人工智能普及教育汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇人工智能普及教育范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

一、机器人教育现状分析

在我国，机器人教育作为教学内容进入中小学还处于起步阶段，方兴未艾。2001年，在北京召开了“关注中国未来的竞争力——儿童数字化启蒙”研讨会，会议认为，将数字信息技术介入到传统的幼教方式中去，利用有效的手段与工具对儿童进行数字化启蒙，关系到儿童未来的成长和中国未来的竞争力。2004年，中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会召开了第一届全国中小学程序设计与机器人教学研讨会。在各种研讨会兴起的时候，机器人教育也逐渐引起重视。2000年，北京景山学校将机器人教育以科研课题的方式纳入到信息技术课程中，在国内率先开展了中小学智能机器人课程教学。但是研究性课程的课时比较少，学生一切从零开始学习，要想真正达到研究性学习的目标是很困难的。因此，作为研究性课程的机器人教育整体效果不十分理想。我国教育部于2003年4月正式颁布《普通高中技术课程（实验）》，首次在“信息技术”科目中设立“人工智能初步”选修模块和新增加的通用技术课程中设立了“简易机器人制作”选修模块，从而迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步，这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新的台阶。然而把智能机器人作为信息技术课、通用技术课列入学校的课程体系，对全体学生进行机器人基础知识的普及教育还处于编写教材、设置课程的起步阶段。学者张剑平指出，国内多数的学校主要还是以课外活动、各种兴趣班、培训班的形式开展机器人教学。通常的做法是由学校购买若干套机器人器材，由信息技术课程教师或综合实践课程教师进行指导，组织学生进行机器人组装、编程的实践活动，然后参加一些相关的机器人竞赛。以全国中小学计算机教育研究中心郭善渡老师、北京景山学校沙有威老师等为代表的大批一线教师结合自己的教学实践就围绕机器人竞赛、机器人与技术教育，机器人与学生能力和素质的培养等问题展开了应用研究，取得了较好的研究成果。但这些研究成果往往比较零散，重复，缺乏科学系统的课程建设研究。

二、对当前中小学开展机器人教学优点

近年来我国的机器人教育有了很大的发展。教育机器人逐步成为中小学技术课程和综合实践课程的良好载体。教育机器人与学科教育相结合，可以帮助科学、数学、力学等等学科的教学，在国内已经有学者提出机器人与理科教学整合的想法。机器人教育引入校园，对学生至少有以下三个方面的获益。

其一，丰富学科生活，培养动手能力。由于生活水平的提高，现在的青少年自己动手制作玩具及科学模具的能力日益降低，创造发明的意念也渐呈弱化趋势。所有令他们爱不释手的玩具均是玩具商生产出来的，亦即是需用钱买来的。长此以往，将使未来中国少年儿童的求生能力、自我创造能力不断减低、变弱，这对于一个民族的科学发展是十分不利的。自我组装、制造机器人不但会提升青少年的科学兴趣，同时也会从小培养学生养成凡事自己动手的良好生活习惯。

其二，锻炼意志品质，培养团队精神。机器人制作涉及相关领域多种门类的专门知识，青少年必须广泛涉猎，持之以恒，才能有所成就。机器人的制作过程，正是锻炼意志、培养坚韧品质的过程。机器人制作一般都以二人、三人或一个团队的形式进行，群策群力、共同作业，就像体育比赛中的接力赛一样，缺一不可，整体的实力远超出个人的能力的发挥。

其三，激发创新精神，培养科学兴趣。人们一直在思考和探索如何开发青少年智力的问题。参与机器人制作，能使学生自小就对科学产生兴趣，获得科普知识，同时也将激发他们的创新能力。

三、推进机器人教育的思考

在基础教育领域，教育机器人应该和当前的基础教育课程改革相 结合。例如，在小学和初中阶段，可以将研究机器人与“综合实践活 动”有机结合；在高中阶段，可以将教育机器人与“人工智能初步” “算法与程序设计” “简易机器人制作” “电子控制技术”等技术类课 程进行结合， 有条件的学校可以开设 “人工智能与机器人” 校本课程。 事实上， 教育机器人所体现的知识的综合性使它不仅能成为信息技术 教育的载体，也可以成为信息技术与中小学课程整合的载体。在高等 学校中开展智能机器人学科教学，进行多层次的机器人教育，既可以普及机器人知识，加强机器人专业建设， 也可提高机器人的应用水平。应当在 教师教育相关的专业，例如教育技术学、信息技术教育专业 中开设与人工智能、机器人教育相关的课程。各种形式的机器人竞赛 是全球范围内教育机器人应用的重要形式之一，目前这些机器人竞赛 大都集中在诸如灭火、迷宫、足球等等竞技类项目上。要注重通过此 类活动培养学生的创造力、协作能力和技能，为此需要关注竞赛项的 创新性。例如，竞赛项目的设计可以更加关注人工智能与机器人的结合点。

总之 在大力提倡素质教育的今天，机器人的出现为创新素质教育提供 了一个崭新的平台， 信息技术教育未来发展的趋势必然是向机器人教育重心转移目。开展机器人教学，有助于培养学生的创新精神、逻辑思维能力、自主学习能力和对科学的钻研精神，对机器人教育的教学 体系进行研究，使机器人教学完善发展，具有现实意义。

参考文献：

篇（2）

综合素质培养

钱锺书先生曾说过：“有了门，我们可以走出去;有了窗，我们不用走出去。”近年来，我国涌现出的一大批以机器人教育为代表的青少年科技教育项目，其最直接的目的就是为青少年朋友打开“一扇窗”，让他们开眼界，阔视野。

机器人教育是一种以科技培养为主的综合素养教育，在现如今普遍重视应试教育的环境里，如何培养孩子的综合素质，提高孩子们的实践能力，显得尤为重要。

我国的机器人教育始于2001年，彼时国家正在推行计算机的普及教育。由于机器人技术的发展水平越来越成为一个国家科技发展水平的重要标志，机器人教育渐趋普及，其中以“机器人进课堂”教育和竞赛型机器人教育为主。

目前，以机器人为核心构建的创新教育平台，已在我国大、中、小学乃至幼儿教育中普及。纵观各地的机器人教育方式，大体是按年龄段而量身打造，承载着不同的教育目的：

通过院校已经开设的关于机器人教育的相关课程，如自动化控制、传感技术、机械学、电子学、计算机硬件及软件程序等学科课程，围绕机器人的研发，从理论到实践，开展研究性学习、综合创新活动，培养大学生探索、协作、创新能力;

通过以学校、少年宫等组成的智能机器人学习小组，开展机器人教育的选修课以及研究型课程，同时，组织学生参加各类竞赛活动，激励孩子，以提升学生及社会对机器人教育的关注度;

主要通过以兴趣培养、体验课的形式，辅助培养幼儿时期的儿童提升创造、创新动手能力。

机器人技术

承载着新的使命

机器人的制造技术融合了机械原理、电子传感器、计算机软硬件及人工智能等众多先进技术。目前，许多教育机器人还添置了智能应用功能，如蓝牙红外传感、视线追踪及机器人竞赛的简单编程等。有些还增加了DIY电脑机械臂、铰接式多足编程设置等。这些前沿性配置，为孩子开启探索科技之门承载着新的使命。

在教学中，机器人教育也体现了非常重要的作用。学生们在动手操作的工程中，可以理解机器人的概念和工作方式，为进一步学习机器人技术的有关知识打下基础;而学习编写简单的机器人控制程序，能够提高学生分析问题和解决问题的能力;通过机器人竞赛和完成各项任务，学生能够在搭建机器人和编制程序的过程中，培养动手能力、协作能力和创造能力。有科技老师曾表示：“学习机器人技术不仅提高了学生的创新能力和逻辑思维能力，还使学生做事更加条理分明，这是机器人教育所带来的意想不到的结果。”

智能技术是信息技术领域的一个学术前沿，智能机器人的开发与应用全面涉及感测技术、通信技术、智能技术和控制技术，是进行信息技术教育的最佳载体，也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平台。

开拓思路

培养动手能力

篇（3）

机器人给我们的感觉是它只出现在科幻小说和电影里，而且总是集各种高尖科技于一身，无论是成人还是孩童，都对它充满想象和兴趣。机器人问世已有几十年，但是科技界因为其发展速度快一直没有给出明确统一的定义，随着科学技术的高速发展和信息时代的到来，人类的智慧更使机器人的内容与内涵不断充实与创新[1]。伴随人工智能的研究发展，人类对机器人的期待和创造更多地从小说和电影走向我们的现实生活。因智能机器人的创造与制作对青少年创新意识与创造能力培养具有独特影响，近年来机器人教育也进入到教育领域中来。

一、亦远亦近—机器人教育发展现状与趋势

国外的机器人教育一直是教育的热点，发达国家普遍高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响，其中，美国号称“现代机器人故乡”。自1992年开始，美国政府有关部门在全国高中生中推行“感知和认知移动机器人”计划，高中生可免费获得一套70公斤重的零件，自行组装成遥控机器人，然后可参加有关比赛。1994年，麻省理工学院（MIT）设立了设计和建造LEGO机器人课程，目的是提高工程设计专业学生的设计和创造能力，并开发了各种教学工具，通过与积木玩具商乐高公司紧密合作，开发出可编程的乐高玩具，帮孩子们学会在数字时代进行设计活动[2]。

日本机器人发展虽然比美国晚10年，但是也非常重视机器人教育和机器人文化。在日本，每所大学都有高水平的机器人研究和教学内容，每年定期举行各种不同层次的机器人设计和制作大赛，既有国际性高水平比赛，也有社区性中小学生参加的比赛[2]。

机器人国际赛开始于1995年，国际上较有影响力的机器人竞赛包括机器人足球、机器人灭火、机器人迷宫等，我国也有代表队参赛。

近年来，我国的机器人教育在计算机领域专家的大力推动下有了很大的发展，第八轮课程改革在高中信息技术课程设立了“人工智能初步”选修模块，迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步，这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新的台阶[3]。青少年机器人竞赛的开展，促使各地方政府关注机器人教育，并组织信息技术或通用技术教师开展了小众性的培训辅导活动，一小部分实验学校还将机器人普及教育纳入信息技术课程中，如北京景山学校[3]。这些机器人教育先行者的研究实践所形成的机器人文化，无论是对机器人教育走近中小学生，还是对我国的机器人教育研究都有积极的意义。

机器人套件的售价昂贵及其更新速度快成为机器人教育普及的拦路石，机器人赛事几乎成为名校代表队的独欢宴。义务教育阶段的学生，大多未能触摸到这仿佛不是太遥远而又离他们学习很远的东西。

