時間：2023-03-28 14:59:39
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生長環境的好壞決定著農產品的質量，植物的健康成長更是與其環境息息相關。除此之外，自然因素對植物的生長有著決定性的作用，最主要的則表現在：光線的強度及陽光照射時間的長短、土壤環境、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。現代科學技術還可以在一定程度上改變植物的生長環境，通過改變其土壤中的養分及空氣中二氧化碳的濃度，來對植物的正常生長環境進行合理的控制，通過這種方法可以在某種程度上提高果實的結果率，再利用現代化生物技術等來提高農產品質量，從而為企業迎來更好的發展。
2物聯網技術的實施方案
2.1傳感器單元物聯網技術農業專家系統想要獲得更好的應用效果，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已相對純熟。我國主要采用瑞士公司推出的單片數字溫濕度傳感器，來對空氣溫度進行傳感探究。這種高端傳感產品具有可靠性和穩定性等特點，可以在一定程度上大幅降低了獲取數據的難度，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。在實際的農業栽培培養技術中，可以利用這種氣體溫濕度傳感器來更加準確的獲取環境信息，并為以后的農作物生長提供相應的材料資源。
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合使用，利用這2種現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測。除此之外，這種傳感器可適用于各種土壤環境，并對其土壤水分情況進行精確的判斷，并將數據及時上傳到數據庫中，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境造成的干擾，從而對現代溫室環境進行合理監測。
2.2數據采集單元
2.2.1無線傳感器采集器通過傳輸數據的方式將采集器所采集到的信息及時傳送到管理系統當中，使人們可以在第一時間對農作物生長情況做出準確的監測及處理。采集器主要包括數據采集和傳輸2方面，其特點則表現在安裝簡便、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轉換器、晶振電路、顯示電路等等。
2.2.2多通道無線數據采集器這種多通道數據采集器可以采集多種信號，而信號則主要表現在物理模擬信號和數字信號2種。通過這種采集方式可以有效解決傳統的人力、物力和資源等問題，除此之外，還具有防水、防曬、安全采集、防雷擊等優點。物聯網農業專家系統可以實現在數據上的多種顯示技術，在數據采集、打印、存儲等方面更是具有突出的特點。
3結論
關鍵詞環境專家系統廢物最少化
專家系統(ES)是人工智能(AI)的一個分支，產生于60年代中期。專家系統是一個(或一組)能在某特定領域內，以專家水平去解決領域中困難問題的計算機程序(黃可鳴1988，陳世福等1988，Waterman1986)．國外環境專家系統的研究起步較晚，但發展較快。就美國環境專家系統的發展狀況而言(白乃彬1993)，1985年前尚無環境專家系統，然而最近幾年發展很快，環境各個領域都出現了專家系統，實用性強是它們的共同特點。從應用功能來分，有以下類型：評價、預測、診斷、設計、管理、教育和生產控制等，其中大部分是環境評價專家系統。國內環境專家系統的研究從1987年開始，目前已有城市環境噪聲防治、城市污水處理、水資源保護、區域大氣環境質量評價等方面的專家系統。本文首次報道廢物最少化專家系統的研究成果。
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。美國國家環境局對廢物最少化的定義是：在可行的范圍內，減少產生的或隨之貯存、處理、處置的有害廢物量。廢物最少化制度將環保部門通常使用的逆向反饋控制模式與生產部門通常采用的正向控制模式結合起來：它不僅能減少廢物的數量和毒性，進而減少其處理與處置成本，而且希望能減少生產成本、提高生產率和產品質量，增加企業收入。廢物最少化以系統眼光分析解決問題，不僅僅著眼于生產過程或廢物的處理過程，而從產前、產中、產后全過程入手。因此，廢物最少化所處理的問題應是如何在企業產前、產中、產后的生產全過程中減少廢物的數量、降低廢物的毒性。
2廢物最少化專家系統的設計原則
2.1實用性
建立廢物最少化專家系統是為企業的生產管理、環境管理提供技術咨詢服務的，系統是否實用是系統成敗的一個重要標志。因此設計人員要緊密結合行業生產特點來設計系統的功能，系統設計的每一個階段都應與該行業緊密結合，并取得行業專家的配合。
