相互聯(lián)系相互作用的信息，而這些信息正是復雜信息系統(tǒng)的生命線。就像研究人腦思維奧秘的時候，如果采用“分而治之”的方法把人腦分解為若干部分進行研究，即使把每個部分都研究好了，也無法揭示人腦思維的奧秘，因為分解之后的這些人腦部分根本無法復原為活的人腦。
“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生”方法認為，信息系統(tǒng)是一個生態(tài)系統(tǒng)：由信息生成知識進而生成智能（策略），從而按照策略解決問題。它強調(diào)信息、知識、智能（策略）之間的相互聯(lián)系和相互作用，強調(diào)信息、知識、智能（策略）之間的生態(tài)聯(lián)系，根據(jù)外部世界客體的信息和認識主體的目的，可以通過學習創(chuàng)生解決問題的智能策略。
至于具體的研究工具，基本也是硬件試驗和軟件仿真（包括虛擬現(xiàn)實）。
武健：在信息科學體系中，您認為這個領(lǐng)域中最基本的概念和原理是什么？
鐘義信：信息科學最基本的概念包括信息、知識、智能。人們往往把信息科學技術(shù)僅僅局限在“信息”范疇，這其實是對信息科學技術(shù)嚴重的。經(jīng)過這樣的信息科學技術(shù)的作用，就大大被削弱了。
信息科學最基本的原理則是：信息―知識―智能轉(zhuǎn)換原理。正確運用這個基本原理，人們就可以在具體的環(huán)境中求出解決問題、而且保證實現(xiàn)“主客雙贏”的智能策略，從而滿意地解決問題。
武健：一般人都知道，現(xiàn)代科學與技術(shù)有著不可分割的密切關(guān)系。一方面，很多人還不知道什么是信息科學，另一方面，還不能想象信息科學與信息技術(shù)之間有什么關(guān)系。您認為兩者有什么樣的區(qū)別與聯(lián)系？
鐘義信：信息科學與信息技術(shù)是一對孿生的概念，信息科學是信息技術(shù)的理論基礎(chǔ)，信息技術(shù)是信息科學理論的具體實現(xiàn)。兩者相互聯(lián)系，相互促進。
武健：很多人認為信息技術(shù)就是計算機技術(shù)加上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，信息技術(shù)就是能夠用計算機上網(wǎng)。這部分人覺得，信息技術(shù)就是信息技術(shù)，不是什么“關(guān)于信息的技術(shù)”。關(guān)于這些觀點您是怎么看的？從信息科學的角度來看信息技術(shù)應(yīng)當包含什么內(nèi)容？
鐘義信：只要對照信息科學的簡化模型，就可以很明確地回答：信息技術(shù)不等于計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因為這個說法很不全面，忽略了傳感技術(shù)，忽略了控制技術(shù)，特別是忽略了人工智能技術(shù)。
實際上，在以往，關(guān)于“信息技術(shù)”的概念，確實曾經(jīng)流行過很多各不相同的說法。其中比較出名的包括：
1C說――認為“信息技術(shù)就是Communication技術(shù)”，理由是：信息論就是通信論;也有一些人認為“信息技術(shù)就是Computer技術(shù)”，理由是：計算機就是用來處理信息的技術(shù)。
2C說――認為“信息技術(shù)就是Computer+ Communication技術(shù)”。
3C說――認為“信息技術(shù)就是Computer+ Communication + Control技術(shù)”。
但是，對照信息科學的簡化模型就可以明白，這些說法都屬于“以偏概全”的認識，都是不全面的認識。
從信息科學的簡化模型可以非常清晰地了解到具體的信息技術(shù)內(nèi)容，包括實現(xiàn)信息獲取功能的“傳感技術(shù)”，實現(xiàn)信息傳遞和策略傳遞功能的“通信技術(shù)”，實現(xiàn)信息預處理功能的“計算機技術(shù)和存儲技術(shù)”，實現(xiàn)信息認知功能和智能決策功能的“人工智能技術(shù)”，實現(xiàn)策略執(zhí)行功能的“控制技術(shù)”，以及實現(xiàn)反饋學習和策略優(yōu)化的“信息系統(tǒng)自組織技術(shù)”等。
武健：您認為未來20～30年，信息科技最有意思的發(fā)展可能是什么？
鐘義信：根據(jù)“科學技術(shù)擬人律”，未來20～30年，信息科學技術(shù)最有意義的發(fā)展將是人工智能技術(shù)。
對照信息科學簡化模型就知道，擴展感覺器官功能的傳感技術(shù)、擴展傳導神經(jīng)系統(tǒng)的通信技術(shù)、擴展思維器官預處理功能的計算機技術(shù)以及擴展效應(yīng)器官功能的控制技術(shù)都是相對而言的技術(shù)，擴展思維器官認知功能和決策功能的人工智能技術(shù)才是核心技術(shù)。目前信息技術(shù)已經(jīng)得到長足的發(fā)展（未來當然還會繼續(xù)發(fā)展），這就為核心信息技術(shù)的發(fā)展打好了基礎(chǔ)，也產(chǎn)生了需求。因此，未來20～30年間，人工智能科學技術(shù)必然成為發(fā)展的主導潮流。
武健：您認為學習信息科技的知識對于中小學生來說有何意義？有沒有哪一部分內(nèi)容需要在現(xiàn)階段特別強調(diào)的？
鐘義信：中小學生絕對應(yīng)當學習基本的信息科學知識，掌握信息技術(shù)的基本能力。當今的時代是信息時代，不學習信息科學技術(shù)，就會成為落伍的一代，被淘汰的一代。這是非常危險的。
當然，中小學生學習信息科學技術(shù)應(yīng)當遵循“循序漸進”的認知規(guī)律和“興趣引導”的教學方法。事實上，信息科學技術(shù)本身的發(fā)展就是循序漸進的，如圖4所示。
武健：您對中小學的信息科學與技術(shù)課程（不等同于計算機課程）有何期望與要求？
鐘義信：根據(jù)“信息科學技術(shù)”的定義，“計算機科學技術(shù)”只是“信息科學技術(shù)”的一個組成部分。部分不等于全體，部分不能代替全體。所以，不能用“計算機”課程代替“信息科學技術(shù)”課程。
中小學的信息科學技術(shù)教育是一個極其重要的問題，又是一個十分復雜的問題。我們不能就事論事孤立地討論中小學的信息科學技術(shù)課程，而應(yīng)當把它作為“國家信息科學技術(shù)教育系統(tǒng)工程”來統(tǒng)籌考慮：小學階段學什么？中學階段學什么？大學階段學什么？碩士研究生階段學什么？博士研究生階段學什么？等等。
按照“信息科學技術(shù)教育系統(tǒng)工程”的思路，中小學生應(yīng)當通過“學習最為基礎(chǔ)的信息科學概念”和“掌握最為基本的信息技術(shù)能力”形成“最淺層（然而又是準確的）的信息科學技術(shù)觀念和濃厚的興趣”。其中，“觀念和興趣”是最重要的，而“概念和能力”則是支撐這種“觀念和興趣”的支柱。
武健：鐘老師，感謝您的指導。您認為2010年后，學科基本研究才逐步成熟起來。一門學科從成熟到走進基礎(chǔ)教育往往需要十多年的工作，而信息科技課程的發(fā)展將是長期的。希望您以后能夠經(jīng)常關(guān)注基礎(chǔ)教育中的信息科技課程發(fā)展，給我們更多指導。
附錄：