虚拟机器人又称软件机器人，是由用户基于虚拟机器人软件平台编制程序产生的机器人源文件，可在仿真环境下运行形成虚拟仿真功能。虚拟机器人的设计与出现，使机器人教育分成了实体机器人和虚拟机器人两类[4]。虚拟机器人软件最早出现在国外，2000年，世界RoboCup机器人足球赛的仿真组比赛就采用了虚拟机器人软件。近年来，我国出现了几款自行研制开发的虚拟机器人软件，比较常见的有中鸣公司的AI—RCJ虚拟机器人足球软件、纳英特公司的3D仿真机器人软件、南方数码公司的高仿虚拟机器人软件等。这些软件在不同地方被不同行政主管部门引入中小学生教育竞赛项目中，在一定程度上拉近了中小学校师生与机器人教育的距离[5]。

二、竞赛新宠—3D仿真虚拟机器人竞赛开展

篇（4）

经常有人问道，与科学课程、信息技术（此处特指计算机）课程相比，机器人课程有何独特性？或者更直白地说，如何辨别一堂课是否属于机器人课？其实，这些问题的背后，关心的是机器人课程到底有何独特的教育价值。

要回答这一问题，可以回到当前基础教育课程改革强调核心素养的语境中来。当下倡导课程改革的人士认为，基础教育的核心要义不是用以培养学生成为单纯的有知识、技能并掌握方法的人，而是使之成为有修养的人，有智慧的人，这样的人不妨暂时称之为有“核心素养”的人。至于何谓核心素养，由何构成，论者观点不一。在此，我们尝试将学科核心素养刻画为三个层次：最底层的“双基指向”（简称“双基层”），以基础知识和基本技能为核心；中间层的“问题解决指向”（简称“问题解决层”），以解决问题过程中所获得的基本方法和基本态度为核心；最上层的“学科思维指向”（可以简称“学科思维层”），指在系统的学科学习中通过体验、认识及内化等过程逐步形成的相对稳定的思考问题、解决问题的思维方法和价值观，实质上是初步得到学科特定的认识世界和改造世界的世界观和方法论。

核心素养的三层架构图

在核心素养的三层架构中，双基层为较低抽象层次的基础层，问题解决层为较高抽象层次的承上启下层，学科思维层为最高抽象层次的高级层；而双基层和问题解决层组成的“四基”，即基础知识、基本技能、基本方法和基本态度与价值观，成为学科思维层的基础，亦受学科思维层的指引，这样达到了向下层层包含、向上逐层归因。

以核心素养的三层架构为指引，我们希望学生能够在机器人课程中不仅学到与机器人相关的基础知识与基本技能，也能获得利用机器人技术解决实际问题的能力，更能形成利用机器人分析问题、解决问题的思维方法和价值观，初步得到利用智能装置改造生活的方法论和认识人工智能的世界观。这一描述，可以理解为中小学机器人课程的整体目标和核心价值所在。为方便理解，我们尝试做进一步描述如下。

双基层：掌握面向对象程序编写的基本方法；理解基于“控制―传感―通信―结构”框架下的机器人运作原理，掌握控制简易机器人的基本方法，知道常用的传感器及其使用方法，了解机器人的基本物理结构和传动机制，能够使用3D打印、激光雕刻等新技术设计结构件；理解测试与调试的工程设计方法。

问题解决层：能够根据实际需求出发，设计创意，搭建简易机器人解决问题；能够利用测试与调试的工程设计方法对机器人进行优化；初步尝试解决“工程”开发过程中的矛盾与冲突，能够运用统筹与折中、成本与效益等工程管理思想优化智能装置的开发过程。

学科思维层：感悟创意思维，形成创造意识，理解从单纯的数字产品的消费者转变为兼有数字产品制造者角色的社会意义；认识迭代思维的一般性并理解其普遍价值；能够认识到标准化构件及其复用之于提升工程质量和效率的重要性；理解抽象与建模是实现自动化求解的基本方法，能够认识到抽象与建模是人类认识和改造世界的基本方法；理解测试与调试、统筹与折中、成本与效益等工程思想，具备认识世界和改造世界的系统思维。

我们认为，具有这些核心素养的课程就可以称之为机器人课程，就可以认为是具有独特教育价值的课程。

平台选择：Arduino的四重优势

机器人教材与其他信息技术教材不同，需要依托某一特定的机器人器材。不同的器材，在教育价值的体现上存在差异。本套教材将采用Arduino套件，可以说，选择开源硬件作为中小学机器人教材的载体，将是政府许可的中小学教材中的第一次，也是一次颇具挑战性的尝试。那么，我们为什么选择Arduino而不是其他品牌？它能否有效承载上述核心素养的培养？

毋庸置疑，市场上面向教育的机器人产品丰富多样，据不完全统计，至少有二十多个品牌，但是哪些产品适合课堂普及教育，需要有一些关键指标对其电子元器件、编程环境、外形结构进行测评。我们认为，教育机器人除应满足《国家玩具安全技术规范》等强制性国家标准外，结合基础教育的特点，可重点考察如下指标：①经济性：机器人及其配件价格低廉，甚至部分配件可由教师自制或进行二次开发；②方便性：方便装备和使用，甚至可以在现有学校计算机机房中开展实验而无须专用教室，有适用不同年龄段使用的编程环境，有封装良好的电子元器件及函数库；③功能性：交互性强，配件丰富，编程环境友好，运行速度快，可以支持各种创意设计；④稳定性：搭建的机器人结构稳定，材质较好，接口不易磨损，元器件性能稳定；⑤规范性：具有通用的技术标准；⑥教育性：元器件封装程度和功能设计符合科学性和教育性要求，能正确地向学生传递科学知识，适应适用学段学生的认知水平，并有丰富的共享资源供师生学习、参考。以这些指标为参考基础，就普及教育需要而言，以Arduino为代表的开源机器人套件应当是目前最符合要求的硬件平台。

事实上，就普及教育而言，相比其他品牌，Arduino的优势特别体现在如下四个方面。

开源硬件。与其他机器人品牌（闭源硬件）相比，作为开源硬件，Arduino有两方面的优势：一方面不受单一厂商的约束，可以避免产品、技术和价格上的垄断，避免信息技术教育历史上类似“微软培训班”的诟病，抑或逃离“乐高培训班”的宿命，可以正大光明地摆脱为某一产品服务的嫌疑，为找回教师尊严和机器人教育的普适价值回归奠定基础；另一方面有丰富的开源共享资源可资利用，有大量的作品创意和代码可供模仿和借鉴，有成熟的Arduino开源社区（例如，论坛：http：//.cn/community/forum.php，http：///forum.php；QQ群：319059620，101680302）探讨技术问题和教学问题。

国际标准。Arduino具有通用、开放的技术标准，有大批的国内外厂商设计和制作基于Arduino技术标准的机器人产品或相关电子产品。采用Arduino作为机器人教育平台，一方面方便国际交流与对话，可以借鉴国际同行的机器人教育研究与实践经验，缩小与发达国家的技术积累和教育经验积累差距，形成可能的后发优势；另一方面，可以避免闭源产品因各自为政而产生的技术标准不一的问题。技术标准不统一，自成体系，互不兼容，不仅导致零配件无法通用而造成技术依赖或重新采购新品牌而造成的浪费，而且容易出现不利于基础教育的科学性问题，如相当部分的闭源产品包括某些国际著名品牌配套的编程语言甚至不能正确表达三种基本程序结构，给知识结构尚不成熟、不稳定的中小学生带来不必要的误导或认知冲突。显然，这样的机器人品牌不适合基础教育的需要。

价格低廉。毫无疑问，对于中小学机器人普及教育而言，价格低廉是一个重要优势，特别是对于地区差异明显的发展中大国而言尤为重要。那些价格动辄几千甚至上万元的名牌机器人显然不符合当下普及机器人教育的条件。当然，Arduino机器人价格低廉之于普及教育的意义显然不仅在于学校“买得起”，更在于“用得好”。其潜在的逻辑是，对于普及教育而言，能否充分发挥教育价值是第一原则，而性能卓越是第二原则。尽管Arduino与某些高端机器人品牌相比可能存在性能上的差距（事实上此种差距正在不断缩小），但是就教育价值而言，Arduino完全可以保证上述核心素养的教育。因此，基于第一原则，我们有理由相信Arduino将成为后起之秀，占据基础教育市场的半壁江山，事实上，在大学教育领域，Arduino早已“占山为王”。换言之，某些发达地区的学校因在经济上较为充裕而采购价格高昂的名牌机器人，或者某些经济能力有限的地区和学校，为了追求“高大上”的“形象工程”需要，压缩其他教育投入而竞相采购名牌机器人，这两种做法本质上都是对教育经费的浪费，是不必要的奢侈投入，只会加剧地区之间教育经费投入的失衡。相反，选用Arduino机器人，实质上是对无序竞争的教育经费投入的一种约束，从这个意义上说，选择Arduino机器人而不是高端机器人品牌，是促进教育公平的一种表现。

扩展性好。Arduino的扩展性体现在两个方面，一是因技术上具有良好的兼容性而形成了成熟的产业链；二是嵌入式特性使其能够广泛应用于各种电子产品原型的开发中。技术层面，源于开源硬件的特性，具有通用技术标准，Arduino平台具有很好的兼容性，不仅可以与Scratch、Flash、Android、Processing等编程环境结合，还可以与其他电子元配件结合，甚至由于Arduino的良好兼容性，已有不少机器人品牌公司已在或计划在原有产品基础上开发Arduino版本的机器人套件。应用层面，因技术上的兼容性，Arduino具有丰富的功能强大的扩展模块，可以控制各种传感器、电机、网络通信、3D打印机、激光雕刻机等，有利于开发各种各样的创新教学项目，因此在教育领域，它不仅可以作为机器人课程的平台，还可以借由机器人课程自然过渡到创客教育，Arduino本身也是目前创客教育的标配之一。而其他机器人产品往往缺乏这种扩展性，难以开展自由、开放的创意设计和制作。也正因为此，我们认为Arduino相比其他机器人品牌，在上述机器人课程核心素养的承载上更具优势。

内容设计：内容串联的两条线索

在具体教材内容的设计层面，我们采用了明、暗两条线索串联整体内容。下文将以我们正在编写的小学机器人教材（共2册）和初中机器人教材（共1册）为例，介绍其主要设计思路。