2.2系統性
用系統工程方法，對廢物最少化專家系統進行全面的系統分析。廢物最少化強調的是企業生產的全過程，應系統分析企業生產的各個環節，明確削減廢物的可能性及可行性，確定系統在各個環節的功能目標和作用界面。
2.3領域專家與知識工程師相結合
對于一般的計算機應用系統來說，系統處理問題所使用的知識比較簡單、數量也較少。程序設計人員同時扮演著領域專家及知識工程師的角色。對于專家系統來說，情況則大不相同。一方面專家系統要達到領域專家的水平，就必須掌握領域專家處理問題時所使用的大量專門知識，特別是經驗知識，另一方面專家系統是一種很復雜的計算機程序，開發一個專家系統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的開發必須是知識工程師、行業專家與環境管理專家密切合作、共同努力的過程。
2.4面向用戶
系統的開發應貫穿為用戶服務的宗旨，針對企業現有條件及存在的問題，提出切實可行的廢物最少化方案。系統應有較好的用戶界面，為增強用戶對系統信心，系統應具有良好的解釋功能，以增加系統的透明度，提高系統的可接受性。
2.5知識庫與推理機相分離
這是一般專家系統設計的基本原則，只有知識庫與推理機相分離，才能實現解釋功能和知識獲取功能。
2.6盡量使用統一的知識表示方法
這就便于對系統中的知識統一處理、解釋和管理，從而使專家系統的實現工作相對簡化。
3廢物最少化專家系統的結構設計
廢物最少化專家系統是全國范圍內推廣廢物最少化技術的有效手段，將為企業提供涉及廢物最少化技術的遠程、即時咨詢服務。系統開發堅持貫穿廢物最少化的綜合設計思想。從企業診斷及技術經濟分析著手，建立廢物最少化專家系統
3.1知識庫
用以存放廢物最少化技術的專門知識，由規則集及事實組成。因為專家系統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性能是否優越的關鍵因素。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．耍選擇合適的數據結構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數據庫
反映具體問題在當前水解狀態下的符號或事實的集合，它由問題的有關初始數據和系統求解期間所產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據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，以修改數據庫直至最終得出問題的求解結果。推理的控制策略常用的有數據驅動的正向推理方式、目標驅動的逆向推理方式和正向與逆向結合的混合推理方式3種。本設計采用目標驅動的逆向推理方式。由于實際問題的證據和知識庫中的知識常常含有不精確成份，因此推理應具有不精確推理功能。
3.4解釋器
回答用戶對系統的提問，對系統得出結論的求解過程或系統的當前求解狀態提供說明。
3.5人機接口
將專家和用戶的輸入信息翻譯成系統可接受的內部形式，同時把系統向專家或用戶的輸出信息轉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可用的形式，是專家系統開發中的主要瓶頸之一。專家系統的主要知識源是領域專家。由于領域專家的知識絕大部分是啟發性知識，這些知識多來源于經驗，沒有正確性保障，一般不會寫入教科書或其它專業書籍中。另一方面，對于行業專家和環境管理專家來說，專家系統是一種新鮮事物，他們并不真正了解構造專家系統需要什么知識、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造專家系統的要求。因此，在知識獲取過程中，必須長時間同領域專家一起工作，通常要與領域專家進行一系列深入的系統的面談，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、經驗及規則。例如，對于鍍鉻行業廢物最少化專家系統而言，廢物最少化技術涉及到配方工藝、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、環境管理專家進行深入、細致的面談，確定各個環節所需要的概念及各種概念之間的關系，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，臺規則表示、框架表示和語義網絡表示等。當用于表示在某領域中多年解決問題積累的經驗知識時，用規則表示方式是很合適的。規則用IF桾HEN語句表示。對于鍍鉻行業廢物最少化專家系統。我們整理了21條規則，該知識庫是一個多目標知識庫。