明线方面，主要以聚类思想为指导设计教材内容的整体框架和章节结构。所谓聚类，又可理解为类聚，即根据事物具有的某种相似的属性，将其聚集为一类。聚类化课程设计思想，就是依据某种线索组合一系列教学项目，形成具有内在联系、螺旋上升和发散结构的教学单元，循序渐进地展开课程。根据已有研究，大致有三种聚类方式：以相似的功能聚类，以相似的目标聚类，以相似的技术思想聚类。在本套教材中，三册内容的顶层聚类线索为：“计算机控制机器人―机器人控制计算机―机器人的自主控制”。其中，六年级上册侧重“计算机控制机器人”，其二级主题以机器人组成为线索，按“控制器―驱动器和执行器―传感器”分别聚类设计各单元课时；六年级下册侧重“机器人控制计算机”，即侧重计算机与机器人之间的通信与交互，但也会适当兼顾到“计算机控制机器人”与“机器人的自主控制”，实现上下衔接；八年级下册侧重“机器人的自主控制”（即输入与输出的自动化），按输入与输出为线索由易到难进行二级主题（单元）的聚类，如“数字输出与模拟输出（LED）―数字输入（电子骰子）―模拟输入（蜂鸣器）―单电机控制（风扇）―双电机控制（小车）”。

暗线部分，即将核心素养渗透于每个单元和每节课当中。以蜂鸣器单元（第七课：机器人唱歌、第八课：火灾报警装置）为例，其核心素养如下。

双基：了解蜂鸣器、火焰传感器的工作原理，知道模拟传感器的一般使用方法，能够根据音频对应的数值编写音乐程序；了解模拟输入的概念，能够正确插线；了解串口监视器的作用和使用方法。

问题解决：能够设计创意制作有趣的机器人发声互动作品；能够根据生活需求设计创意制作有应用价值的报警装置。

篇（5）

过去我们对信息技术教学内容的理解与信息技术的发展状况和信息技术教学载体（计算机）的惟一性是相关的。而智能机器人作为中小学校信息技术教育的另一载体的出现，不仅充实了信息技术教学的内容，也使我们对中小学校信息技术教育有了一个新的认识。使中小学的信息技术教育更全面的体现了信息技术的内涵。

我国中小学智能机器人教育方兴未艾，有识的信息技术基础教育的决策者和工作者应该抓住这一教育改革创新的先机，将我国的信息技术教育推进到一个新的水平上。当今的教育是为以后的经济和社会发展打基础的。有超前意识的教育工作者，应该关注经济的发展趋势，思考未来社会对人才培养的需求，并为培养高素质的人才打好基础。

当今信息技术的发展日新月异，计算机作为一种信息处理工具被广泛的普及使用。正是由于这个原因，我国逐步将中小学校的计算机课程改为了信息技术课程。而众所周知的是信息技术的基本内容包括：感测技术、通信技术、智能技术和控制技术。特别是20世纪中后期以来，在以上四种技术中，智能技术又处于核心地位。它已经无孔不入地渗透到其它三种技术中。

我国的信息技术教育是从原来计算机教学的基础上发展到今天，其内容也将会随着信息技术的发展而变化。多年来计算机作为信息技术教育的载体成为中小学信息技术教育的惟一工具，这种状况决定了中小学校信息技术教育的教学内容。也引发了对中小学信息技术教育内容的争论。例如：关于信息技术教育是否只要学习计算机使用的争论和信息技术教育内容中是否要有程序设计教学内容的争论。

过去我们对信息技术教学内容的理解与信息技术的发展状况和信息技术教学载体（计算机）的惟一性是相关的。而智能机器人作为中小学校信息技术教育另一载体的出现，不仅充实了信息技术教学的内容，也使我们对中小学校信息技术教育有了一个新的认识。使中小学的信息技术教育更全面的体现了信息技术的内涵。

一、让智能机器人走进中小学校的信息技术教育

随着智能技术的发展，智能机器人的教育走进中小学校已经成为可能和必然趋势，智能机器人技术融合了造型技术、机械、电子、传感器、计算机软件、硬件和人工智能等众多先进技术，充分地体现了当代信息技术多个领域的先进技术，是信息技术的重要内容，更是智能技术的结晶。智能机器人的教学内容必将给信息技术基础教育带来新的活力，智能机器人会成为中小学生能力、素质培养的智能平台。在中小学信息技术教学中智能机器人将会与计算机一起成为信息技术教育的工具，承载起信息技术教学载体的任务。

智能机器人教学内容作为信息技术教学内容之一的作用主要体现在以下三个方面。

1．使学生了解智能机器人这个信息技术前沿领域的发展和应用状况，了解智能机器人的概念和工作方式，破除中小学生对智能机器人的神秘感，为进一步学习智能机器人技术的有关知识打下基础。

2．使学生掌握为一种智能机器人下载程序的方法，了解智能机器人的传感器和驱动装置的作用。理解体会程序是智能机器人的灵魂，了解体会智能机器人是怎样在人的指挥下工作的。学习为一种智能机器人编写程序，通过为机器人编写程序学到科学而高效的思维方式，提高规划能力，提高学生的分析问题和解决问题的能力。

3．通过完成项目任务和比赛项目，使学生在为机器人扩充功能的过程中学习有关数字电路方面的知识，在组装扩展机器人的过程中培养学生的动手能力、协作能力和创造能力。

智能机器人教育走进普通中、小学校的可能性和必然性，已经在近两年中得到了充分的体现。智能机器人教育在中、小学校中主要是从下面的方式体现出来的。

1．以校外科技活动为动力，在校内以科技活动小组的方式出现。

2．以信息技术课内容之一的方式出现在中、小学的信息技术课上。

二、信息技术教育中的程序设计与智能机器人

程序设计是中小学校信息技术学科教育的重要内容之一。在80年代初我国开展信息技术教育之初就是以程序设计为主要教学内容的。在中学程序设计能力强的同学在其它学科的学习中产生正迁移现象也屡见不鲜，程序设计课程在培养学生分析问题、解决问题的能力和培养学生创造性思维上起着非常重要的作用。程序设计是计算机这一现代工具为基础教育带来的一种培养综合能力的新方法和新手段。

在强调程序设计教育作用的同时反思目前程序设计教学中存在的问题是必要的。对于初学程序设计的中小学生来说兴趣是学习的动力，而利用以往的程序设计媒介很难使初学者 看到程序设计应用的效果，体验成功的乐趣，这是目前程序设计教学中经常出现两极分化的主要原因。

程序是智能机器人的灵魂，让中学生通过为机器人编程序来学习程序设计的知识是程序设计教学入门的最好方法。在学习为机器人编写程序的过程中学生会获得成功的喜悦、会建立成功的信心，从而取得程序设计学习的兴趣。将智能机器人作为程序设计学习的载体，会从根本上解决目前程序设计教学中存在的问题。智能机器人使程序设计的学习与信息技术的前沿领域紧密的结合在一起。

智能机器人对学生引发的程序设计的兴趣还会对算法的学习打下良好的基础，使学生通过程序设计更好的学习有关的算法知识。

三、能力培养的综合平台

学习为智能机器人编写程序是以智能机器人为平台的学习内容之一，在编程序的过程中学生要了解智能机器人的功能、结构和工作原理，并根据要机器人完成的任务来编写程序。学习者要了解机器人的各种传感器，并通过编程序来控制传感器，使机器人感知外界的环境信息，并对感知的信息做出决策和响应，以使机器人完成规定的任务。学习为机器人编写程序的过程可以用拟人的方法循序渐进的进行。例如：可以将机器人的硬件看作一个刚刚出生的孩子，而学习为机器人编程序的过程是学生赋予机器人行走、避障、避碰、说话、听话、观察等人类行为功能的过程。学生在学习的过程中始终感受着失败的遗憾和成功的喜悦，对遗憾和喜悦的感受必然形成学习的动力和兴趣。

智能机器人作为培养学生综合能力的平台，除了要具有中学程序设计教学的程序设计语言系统和编辑系统。还要有适当的硬件功能。语言系统应该是具有结构化程序设计的语言系统，学生在学习编程的过程中要能够学到程序设计的三种基本结构即顺序结构、选择结构和循环结构的功能。硬件要具有很好的可扩充性和可塑性，适合学习有关的硬件知识，便于培养学生的动手能力。

智能机器人融合了多项先进技术，随着智能机器人作为学习平台在中小学教学中的应用，会有许多针对中小学生的机器人产品应运而生，教育机构在选择教学用机器人的时候，要结合基础教育对能力培养的要求来选择智能机器人学习平台。

智能机器人作为信息技术教学的内容在中学信息技术教育中出现，会给信息技术教育带来新的内容、新的思考和新的活力。借助智能机器人学生可以进行多项目的研究性学习。智能机器人体现的知识的综合性，使他不仅会成为信息技术教育的载体，也会成为中小学课程整合的新载体。

四、让我国中小学信息技术教育走在世界的前列

据了解一些发达国家已经看好智能机器人教育对未来高科技社会的作用和影响，他们在中小学的信息技术教育中都不同程度地对学生进行智能机器人知识的教育。在他们的课程中有让学生认识机器人的教学内容。目标是让学生认识各种由计算机控制的机器人的作用。例如，介绍机器人的由来，要求学生搜集各种机器人的图片、小说或录像等资料。让学生分组讨论有关机器人的功用和局限性及可能对人类产生的影响等问题。这些内容主要穿插在科学概论、社会研究和计算机概论等课程教学中进行。

美国教育界普遍确信，信息技术将在人们的未来生活中扮演十分重要和不可缺少的角色。如果现在的在校学生具有了这方面的素质，他们将来可以更容易地适应各种技术革新，也更容易在未来的信息时代获得成功。

我国中小学智能机器人教育方兴未艾，有识的信息技术基础教育的决策者和工作者应该抓住这一教育改革创新的先机，将我国的信息技术教育推进到一个新的水平上。当今的教育是为以后的经济和社会发展打基础的。有超前意识的教育工作者，应该关注经济的发展趋势，思考未来社会对人才培养的需求，并为培养高素质的人才打好基础。

参考资料：

1．让智能机器人教育走进中、小学校

沙有威

2001年4月5日

2．程序设计教学的新载体──智能机器人 沙有威

2002年3月17日

3．在景山学校开展智能机器人普及教育实验的建议 沙有威

2001年4月7日

4．智能机器人制作入门

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2医学专家系统的组成

专家系统是基于知识的系统(Knowledge-BesedSystem)。一个完整的医学专家系统应由知识库(Knowledge-Base)、数据库(DataBase)、推理机(InferenceEngine)、知识获取模块(Knowledge-AcpuisitionModule)和解释接口(Explana-toryInterface)组成。知识库中存放系统求解问题所需求的知识,数据库用来存储初始证据和推理过程中得到的各种中间信息,推理机是一组程序,用来控制和协调整个系统,它通过输入的数据,利用知识库的原有知识按一定的推理策略解决所提出的问题。知识获取模块就是学习模块,它为修改和扩充知识库存的原有知识提供相应的手段。解释接口是用户与专家系统交互的环节,负责对推理给出必要的解释,便于用户了解推理过程,为用户向系统学习和所作所为系统提供方便,具有解释功能是专家系统区别于其它计算机程序的标志。目前,已有一些知识表示型的医疗诊断专家系统。

3医学专家系统的设计

建立医学专家系统要求将专家的知识转换为机器处理。在系统分析工作中,要求完全崭新的基于知识的设计方法,使得计算机从数据处理过渡到知识处理,从计算和存储数据转为推理和提供知识。原型系统方法是医学专家系统实现的重要开发方法,其早期阶段的目标是迅速发展最终系统的模型,获得所有任务的初步方案,后继阶段进行测试和扩充,增加更多细节,如此逐步发展和求精,直到逼近最终系统,满足用户要求。原型系统方法的优点是:增进用户与开发人员的沟通;用户在系统开发过程中起主导作用;辨认动态的用户需求;启迪衍生式的用户需求;缩短开发周期,降低开发风险。由于专家系统分析层面难度大,技术层面难度相对较小,因此,原型系统方法是最为适宜的开发方法。原型设计阶段的目标是解决领域知识的形式化问题,定义事实、关系和专家的推理策略,建立原型模型。原型系统的设计分为以下三个阶段。

3.1识别和定义系统的概念模型本阶段的主要任务是知识获取,识别系统的主要任务,识别和获取有关的重要概念及其关系,定义概念模型。这些概念和关系对确定知识库的结构是很有用的。任务领域中的概念必须按照问题求解行为的具体例子抽象。专家的思考模式必须包含所有基本元素,并且能被修改和扩充。本阶段除了采访专家获取知识之外,大量信息可以从已存的书籍、资料等重要文献中获取。

3.2概念设计在建立概念模型之后,就可开始概念设计,选择合适的知识工程工具(如知识表示),正式地表示问题和解法。主要工作包括设计适合于专家智能活动的可执行的知识表示模式、推理机制和用户接口。知识工程师应尽快设计和建立一个原型系统,以便提供开始的侧重点。

3.2.1知识表示模式设计所谓知识表示模式设计就是根据医学领域中知识类型及特征,选择合适的知识表示方法,描述知识模型。一般来说,系统控制知识和专家的决策知识表示为产生式规则;如果对象各要素间的关系可通过逻辑运算去体现,可采用谓词逻辑表示法;对于较复杂的结构结象可使用框架或语义网方法,如专业概念知识。为了有效地表示各种知识,系统可以综合使用多种知识表示方法。设计的结果是应用知识表示工具描述的知识模型。

3.2.2推理机设计常用的推理方法有正向推理、逆向推理和双向推理三种,这三种推理方法又可分为精确推理和不精确推理。推理机设计包括根据应用领域选择推理方法,设计自动推理算法结构,以及其它控制结构和各部分之间的通讯机制。它涉及知识的选择和应用问题。例如,专家系统最成功的实例之一,是1976年美国斯坦福大学肖特列夫(Shortliff)开发的医学专家系统MYCIN,这个系统后来被知识工程师视为“专家系统的设计规范”。MYCIN主要用于协助医生诊断脑膜炎一类的细菌感染疾病。在MYCIN知识库里,大约存放着450条判别规则和1000条关于细菌感染方面的医学知识。它一边与用户进行对话,一边进行推理诊断。它的推理规则称为“产生式规则”,类似于:“IF(打喷嚏)OR(鼻塞)OR(咳嗽),THEN(有感冒症状)”这种医生诊断疾病的经验总结,最后显示出它“考虑”的可能性最高的病因,并以给出用药的建议而结束。概念设计中提供丰富的概念。各种概念隐含了程序设计方法及知识的表示形式。概念方法可以辅助知识工程师认清对象之间的关系,以使概念化专家决策处理中所使用的各种对象及属性。在概念设计中,要避免使用传统系统经验,例如基于个别实例或部分关系,企图画出一个决策处理的与/或树,这将导致失败。概念设计方法将知识工程师从“过分分析的陷阱”中解放出来,以便有效地设计原型系统。

3.3详细设计概念设计建立了系统的主架,详细设计阶段的目标是发展详细的信息处理模型,识别和获取与模型有关的微知识,例如概念、对象/实体的详细描述。主要的工作包括:识别逻辑命题、书写一些描述和过程的代伪代码,副出语义网络图;将与/或树转换为自然语言规则;画出直接表示图或模型;识别和命名表示的框架及槽;识别和命名数据库的款目等。详细设计应规定语法和语言的特殊限制,但不应开始实际编码,也就是说详细设计应独立于任何程序设计语言。自然语言规则提供详细的编码描述规格。应用自然语言表达规则,使所有设计者能容易地明白知识表示结构,便于参加编码和检测。

4医学专家系统的实现方法实现原型系统阶段的主要任务是选择合适的开发工具,完成原型系统的程序设计,即编码、测试和修改。

4.1系统开发工具的选择为选择合适工具,需要考虑如下问题。

4.1.1开发工具的通用性工具系统通用性越强,则在用其构造一个具体的专家系统时,知识工程师的编程任务越复杂,对知识工程师研制系统的能力及编程水平要求越高。例如ISP、OPS5,PROLOG等工具都是通用性较强的工具系统。使用通用性工具设计的系统,其使用范围较广,便于移植和推广。另一方面,工具系统的通用性越强,一般说来其领域针对性也越差。对于某些专业领域,某一个通用性工具所生成的专家系统的效率往往很低。因此,在选择开发工具时,必须在通用性与方便性,通用性与具体专业领域的针对性之间进行反复的权衡。

4.1.2开发工具的特性与专业领域特性的匹配程序

4.1.2.1与专业领域的问题特性的比较着重比较搜索空间的大小、数据的形式、问题的结构等。

4.1.2.2与求解问题的方法特性的比较例如搜索类型,知识表示法、不确定性的处理方法、控制结构形式等的比较。

4.1.2.3专家系统学习能力的强弱、知识库维护能力、知识获取能力、人机接口的友善程度、系统的扩展性与协作适应性等。目前大多数专家系统选用人工智能语言,如PROLOG,LISP。PROLOG的数据库能力较强。它们提供许多适于人工智能处理的功能。选用该类语言,系统设计的主要任务是设计知识库和人机接口。缺点是使用存储空间多、速度慢,因此,可部分使用C语言作为辅助工具。面向较窄专业领域的专家系统,多选用专家系统工具,可以迅速产生原型系统,由于医学专家系统的专业领域一般较窄,故大多采用专家系统工具。专家系统工具已与强有力的数据库系统相连接,可用性越来越强,它们成为建造专家系统的合适工具。若系统设计对于存储空间和速度要求较高,并且知识工程师人力较充足时,也可选用一般的程序设计语言,尤其是面向对象的程序设计语言,中VC、VB、JAVA等。在选择开发工具过程中,知识工程师起主要作用,并应与领域专家密切协商,全面考虑硬件、软件、领域问题和上述原则,选出恰当的工具系统。

4.2编码编码是应用选择的工具语言记录事件和知识。它将详细设计阶段产生的知识结构、推理规则、控制策略及其它部件的形式描述转换为工具语言形式。主要的工作是转换自然语言推理规则,构造知识库;转换推理算法为推理程序。尽管此项工作与非智能语言的编码没有区别,而这里一般使用的语言是LISP,PROLOG或专家系统工具语言。在编码中,知识工程师常发现详细设计中的问题,因此,详细设计和编码常是紧密相关的循环处理。编码中发现的问题也可能引起大范围的反复处理,例如,可能需要完全重新设计知识表示。

4.3测试与修改测试阶段的主要任务是评价原型系统及其实现形式是否符合设计者、专家及用户的要求,应用各种各样的实例,检测知识库和推理结构中的弱点,修改原型。

4.3.1检测推理检测推理就是检查无效的推理。主要工作是检测机制细节,如接口和内部流程。知识工程师构造人工模拟实例检测系统的详细部分,当系统违背设计得意愿,则发现错误。纠正无效推理中的错误,需要重新编码。产生无效推理的原因是程序员错误地转换知识。

4.3.2检测知识在知识系统中,正确的编码并不意味着知识正确。这种处理努力探测无效的和模糊不清的知识。除了人工实例,专家和知识工程师还可用真实实例检测,让系统作合适的决策,并可保留这些检测实例以备后用。无效知识的发生,是由于专家没有正确地描述事实或没有完全理解事实。当系统违背专家的意愿时,可发现这类错误。模糊知识的发生是由于专家不能识别所有的蕴含关系,如组合条件太多。当系统选择不同的解法(而专家要求相同解法)时,可发现这类错误。例如重复执行概念识别,以便发现错误的知识;重复执行概念设计来重新评估知识表示的选择,这两种处理又引起重复执行详细设计。当知识是完整一致的,仅要求重复执行详细设计和编码。若在检测推理机制中,专家发现了检测子问题的新条件,则重复执行问题定义、概念识别、概念与详细设计及编码。因而专家可用发现的新条件精炼已存知识表示。当专家对早期的知识检测不满意,将知识加入知识库时,发现一些错误,则他重新执行是识别和定义概念,处理和发现新概念。为此,概念设计、详细设计、编码和检测推理均需要新执行,调整由定义新概念所引起的变化。

4.4证实原型系统当专家和知识工程师相信推理和知识是正确的,则执行本处理。这种处理用执行大量的真实例检测隐含错误。知识工程师可将原型放入检查区域,工作一段时间,这种检测可能发现较少的小错误。证实也可发现专家和知识工程师的偏见。专家和系统的交互中可能存在盲目的缺点。因此,应邀请其他多位专家指导证实处理。他们的新观点可能会发现新问题。最后的证实工作是并行执行系统检测和人工检测(人工检查活动不与系统交互)。然后按要求逐个比较结果,并做客观地记录。这些检测将提供大量的宝贵意见。

4.5系统的发展与维护检测工作完成后,原型可被进一步修改和扩充,发展成为实用系统。维护的目标是评价和扩展系统,改进系统执行。由于在发展中迅速设计原型,可以避免和减少维护工作。如果系统中使用的规则和过程以常规变化为条件,则需要专家和管理者周期地检查系统的执行。一个知识系统模式化人类在特定领域中的专知,而专家和知识都不是静止不变的,因此系统中的知识库和推理模式必须继续检测和发展。这包括收集关于系统执行的知识、缺陷及定义的变化。主要方法是利用机器学习技术维护、扩展知识库,以改进系统执行。这种设计方法适用于所有的知识系统,对于复杂的综合型系统,还要考虑与其它分系统的通讯与协作。