5系統的建立
由于專家系統開發工具具有縮短系統開發周期、提高工作效率等優點，我們以系統性能及人機接口較好的M．1專家系統開發工具建立鍍鉻行業廢物最少化專家系統。
6結語
a廢物最少化專家系統的開發具有明顯的現實意義：能及時有效地利用專家知識和經驗，避免了專家個人原因無法提供咨詢服務的困難；易于普及專家知識，可以在更大范圍內推廣廢物最少化技術和經驗；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新研究；為用戶提供靈活的建議，用戶可以根據該建議所基于的系統推理過程自行決定接受建議與否。
b專家系統開發工具能縮短系統開發周期、提高工作效率。由于每種人工智能基本技術都有一定的局限性，所以用這些技術實現的各種專家系統開發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開發的專家系統開發工具，實踐證明，用M．1建立廢物最少化專家系統是合適的。
c廢物最少化專家系統的開發是一個長期的過程，是系統不斷修改、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、動態的概念，廢物最少化技術處于不斷完善之中；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的運行結果，不斷修改、完善知識庫。
d環境專家系統是繼環境數據庫、環境管理信息系統之后出現的解決環境問題有用工具之一。是環境決策支持系統的重要組成部分，值得做深入的研究。
參考文獻
1白乃彬．環境專家系統進展．環境科學．1993，14(1)：49?2
摘要從信息溝通的角度分析了科技成果產業化程度不高的原因，提出了在科技成果轉化的不同階段如何通過加強信息溝通來促進科技成果產業化，探討構建以市場為導向、以研究為基礎、以產品為紐帶、以產業化為目的的科技成果轉化新模式。
關鍵詞科技成果產業化信息溝通轉化模式
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節組成，一是科技創新能力，一是技術傳播與轉化能力。
1現狀分析
我國每年都取得數以萬計的科技成果，其中高校科技成果每年就達3萬多項，但轉化率卻不到20%、專利實施率不到15%，而發達國家高達70%、80%。同時，在為國民經濟發展做貢獻方面與發達國家相比，也存在相當大差距。據有關資料報道，我國高校科技成果轉化后，能為企業產生經濟效益的只占被轉化成果的30%，而真正形成產業的還不到5%。國家知識產權局2003年對高校和科研機構知識產權工作的調查資料顯示，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，但成果轉化情況令人擔憂的現狀，這樣勢必影響到技術進步。面對國際經濟、科技競爭的嚴峻挑戰和人口多、底子薄、人均資源相對短缺的國情，加快實現科技成果的快速而有效的轉化和產業化，是促進科技進步的重要環節，也是有效落實科學發展觀的具體體現。
國家對科技成果產業化耗資巨大并出臺了許多優惠政策，但收效與期望相差甚遠。問題的癥結在于“基礎理論研究、工程研究、產業化運作實施”三者嚴重脫節，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科技成果轉化難的原因
科技成果轉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業鏈之間缺乏有機的聯系，科技成果與產業化之間缺乏有效的信息溝通。一方面高校對企業的科技成果需求不甚了解，而企業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讓給企業得不到應有回報，而企業則擔心高校的科技成果能否帶來經濟效益。
作為理論研究一方的高校，是產學研的源泉，它承受科技創新風險，而不承擔經濟生存風險，否則它無法全身心地進行創造性研究。創造性是形成產學研源泉的第一動力，它與高校科研技術源源不斷地創新與重組、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。
作為企業投資方，是產學研的主體。它需要不斷獲得新的適應市場需求的成熟產品，利用其資金雄厚、擁有各類生產、管理、經濟、法律等人才資源，在承擔市場風險、效益風險、人員組織風險和產業化投資風險的同時，將技術導向風險與產品定位風險轉加給了產品研制者。