5总结与展望

纵观国内外医学专家系统的发展,可从以下3个方面进行总结。

5.1人工智能、专家系统理论70年代,多用概率统计法,即所谓的数字计算法,从疾病—临床资料(症状、体征理化检查)的发生频率与疾病概率之间的明确统计学分析,得出最相似的诊断。此方法现已趋于淘汰。80年代后,则多用人工智能的方法,即以疾病的数值表叙与专家的推理相结合导致的一种决策方法。两种方法都要通过一定的数学模型来实现,常见的数学模型有Bayes公式,模糊数学及加权求和—阈值浮动(至80年代中期,国内2/3的系统采用了这3种数学模型,但这3种数学模型的应用,有一定局限性)。还有的研究是关于诊断系统的通用开发平台等方法学方面的,使医学诊断专家系统在解释方法学、评价标准、知识库建立以及因果定量推理等方面成为研究热点。关于医学诊断中推理的复杂性,有人提出,病人可能有相互关联的多种疾病,而表现出的症状并不确定与某一类疾病有关,一个症状是否会出现也不确定,因而复杂程度不同的推理,可以精密程度不同的模型中进行。此外,由于人类疾病的适时性,有必要在没有明确的诊断结论时给出有关诊疗建议。同时,用来监测、存储和显示大量数据的系统数据库应与推理有机的结合起来。启发式分类也是人工智能方法中的一种,即从一组输入数据中提取特征,并进行分类,根据分类特征在一组已知的诊断类型中选择。模糊逻辑原理尤其适合于医学应用,因为医学决策所需的许多信息都是不确定的。适于人工智能、专家系统应用的计算机语言,在早期有LISP和PROLOG,但到现在,尚无更新的、合适的语言出现。

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    对于“教什么”、“怎么教”等问题，现代信息技术教学中的教师处于相对主动的地位。

    “教什么”——现代信息技术课程的教学内容，覆盖了义务教育课程标准所要求的所有信息技术学习内容；在教学程序的设计上，遵循学生的认识规律，重要的教学环节一个也不少；教学重点、难点的确定是教材编者、各地教研员和一线骨干教师集思广益的劳动成果。

    “怎么教”——现代信息技术教学在教学设计和教学方法的选择上，主要体现在新课标所反映的新的教育教学理念，以信息技术课程价值的实现为依据，强调以学生为主体的教学活动方式，营造探究型或任务驱动型的学习气氛，铺设形成性的评价线索。

    二、中小学信息技术教师的角色定位及未来发展趋势展望

    1、中小学信息技术教师的角色定位

    第一，信息技术教师要在教学中确立自己的主导地位。信息技术教师应该确立自己在信息技术教学中“引导者”的地位。开设信息技术这一专门学科有助于学生形成良好的信息素养，教师不要在课程整合中迷失了自己的专业。而引导者也并非主宰者，他完全没必要对学生的学习行动加以禁锢式的限制，这只会影响到教学的效果。引导者的职能应该是在教学中为学生确立学习的方向、优化学习的模式、纠正教学中的失误，为教学的顺利进行奠定基础。

    第二，做通才，而非全才。由于信息技术的发展，各种应用软件日新月异，要当全才是不可能的。但要当通才，知晓各种常用的应用软件，并且最好精通两种以上软件。由于软件的多样性、时间的有限性，教师应在精通教材所涉内容的基础上提高，并及时了解业内最新动态，以免学生超越教师过多而影响教师应有的威信。

    第三，做学校信息技术应用的推动者。要积极在学校发展各种信息技术普及教育，让大家都掌握信息技术，以减少信息技术教师的教学外事务。文字，可以培训专门的打字员处理；课件，尽量让学科教师学习自己制作……这样既完成了任务，也创造了一个较轻松的工作环境。

    第四，做学生学习现代信息技术的合作者。多媒体和网络技术的出现，为建构主义理论的应用提供了良好的氛围。在建构主义的学习模式下，教师不仅是教学活动的设计者、组织者以及辅导者，而且也应是学生学习的“合作者”。师生间通过相互交流，就某些问题进行讨论、取长补短，既密切了师生之间的关系，也可在合作的环境中发展学生的创造能力，这种基于建构主义的伙伴型学习模式已经越来越引起人们的重视。

    第五，做网络的利用者。要充分利用自身优势，借助网络，提高业务水平。由于信息技术教师大部分都拥有较好的上网条件，大家可十分方便地查找各种资料，借助外力使得自己的业务水平得以提高。

   第六，做信息技术的传播者。作为专业教师首先应该对教学内容所涉及的软件有较深的钻研。现行中小学教材浅显易懂，涉及的软件较多，如word、powerpoint、frontpage、excel、flash、vb、人工智能等，虽然对学生要求不高，但由于实际情况，中学生的水平往往超越了教材要求。这就要求教师对这些软件都有较深入的研究，同时要适当提高教学要求，以便学生对信息技术有更好的应用水平。

    第七，做学生兴趣的培养者。电脑日益普及，越来越多的学生在使用电脑时，迷恋上网玩游戏、聊天，而对其他的信息技术知识不感兴趣。教师要引导学生正确使用各类信息技术，学生只有学会了使用网络去做有益于身心的事，才可能拒绝那些不良信息的诱惑,使学生对信息技术产生兴趣，愿学、乐学、好学。

    2、中小学信息技术教师未来发展展望

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中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)04-0943-04

Digital Learning Platforms for Rural Research and Practice Based on Agent Technology

XIE Jing－wei

(Hunan Mass Media Vocational Technical College, Changsha 410100, China)

Abstract: Development of network technology for distance education provides a new world, and takes benefit to rural areas. The passage based on the research of agent-rural digital learning platform, analysis the current rural digital learning platform application and status issues for the improvement of existing measures, from the view of improving rural digital learning platform application.

Key words: Rural Digital; Agent; XML; distance learning

信息化应用于教学是教育信息化的一个核心内容。目前，全国各学校都在进行“数字化教学平台”的建设， 这本身就证明了信息化对于教学的迫切性和趋势性。农村因为其所处位置的分散，信息资源的匮乏，在教育中成为薄弱的一环，现代远程教学系统是一种以网络为基础的远程教育，学习者可以足不出户地参加网上学习、网上讨论以及网上答疑等。这种教学方式继承了传统远程教育方式中不受时间、空间和地点限制的优点，能够激发学习者的学习兴趣，能够为学习者提供图文并茂、丰富多彩的交互式人机界面，从而达到让学习者主动构建知识，实现自我知识获取、自我更新甚至创新知识的理想目标，非常适合在农村普及相关农学知识和技能水平。

1 数字化学习平台主要技术研究

1.1J2EE体系结构

模型－视图－控制器是八十年代Xerox PARC在为编程语言Smalltalk――80发明的一种软件设计模式，最近几年被推荐为Sun公司的J2EE平台使用，并且受到越来越多Cold Fusion使用者和PHP开发者的欢迎。MVC不是一种设计模式（design pattern），而是一种架构模式（Architectural pattern），用以描述应用程序的结构以及结构中各部分的职责和交互方式。它使应用程序的输入、处理和输出强制性地分开。使用MVC应用程序被分成模型、视图、控制器三个核心部件。应用程序被分成了三个主要的部分，每个部分负责掌管不同的任务。J2EE的框架一共分为5层：

1）Presentation（表示层）：应用程序的用户界面，用户通过这一层来操纵应用程序。

2）Application（请求层）：将Presentatinn层与services层连接起来。

3）Services（服务层）：EJB服务器的入口，作为Domain层的，根据不同的用户请求，来调用相对应的商务逻辑处理程序（Domain）。

4）Domain（领域层）：处理用户的请求信息，一般以use case为单位。

5）Persistence（持久层）：与持久性数据（数据库）打交道，根据Domain层的请求来操作持久性数据。

1.2 Agent技术

Agent理论和技术是在面向对象技术之后出现的一种新的方法。基于Agent的研究，一般可以通过两种途径：区分在传统人工智领域和基于结构主义的方法。方法有两种出发点:在传统的人工智能领域和基于结构主义的方法。传统的人工智能领域具有特定的过程和行为，研究的核心是认知过程，考察的对象是系统；另一类是基于结构主义的方法，这种方法是网络中使用Agent的技术，从基层的Agent及其相互作用来研究系统的整体特性。传统的人工智能领域是商业系统使用较多的方向。

1.3 系统体系结构的选择

1.3.1 C/S模式与两层结构

C/S(Client/Server)结构，即客户机和服务器结构，在早期的应用系统开发中得到了广泛应用。其特点是，客户端运行大部分服务，客户端与数据库完全分开，如数据访问规则、业务规则、合法性校验等应用逻辑。C/S模式通常用于两层结构，它的处理流程可表示为：

两层结构模式＝多Client+单/多DataServer

两层结构的应用模型可表示为：

表1 客户机/服务器的两层结构模型

在这种模式中，服务器只负责数据的处理和维护，为各个客户机应用程序管理数据；客户机包含文档处理软件、数据查询、决策支持工具等应用逻辑程序，使用SQL语言发送、请求和分析从服务器接收的数据。这是一种“胖客户机/瘦服务器”的网络结构模式。

1.3.2 B/S模式与三层结构

B/S(Browser/Server)结构，即浏览器和服务器结构，其本质是三层结构C/S模式。它是随着Internet技术的兴起，从传统的两层C/S(Client/Server)模式发展起来的网络结构模式。其处理流程可表示为：

三层网络结构模式=多浏览器+单Web服务器+多数据服务器

三层结构的应用软件模型可表示为：

表2 浏览器/服务器的三层结构模型

在三层结构中，作为一个应用服务器（又叫Web服务器），应用逻辑程序己从客户机上分离出来。浏览器以超文本形式向Web服务器提出访问数据库的要求，Web服务器接受请求后，将其转化为SQL语法，并交给数据库服务器。数据库服务器验证其合法性，并进行数据处理，然后将处理后的结果返回给Web服务器。Web服务器再将得到的所有结果变成HTML文档形式，转发给客户端浏览器，最终以Web页面形式显示出来。这是一种“瘦客户机”的网络结构模式。

2 数字化学习平台需求分析

2.1 数字化学习平台中常见困难与问题

2.1.1 学习管理方面的问题

基于课程的学习普遍的流程是预定学习目标、确立学习进度、按进度选择学习内容和方式、检验学习成果。尽管学生是学习的主体，但教师无疑起到了明显的导向作用。而在开放的学习环境中，很可能缺少预定的明确目标；而学习进度也是很难保证的；

2.1.2 知识积累与建构方面的问题

1）一些学习平台所拥有的知识内容是僵化的。

2）交流区好象一个大水潭。什么水都往里倒，问答是不成体系的，一些好的文章、好的思想很快被湮没了。

3）教师与教师、教师与学生、学生与学生的沟通仿佛是形式上的，让人感觉到其中的隔膜。

2.1.3 在用户专注性方面的问题

对于学习平台的开发者来说，常常理想地认为，学生应该有使用数字化设备进行学习的充分的主动性和积极性，并过高估计了学生自己管理学习进度的能力。实际上，即使是成人，也常常感觉很难调控数字化环境中的学习，甚至会出现以下两种极端情况：一种极端是沉迷于娱乐而遗忘学习的原初目的；而另一个极端是，由于资讯的爆炸性增长与缺乏管理，使学习者迷失，甚至引发心理问题。

2.2 我国农村现代远程教育平台的构建

1980年中央农业广播电视学校的建立，是对传统教育资源缺乏的有效补充，也是在农村教育这方面区别于传统教育的一个尝试。农村现代远程教育平台的构建是为了更好地推动农村教育的发展，这无论是从实际需求还是在长远意义方面看，都是十分必要的。

由于农村教育培训的主要对象是农民、农村青年，农村妇女，基层干部以及其他城镇力量。数字化教材对他们来说是一种新的教学媒体。所以在建设上还应该注意：

1）进一步扩大对现有师资的培训，提高他们运用数字媒体教学的能力；

2）加强数字媒体的宣传，使农民认识、理解、接受数字技术；

3）及时了解农民的需要，掌握需求的变化，发挥资源共享的优势，开发适合农民的生动形象的数字教材。

3 基于Agent的农村数字化学习平台功能实现

数字化学习环境建设是农村数字化学习平台建设工程的一个重要组成部分，目的是为农村师生建构一个先进、通用、能面向国际化教学的网络教与学环境，使他们在多校区的网络虚拟环境中能进行研究性学习、探究性学习、自主性学习。

利用教学数字化管理平台 ，通过远程教育管理系统预定远程教育课，各教师在注册了一个用户名之后，便能够登录，即可查阅、下载网络上包括电教馆以及和教育网台的各种资源，也可以向校本资源库的教师个人文件夹中上传各种文件，同时在该系统内预定远程教育专用教室的使用及填写上课后的各种信息反馈。学校管理人员通过本系统对学校每一位教师使用远程教育资源及专用教室使用情况进行监控。

3.1 基于Agent的个性化远程教学系统

系统中必须建立基本类Agent、个性化处理类Personalization Agent、服务器类Facilitator Agent等。基本类Agent主要侦听环境中的事件，并通过Sensor/Effector对事件作出反应。服务器类Facilitator Agent主要登记活动Agent，并协助Agent相互通信。

本系统中的主要类有Student Agent，Teacher Agent，Administrator Agent和Personalization Agent。

1）类Student Agent：主要功能是提交学习者注册时的信息以及学习者在学习某门课程中与本系统交互时产生的一些个人信息，Personalization Agent收到这些信息后，根据这些个性化信息，调整呈现给学习者的学习内容。。

2）类Teacher Agent：主要功能是提供课程内容，可以根据Student Agent对学习者个性信息的处理结果，通过Facilitator Agent向Teacher Agent发送请求，然后Teacher Agent向Student Agent发送符合该学习者个性特征的课程内容。

3）类Administrator Agent和类Personalization Agent：他们使用单独的设计模式，确保在同一时间内只有一个Facilitator Agent和一个Administrator Agent的实例存活。

3.2 在线学习管理

学习系统支持基于学员个人能力的课件学服务在学子系统中指导模块能根据学员的各类信息，分析学员当前所处的状态，灵活的控制学员的学习内容，决定教学策略和方法。其具体的指导策略包括:

1）根据学员的专业及课程的要求，选择相应的教学课件；

2）根据学员的学习进度，提供两种学习模式，分别为：是继续进行上次的学习；或是自行选择教学内容；

3）根据学员的学习水平参数，安排相应难度的教学课件；

4）由教学计划和教学知识点之间的依赖关系确定教学课件之间的顺序。

3.3 表现层的实现

表现层的功能是对用户接口进行设计，主要涉及到个性化界面的定制和XML的显示。

1）用户界面：表现层可以让用户自己选择使用的语言、常用的工具条、定制个性化菜单颜色、字体等内容，通过针对不同用户设计不同XSL来达到个性化效果。

2）用户界面的XML显示：HTML规定了统一的格式。根据用户的不同需求，asp语句查询数据库并将结果替换成asp语句嵌入到HTML面中。

3）用户注册：用户可以在登录页面中点击注册按钮，进入用户注册页面，填写信息进行注册。

4）用户登录：用户通过注册时使用的电子邮件和密码进行登录。若忘记秘密吗可以通过电子邮件找回。

5）权限管理：权限管理分为三个部分：组策略管理、用户组策略分配、组策略编辑。组策略管理负责策略的添加、命名和删除。

6）课程管理：管理员或教师添加的课题参数有课题名称、课题所属专业、选择图像（课题的图像标识）和课题的描述（对课题的相关简介）等。

7）交流展示：学员可以将自己的研究成果在交流展示平台上与其他学员进行交流，增进了学员之间的相互了解，也为日后相互之间的合作奠定基础。

8）学习资料管理：在研究性学习平台中，所有的资料都必须在学习资料管理页面上传，然后将链接添加到相关课程的下载栏目内供学员下载。

9）学习界面：用户通过登陆后，可以进入学习平台，搜索浏览自己所需要的内容。

3.4 数据访问中间件

随着信息技术的飞速发展和从事政务、电子商务的业务需要，企业、政府越来越需要把不同阶段、不同技术构造的管理信息系统集成为一个更大的系统。这就要求应用系统具有多数据源访问的能力。随着电子商务、政务的不断深入和扩展，新建的应用系统也要求具有更好的扩展性和伸缩性。此外，系统还应具有良好的封装性及可维护性以满足我们整合数据库访问的需要。数据访问中间件却可以很好地解决这些问题。

1）方便的数据源连接：在设计和实现信息管理系统时，我们希望尽量做到与使用的数据库无关，即当后台的数据库发生变化时，不需要或者尽量少地修改前台代码。而在这一点上数据访问中间件的应用给予我们很大的帮助。

2）管理数据库连接：数据访问中间件应完成的一个主要功能就是提供数据库连接管理。用户界面层不用直接与数据库服务器建立连接，而是通过数据访问中间件建立连接，并由中间件管理连接缓存。

3）管理数据库访问：当用户需要对数据库进行访问时，首先通过数据库连接管理模块与相应的数据库建立连接，然后由用户调用数据访问中间件提供的标准接口。数据访问中间件将SQL请求转发给相应的数据库服务器，数据库服务器执行SQL语句后，将得到的结果通过数据库连接返回数据访问中间件，再由它返回至用户界面层。经过数据访问中间件处理，数据访问过程中实时出现的错误信息也将一起返回。

4）性能问题：数据库是信息管理信息系统的核心单元，由中间件完成通信功能。硬件技术快速发展，但其价格反而下降，因此往往通过使用更好的硬件来提升性能问题。另外，当用户数量较少时，由于中间件建立多个连接需要花费时间，是否利用中间件的连接管理功能对数据库的响应速度影响不大，但随着用户数量的增多，采用中间件的连接管理功能所带来的性能优势就显现出来。

3.5 基于B/S结构的系统性能改进

B/S结构相对C/S结构有优势。同时B/S结构并非完美，其自身的特点也决定了B/S结构在管理信息系统应用中有一些需要克服的弱点。如：页面频繁刷新导致人机交互性下降。

首先要说明的是，页面刷新是B/S结构特有的实现机制决定的，因为客户端既浏览器基本上不处理业务逻辑，几乎所有工作都交由服务器端处理，服务器端处理完毕后，再将结果发回浏览器端，重绘页面，形成所谓刷新。所以，只要应用B/S结构就不可能避免页面的刷新。但是，我们仍然可以利用一些技术手段来避免页面频繁的刷新，从而尽可能减少给系统的交互性带来不利的影响。

下面仅列举一例，来说明这个问题。

如Textbox的On change事件会引起页面重新刷新，于是利用了以下的解决办法，使得页面不用刷新。

1）调用简单的前台脚本打开一个新页；

2）把相关参数传递给该新页处理（该新页的前后台均可处理）；

3）处理后所得数据再用前台脚本返回；

4）数据处理完毕后被打开的页面自动关闭。

3.6 系统安全策略

系统安全性是指保护系统以防止不合法的使用而造成数据泄露、破坏或更改，系统安全性是涉及系统各个方面的全局性的问题。系统是一种可共享的资源，在开放共享的环境中，安全与开放共享即是制约，又是相互统一的。系统既是共享的资源，又要适当地保密。只有解决保密问题，才可能更好地实现共享。系统管理要求实行三点基本方针，即预防、检测、恢复。在本系统设计和实现中系统安全性设计的策略主要由：1）权限控制；2）日志使用；3）规范输入信息。

4 总结与展望

人类已经进入了网络时代，网络技术的飞速发展为远程教育开辟了一片崭天地，农村教育因其地处偏远，教育资源能以跟上而成为普及教育的盲区。远程教学技术的研究，正可以为农村远程学习平台的搭建提供一种可行的思路。随着教学信息化日益成为现代教育发展的制高点，以技术改善教育环境，革新传统教学模式，教学引入信息技术后给传统教学模式带来了巨大冲击，必然对教学形式、方法、内容的革新与进步产生强大的推动作用。

基于网络的远程教育在我国的教育事业中有着广阔的发展和应用前景。大力发展数字化教学对推动科技和教育的进步有着不可估量的作用。当然发展网上教学的关键并不是从物理意义上扩大网络范围，更应该重视改善现有网上教学系统的性能和模式。

参考文献：

[1] 周平红,卢强,张屹.对外汉语学习网络教学平台建设的需求分析[J].开放教育研究,2007(6).

[2] 王欢,王贤良,周恕义.“以人为本”―构建新一代网络教育平台[J].现代远距离教育,2007(2).