作為產品研制者，是產學研的紐帶與橋梁。他們承受著經濟與生存風險，以生存需求確定技術向產品轉化的內容。在這樣的生存壓力下，他們必須使創造性服從于實用性，因此不能要求他承受科研風險，因而他只能把科研風險轉向高校，否則他們無法長久持續地進行技術向產品的轉化，從而中斷了產學研的紐帶。
由于科研開發規律與產業經濟規律間的矛盾，科研工作者只能不問經濟效益，在國家經費的支持下致力于創新活動，科研成果大多只能走到鑒定就宣告結題，然后再度進入“申請經費科研鑒定”的循環。企業只能在原有產品中發展，難以推出滿足市場的新產品，期盼高新技術產品卻尋路無門。而在科研成果與產業化實施之間起著橋梁作用的工程技術人員，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市場需求等原因，很難找到適合的產品進行開發，最后導致科技人才的流失，使科技成果與實施產業化間的溝通更加不暢。
出現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，開發人員考慮如何獲得開發經費，并不真正關心產品。企業關心產品，但卻難以得到適合市場的產品；二是信息不通暢。有的企業希望投資，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品轉換，即使最終實現結合，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；三是沒有利益驅動機制。產學研三者的利益脫節，沒有構成閉合回路，形成不了良性循環的長效機制。因此，加強信息溝通，建立以市場為導向、以共同利益為驅動的科技成果產業化的長效運行體制和機制，使產學研一體化，是促進科技成果轉化的關鍵所在。
3信息溝通在科技成果產業化不同階段的作用方式
第一階段：完成原理性開發——形成科研成果。一般情況下，研發工作在高校中獨立進行，企業很少參與，其結果是產生實驗室成果。加強此環節的信息溝通，可以增強知識生產的創新活力，為科技成果轉化增強針對性。信息溝通的先導性作用方式表現在對研究領域的深刻了解和對企業市場迫切需求的掌握，需要研發者和技術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——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場環境適應性、性能可靠性及生產加工工藝性等方面的問題，要勇于在技術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業化的關鍵。需要科研人員與企業的交流、合作，其目標是通過有效地交流使兩者對技術的功能和評價達成某種共識；使技術的潛在使用者能夠采納或比較了解該技術。
【摘要】電控發動機在結構和功能上均有了較大的改進。主要有:(1)結構的層次性、復雜性從系統論的觀點,電控發動機是由有限個“元素”通過各種“聯系”構成的多層次系統。(2)功能控制的集中性。電控發動機系統主要由電控燃油噴射系統、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等子系統組成,電控燃油噴射系統又包括了燃油系統、進氣系統和電控系統三個組成部分。其中電控系統作為整個發動機系統的控制核心,用來協調各平行和上級系統的工作。發動機電控系統其結構的層次性、復雜性,其控制功能的集中性,導致其故障表現形式的多樣性、復雜性。
【關鍵詞】電控發動機故障分析
電控發動機系統主要由電控燃油噴射系統、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等子系統組成。其中電控系統作為整個發動機系統的控制核心,用來協調各平行和上級系統的工作。
1發動機電控系統的組成
電控燃油噴射系統由三個系統組成:燃油系統、進氣系統和電控系統。
1.1燃油系統
燃油系統的功能是向汽缸或進氣管噴射燃燒時所需的燃油量。燃油從燃油箱內由電動汽油泵吸出,經汽油濾清器后,再由壓力調節器加壓,將壓力調節到比進氣管壓力高出約250Kpa(2.55kgf/cm2)壓力,然后經輸油管配送給噴油器和冷起動噴油器,噴油器根據電控單元ECU發來的脈沖信號,把適量燃油噴射到氣缸內。
1.2進氣系統
進氣系統為發動機可燃混合氣的形成提供必須的空氣。空氣經過空氣濾清器、空氣流量計、節氣門體、進氣總管、進氣岐管進入氣缸。節氣門全閉,發動機在怠速工況下運行時,空氣經旁通氣道直接進入進氣岐管。
1.3電控系統
電控系統是電控單元根據傳感器檢測到的發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,從而控制發動機在最佳工況下的運轉。