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高等职业教育在培养高职学生专业技术能力的同时也要更加注重学生道德体系的构建，强化学生人文素质的养成，着力打造高职院校的谨信文化。谨信文化的建设，一是需要营造良好的传统文化校园氛围。可以以传统文化为主题来命名学校的建筑、道路、长廊；用具有中国特色的饰品来装饰图书馆、宿舍、食堂；校园广播、宣传大屏时常播放一些古琴、古筝、戏曲等古典音乐作品，使学生们时常处于传统文化环境的包围之中，在润物细无声中接受优秀传统文化的熏陶。二是需要加强训练与引导。大量设定情景环节来练习高职学生谨言慎行的学习态度、生活态度和工作态度。着重对高职学生加强家国情怀的教育、社会关爱的教育和人格修养的教育；充分利用传承弘扬优秀传统文化的重要契机如春节、元宵节、清明节、端午节、中秋节等节日，开展优秀传统文化经典知识、经典故事的朗读、说讲、模拟展演等形式多样的普及教育活动，以培育培养并激发起高职学生的民族自豪感；在母亲节、父亲节、重阳节、教师节期间开展“感恩师长、感恩父母，敬老孝老我能行”等感恩、敬老孝老活动，帮助高职学生学会感恩、心存感恩；以元旦、劳动节、五四青年节、六一儿童节、建党节、建军节、国家公祭日、国庆节为契机，开展生动活泼且形式多样的传统文化教育实践活动，将经典教育生活化、实践化、落地化，从而在训练与引导中帮助高职学生认知谨信文化并弘扬谨信文化，帮助高职学生树立起正确的世界观、价值观、人生观。三是着重培养学生讲求信用的诚信品质。诚信就是待人处事真诚、老实、讲信誉，一诺千金，说出去的话，就必须做到，承诺了必须去做，培养诚信厚重的精神。四是全面开展文明礼仪的习惯养成教育，以培养高职学生遵纪守法、助人为乐、爱护公物、谦虚礼貌的礼仪规范。以敬人、自律、真诚、宽容、平等为原则，以“礼貌、礼节、礼仪”为主要内容，以二级学院为主体、以班级为单位，全面开展校园礼仪方面的系列讲座与活动，各二级学院组织文明礼仪知识大赛，由团委来主持评选出校园年度文明礼仪之星。

2开设传统文化选修课和开展二课堂活动

一是将中华优秀传统文化纳入选修课程体系，以选修课的形式传播并弘扬传统文化。

二是将中华优秀传统文化作为学生晨读的必备内容，构建起优秀传统文化国学经典诵读体系。需要制定详实的诵读计划，本着循序渐进、从易到难、以点带面、从少到多的原则，在各二级学院开展不同的诵读内容，可以将《弟子规》、《千字文》、《大学》、《中庸》、《唐诗宋词》、《二十四孝顺故事》等国学精粹引导学生诵读；可以将《大学》、《中庸》、《道德经》、《论语》《诗经》等国学经典组织教师们诵读，师生共同参与诵读，构建起国学经典诵读体系。

三是定期开展传统文化知识、诗词鉴赏与朗读、古典音乐欣赏、书画欣赏等二课堂活动。可以开展“诵经典、写经典、唱经典、演经典、展经典”等二课堂活动，可以每月开展“诵读国学经典一刻钟”和“书写国学经典一刻钟”活动，确保各二级学院各班级诵读内容的落实；可以把国学经典故事改编成情景剧，利用传统节日开展说唱、朗读国学经典故事、国学情景剧展演活动等；要求各班级每月的黑板报、橱窗、班级微信圈、博客、微视频等都要有一定的国学经典内容，定期安排校园广播播放国学经典音乐等，把国学经典教育贯穿于日常的点点滴滴活动之中。

3开展形式多样的与传统文化相关的校园活动

成立陶艺社团、空竹社团、风筝社团、古筝社团、茶艺社团、书画社等带有传统文化性质的社团组织，开展识字猜谜、唐诗宋词鉴赏、端午划龙舟、重阳走访敬老院、中秋赏月等具有传统特色的活动；以大学生科技艺术节、文艺汇演等为展现载体，围绕孝敬父母、心怀感恩、诚实守信、善待他人、日行一善等话题，借鉴朗读者、诗词大会、百家讲坛等节目，邀请名师名人、校友、老教授等用?文朗诵、课本剧、说唱、快板等新颖生动活泼的形式可以把《论语》、《弟子规》、《孝经》、《礼记》等国学经典介绍出来并欣赏到优秀传统文化的魅力。通过学生们的积极参与形式多样的传统文化活动，在潜移默化中就会帮助学生们深层次思考并体会传统文化的精髓。

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【中图分类号】G40-057【文献标识码】A【论文编号】1009-8097 （2015） 05-0012-06【DOI】10.396 9/j.lssn.1009-8097.2015.05.002

引言

自从总理在2015年年初探访了深圳的柴火创客空间之后，从城市到社区，从高校到中小学，都涌现出更多设立创客空间的讯息。着眼于推进“大众创业、万众创新”，国务院办公厅于3月11日了《关于发展众创空间推进大众创新创业的指导意见》，提出八项重点任务，包括加快构建众创空间、降低创新创业门槛、鼓励科技人员和大学生创业、支持创新创业公共服务、加强财政资金引导、完善创业投融资机制、丰富创新创业活动和营造创新创业文化氛围。

本文作者认为，此次中国政府扶持创新创业系列政策的出台，折射出全球产业变革的强烈信号。总理提出的“众创空间”的政策措施，鼓励大众创新创业、推动产业升级转型，这对中国创客运动和创客群体是一次重大的发展机遇，同时也对全国甚至是全球的教育机构发出潜在的挑战。这一挑战的主题是：现代的教育机构，是否会被创客空间这一类型的微学校所取代？一何谓“创客”与“创客空间”

“创客”一词源自英文Maker（制作者）和Hacker（创造性地运用技术资源的人）的综合释义，是给能够动手创造软件或硬件产品的人的一种标签。之所以称之为“客”，是因为这些人通常具备一些独特的技能，而且如同侠客一般分布在世界各处并可以凭技能而到处游走。

“创客空间”或“众创空间”代表的是群体协作，甚至相互竞争切磋的创作平台。在一定程度上，创客空间也具有类似学校的功能和特征。从社会学的角度看，学校是让众人相互学习与切磋的一种公共空间。在学校空间中，学生的“创新”成果，由专职教师提供知识辅导并审查及修订学校的物理空间、设施器材、运行经费等，是经过公众投资的长期积累的结果。学校的社会功能是提供“大众学习、万众立业”的公众服务，而众创空间的社会功能是提供“大众创业，万众创新”的支撑平台。从参与人群来看，创客空间的参与者更加广泛。任何学生、教师、社会人士，都可以参加创客空间的各种活动。经营得当的创客空间，不会像顶尖学校那样建立严格的入学筛选机制。创客空间能够提供应用科技的普及教育，特别是对那些对动手开发产品感兴趣的人士，创客空间可以提供现场体验与交流的机会。从上述分析来看，创客空间，特别是由政府机关补助而设立的众创空间，也是一种微型的学校。那么，这些新的微型学校传授的是什么知识或技能呢？它们与现有的学校又有哪些差别呢？

二 催化资源灵活重组的微型学校

众创空间是否有可能取代传统的学校？在可见的未来，由于众创空间的主要功能是面向产业的科技创新，这种组织不需负担长期培养人才的责任，还没有真正地进入正规教育行业的范畴。但如果纯粹从知识传递的角度来看，众创空间可以看作是学习环境的一个场景，它专注于科技素质教育。在网络发达的地区，这种学习环境有可能涵盖超越应用科技以外的学习内容。从2012年起，全球的教育机构开始投入巨量的人力和财力，开发大规模在线开放课程（Massive OnlineOpen Course，MOOC，音译为慕课）。在同一个城市的MOOC学习者，可以到附近的创客空间，或是其他的公众化学习空间，现场一起讨论某一课程的内容。

这种学习体验，与传统的大学学习相比并没有太大的差异。对于求知若渴的人群，创客空间提供了自我筛选的机制。相对于创客空间而言，传统学校的学历教育不是一种自愿参与的活动组织模型。学生为了满足毕业学分数量上的要求，不论喜不喜欢课程内容，都必须在授课现场出现。这种强制性的课程参与方式，自然缺乏吸引力。因此，在传统的课堂教学中，我们可以看到许多打瞌睡、玩手机、聊天等与学习无关的现象。这种教学困境，追根究底来自学历导向的教学设计。由于学历导向的教学活动的终极目标是让学生获得学历，这降低了对学习内容的关注程度。与之相比，创客空间所提供的各种课程，如果没有办法吸引人群自主报名参加，很快就不会再继续开课。但是，在正规的学历教育系统中上学的学生，却没有太多的选择。为了按指标发放学历证书，即使在教学效果不好的课堂中，教师与学生都要勉为其难地互相忍受。久而久之，就会养成对知识不尊重，甚至对人不尊重的负面情绪。传统学校的育人环境，如果对人的自主学习产生了系统性的负面影响，那么，这种机构自然需要改变。当前可以做到的就是向其他的教学环境、特别是创客空间借鉴运营教学环境的方法。

三 轻资产的教育服务组织

在偏远地区的中小学，由于人口稀疏，一所学校可能只有几十人。这种学校的常驻人员、设施器材、房舍规模等属于轻资产的量级，大体上可以对比为一个小型创客空间的规模。2014年9月，在美国1日金山的市中心，成立了一所只有学生宿舍的轻资产大学-Minerva University。这所大学的首届学生是在全球范围内精心选拔的32位学生。Minerva开设的课程不仅有基础的语文、数学，还包括了生物、化学、计算科学、企业管理以及社会科学等。授课教授来自全球顶尖高校。Minerva主要的课程教学环境，不在教室之中，而是借助网络教学平台和网络视频会议系统。通过笔记本电脑，学生在任何时间、任何地点，甚至在寝室的床上或是宿舍附近的咖啡厅都可以随时在线学习。Minerva在全球五大洲建立了九个基于学生宿舍的学习中心。学生除了第一年在旧金山的学习中心上课外，其他学年将会被送到另外八个地区的城市中，一边上课，一边体验跨文化的地球村生活。这种教学组织模式，特别是他们的教学基地，就非常接近创客空间。大学，甚至是能提供前沿学术研究机会的大学，可以使用非常轻便的校园资产，与城市或是临近的研究机构、大型企业合作，让学生能够获得更好的学习体验和优质的教育服务，而不需要负担巨额的学费。美国顶级私立大学的学费大约为每年四万美金，Minerva这所私立大学的学费为每年一万美金。在剥除了各种校园基础建设的运行维护成本之后，Minerva存在长期运行的可能性。除了在线上通过视频会议系统进行课堂教学，线下学习中心所运作的各种学习活动跟国内外创客空间所举办的活动相比，在本质上并没有太大的差别。由于学生人数的限制，Minerva没有上万人的同学社区，所以这个学校更需要创客空间一类的活动，以吸引当地的优秀人才与学生进行密集的交流。而这些活动，会把Minerva这类的新型学校进一步拉入创客空间的范畴。

在欧洲比利时的鲁汶大学，也有一个特例。2012年之前，鲁汶大学的校区内有一个独立的鲁汶工程大学（Group T，从2012年起因为比利时的新法规而成为鲁汶大学的一部分）。其大学校区只有一座50平米见方的建筑物。地面上共有4层的教室与实验室空间，地下则是停车场。这个超级迷你型的校园，共有超过1800名全时上课的学生。Group T提供4年的本科学历和2年的硕士学位，是欧洲大陆上唯一以英文上课的4年本科学历教学机构。由于校园空间的限制，在校园中除了小规模的创客空间外，学生的毕业设计课程多是在附近的企业中完成的。校区内的创客空间拥有众多的社团组织，包括参加全球太阳能赛事的知名科技社团。多数学生会参加各种科技性或创业导向的社团活动，这些社团的活动空间由学校或者临近的企业提供。笔者曾经多次造访Group T，可以说该校内部的工作环境就是一个典型的创客空间。Group T虽然体量小，但是各种教学单位，从机电整合、生物化学、信息与计算科学、数字媒体出版等专业都有相应的实验器材与教学环境。从某种程度来说，Group T这所大学就是一个高密度的创客空间。

在世界各地，已经有一些创客空间把住宿服务集成到空间的规划之中。例如，北京的706青年空间就有学习交流与住宿的双重功能。706青年空间发起的交流活动所邀请的演讲人来源广泛，包括大学教授、企业家、艺术家等。这些活动与大学所举办的讲座、沙龙在本质上没有任何区别，但在策划设计、后勤支援与宣传推广等环节更为高效和专业。因为这些社会化运作的草根性组织，必需服务于参与者的兴趣，而不能依赖正规教育系统的行政组织命令。这一类把住宿功能与交流功能结合到一起的创客空间又被称为“创客基地”（Hackerbase）。笔者所参观过的几家创客基地的运行方式很像美国大学里的“Fraternity House”（可译为兄弟会）。一群学生一起租下一栋完全独立的住宅，从内部的装饰装潢到每日的社交活动都经过群体参与规划与实施。在欧洲的大学内，这种组织又称为“住宿学院”（Residential College）。当住宿的功能也集成到学习组织的物理环境之中时，对参与者行为习惯的影响力就更加深刻了。从Minerva把位于市中心的学生宿舍当作校园进行运营，到Group T让接近2000名学生在创客空间中进行学历教育的高密度校区设计，再到创客基地把学习与住宿功能合二为一，这类轻资产的教育组织都可以提供高质量的学习体验和教学服务。这些组织具有成本上的优势，提供了有别于传统校园运营方式的参考。对于个人或是小的学习团队来说，学习成效主要取决于对知识内容的关注程度与学习的强度。在当年的西南联合大学，学习规模和过程也是以类似于今天创客空间的规模和方式进行的。我们从各种文献上可以看到当年学生是如何克服困难用简陋的设备进行科学实验，这些历史纪录证明西南联大是一所运用轻资产思路经营的大学。所以，大学之大不在大楼，而大在学问深度、人才容量和学术影响力。

四 方位的科技素质教育课程内容

提高学习环节中内容纯度的条件，不仅需要建立学习空间，更需要有经营学习活动的有效方法。这就跟创客空间或是科技实验室的学习活动组织方法有关。好的学习效果，一定需要浓厚的学习氛围和对学习过程的持久专注。

2015年2月，笔者与清华大学附属中学的5名教师到美国弗吉尼亚州的Thomas Jefferson HighSchool for Science and Technology（TJ）进行了为期两周的探访活动。这所学校连续十几年蝉联全美科技高中排名第一的宝座。我们一行人在到达TJ的第一天，都为学校校舍的破旧而感到惊讶。除了天文实验室与生物实验室有看来比较昂贵的实验器材或投影设备之外，整个学校的大部分实验室就是一些很普通的创客空间。TJ的教师不但建设最新的跨学科实验室，而且明确地表明他们的实验室就是一些面向学生的创客空间。其中教师Adam Kemp还围绕创客空间的规划，出版了专著――The Makerspace Workbench： Tools，Technologies，and Techniques for making，由MakerMedia发行。我们甚至不禁怀疑自己是到了一所高中，还是到了一个创客空间的推广部落。但是在接下来的十几天，我们又都被TJ学生与教师的科学与技术素养所折服。这所学校的所有学生在高二或高三阶段，都要系统地学习有机化学、人工智能甚至量子物理等领域的相关课程。学生能够使用先进的仪器采集生物标本的DNA并操作频谱仪等设备解读DNA的排序信息，甚至要亲手制作测量光速的仪器设备等。到了高四阶段，也就是18岁前后，学生可以到学校附近的大学或是国家级实验室，参与世界顶级科学家的研究团队，、制作实验器材和开发科研工具等。2014年3月，TJ经过七年的努力，在数届学生的合作之下，发射了第一枚由高中生研制的微型人造卫星。取得这些惊人的科研成绩，根据TJ教师的说法，主要归根于所有学生在第一年的一门课程――lntegrated Biology， English，and Technology（IBET）。这是一门为期一整年的必修课，每年约有500名高一学生，每周参与两到三整天的IBET课程活动。大约80名学生为一个群体，他们被带到附近的森林中去探访生物在自然环境中的行为现象，再由英语教师带领学生以规范化的写作练习，用文字与图片来记录学习的体验，撰写学习报告。同时，由科技教师引导学生，制作采集生物科研数据的器材。最后，由专职的辅导员，观察并辅导学生跟上团体的学习进度，组织团队交流的群体活动，并且发掘具备特殊才能的同学，为他们规划高中后续3年的选修课程以及将来对大学专业的选择提供建议。经过一年衔接紧密的高强度课程训练，学生从传统的被动学习逐步进入自主学习的状态，获得了独立经营科研项目的能力。更重要的是，这个学校充分利用了校内空间，把专业学科方向的实验室组织成了多种不同功能的创客空间。在校内资源不足时，引导学生去学校附近的企业、大学甚至自然环境中挖掘学习资源。通过入学后一整年的训练课程，直接反映这种对环境、对跨学科知识与技能的整合规划，最终带领学生进入科研的殿堂。经过二十多年的测试与优化，这样的课程设计摸索出了一整套行之有效的、能够批量化地培养学生科研能力的方法。

五 全球化科技教育的发展方向

提高学习环节中内容纯度的条件，不仅需要学习空间的建设，还需要重新审视对学校功能的假设。创客空间可以被理解为一种自发性的、草根性的微型学校，这些小型的学习组织提供了让好学者公开交流的学习场所。创客空间原来的运营资金主要来自自筹、参与者依次付费或者众筹捐献等。在政府提供运营补助之后，这些原本具有强烈草根性的组织必然会受到相当程度的影响。例如，随着政府资金的注入是否会长期地改变创客活动组织成员的参与动机？这个问题，在短期内还无法得知答案。但是，不论是创客空间或是政府支持的众创空间，国内创客空间的活动同质性非常强，笔者所知道的创客空间绝大多数的运营围绕着开源软硬件而举办技术交流活动。换言之，在当前阶段，创客空间是一种服务全民科技素质教育的机构。

创客空间所传播的科技知识，因为不是根据行政流程所制定的课程标准，可以随时加入具有时效性的科技内容，所以可以选择吸引眼球的产品和服务为知识载体，不论初学者还是专家都可以为之眼睛一亮。即使技术含量参差不齐，但由于加入了学科交叉、混合年龄层的交互展示，同样的内容在创客空间这一轻松的环境中展示，比起在严肃的教室环境中自然地多出了莫名的趣味性。此外，在创客空间传授的知识多出自全球创客社区分享的内容。这些内容是全球创客经过社交媒体动态筛选的结果，具有很强的联动性。在几天甚至几小时、几分钟就会传遍全球。而传统学校的课程设计，那些新的、具有冲击性的内容经常要等待几个学年周期之后才能编入标准化的教材。由于时间的延迟，学生看到这些内容的时候新鲜感就不可避免地被削弱了。六新课程格式的探索工作

由于开源软硬件知识与创客空间的普及化，科技知识教学内容的载体正不断地从纸质教科书转移到遍布全球的分布式内容网站，如、、、等免费的协作与内容平台。不管学校的教师与学生，还是任何想要学习科技知识内容的社会大众，都可以享用最新的开源软件、下载硬件设计图纸甚至是3D打印的输出文件。这些素材是丰富学习体验的基本原料。今天接触这些内容与素材，唯一的要求就是拥有移动终端和经常性接触互联网的机会。互联网甚至提供了联系全球多个学校教务组织的机制，如由美国南加州大学卢志扬教授所开展的iPodia联盟，让全球十一所顶尖大学一起使用视讯会议与多种教学协作系统，让校园之间的课堂活动得以同步进行。在课后，身处不同国家和地区的学习伙伴使用互联网共享信息、研讨作业、制作教学视频，甚至联系各校附近的创客空间共同撰写回应全球重大工程挑战的计划书。这些超越校园与地域范畴调动资源的学习组织方式，是挑战群体学习能力极限的新机会，为了探索群体协同学习的实践过程，在清华大学教务处的支持下，笔者也开设了一系列创新课程，包括面向新生的“跨学科系统集成设计挑战”导引课，这一门课程借鉴创客马拉松的学习活动格式，并且邀请国内外众多知名的创客人士共同设计。为了探讨创客对全球产业的可能冲击，在面向国际硕士生的“全球制造战略”课程中，由清华大学驻校创客项目邀请了多名创客人士提供内容并且在课堂现场演讲，创客们天马行空的想法被学生们从学术性的角度，编写成系统化的产业分析报告。为了提高校园的全球化氛围，笔者也参与了iPodia创始人卢志扬教授所执教的“全球创新战略”跨国线上同步课程。经过与其他国家的同学们互动，我们发现美国、印度、以色列等国的校园内，也充斥了各种不同规模的创客空间；选修“全球创新战略”课程的部分学生，也不约而同地参加了校内外各种创客空间组织。换言之，创客空间已经成为学校的一部分，而学校教育也越来越向创客运动靠拢。

随着创客文化向教育机构的渗透，教学内容与课程形式也开始加速变化。例如，许多高端智能手机的拥有者可能只用手机来打电话、收发邮件或是做一些初级的通信与计算的工作。带领手机用户去使用新的或是更高阶的功能，也是一种科技素养的教育。这些教学内容可以经由创客空间及其相关活动引领大众进行探索和突破。显而易见，这种发散性的探索和测试活动并不适合在以标准化教材为中心的传统课堂环境中开展，因为新的软件或硬件推陈出新的速度不适合集中化的审核流程。在大众媒体的词汇里，创客空间可以成为一个草根科普机构的代名词。众多的图书馆、科技博物馆甚至咖啡厅都提供类似创客空间的交流场地。创客与创业的群体，也因为创业孵化器与创客空间在功能上的合并，越来越融入同一个社会群体。这对全球科技产业的知识普及，提供了更深入民众的覆盖渠道。

七 结论