與傳統的化油器式發動機相比,電控發動機在結構和功能上均有了較大的改進。主要有:
(1)結構的層次性、復雜性從系統論的觀點,電控發動機是由有限個“元素”通過各種“聯系”構成的多層次系統。“聯系”可分為:結構類、功能類、傳感器測點類,各自均有一定的層次性,包括頂級即電控發動機本身,分系統級由電控系、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的控制來協調各子系統,完成發動機總體功能,各子系統的功能又是由各自部件的功能相協調來實現的,各部件的功能又需要通過各元件的協調來實現。
(2)功能控制的集中性隨著電子技術的飛速發展,電子控制單元采用了數字電路及大規模集成電路,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相關的各種控制器,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一個,這就是集中控制系統。
汽車發動機電控系統的主要部件有:電子控制單元(ECU)、空氣流量計、節流閥體、發動機轉速傳感器等,其中節流閥體又包括:節氣門電位計、怠速節氣門電位計、怠速開關、怠速調節電機等。從控制原理來看,發動機電子控制系統可以簡化為傳感器、電子控制單元(ECU)和執行器三大組成部分。傳感器是感知信息的部件,功用是采集控制系統的信號并轉換成電信號輸送給ECU,以提供汽車運行狀況和發動機工況等相關信息。ECU接收來自傳感器的信息,進行存儲、計算和分析處理后發出響應的控制指令給執行器。執行器即執行元件,其功用是執行ECU的專項指令,從而完成控制目的。
2發動機電控系統的故障分析
發動機電控系統其結構的層次性、復雜性,其控制功能的集中性,導致其故障表現形式的多樣性、復雜性。主要表現有:
(1)多維層次性對電控發動機而言,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,子系統又由各部件與元件構成。同樣,其按功能也可劃分為若干個層級。因而發動機電控系統的故障原因與故障征兆也相應與不同的結構層級、功能層級以及傳感器測點類相關聯。
(2)傳播性發動機電控系統故障傳播方式有兩種:橫向傳播,例如電控系系統內某一傳感器故障可引起電控系內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—子系統故障—系統故障。因此微小的故障如不及時發現和排除會造成嚴重的后果。
(3)相關性某一故障可能對應若干征兆;某一征兆也可能對應若干故障。它們之間存在著錯綜復雜的關系。
(4)時間性發動機電控系統故障產生與表現常常與時間有關,這是由于發動機運轉的動態性所決定的,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異常,例如發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】電控發動機在結構和功能上均有了較大的改進。主要有:(1)結構的層次性、復雜性從系統論的觀點,電控發動機是由有限個“元素”通過各種“聯系”構成的多層次系統。(2)功能控制的集中性。電控發動機系統主要由電控燃油噴射系統、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等子系統組成,電控燃油噴射系統又包括了燃油系統、進氣系統和電控系統三個組成部分。其中電控系統作為整個發動機系統的控制核心,用來協調各平行和上級系統的工作。發動機電控系統其結構的層次性、復雜性,其控制功能的集中性,導致其故障表現形式的多樣性、復雜性。
【關鍵詞】電控發動機故障分析
電控發動機系統主要由電控燃油噴射系統、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等子系統組成。其中電控系統作為整個發動機系統的控制核心,用來協調各平行和上級系統的工作。
1發動機電控系統的組成
電控燃油噴射系統由三個系統組成:燃油系統、進氣系統和電控系統。
1.1燃油系統
燃油系統的功能是向汽缸或進氣管噴射燃燒時所需的燃油量。燃油從燃油箱內由電動汽油泵吸出,經汽油濾清器后,再由壓力調節器加壓,將壓力調節到比進氣管壓力高出約250Kpa(2.55kgf/cm2)壓力,然后經輸油管配送給噴油器和冷起動噴油器,噴油器根據電控單元ECU發來的脈沖信號,把適量燃油噴射到氣缸內。如圖2.1所示。
1.2進氣系統
進氣系統為發動機可燃混合氣的形成提供必須的空氣。空氣經過空氣濾清器、空氣流量計、節氣門體、進氣總管、進氣岐管進入氣缸。節氣門全閉,發動機在怠速工況下運行時,空氣經旁通氣道直接進入進氣岐管。
1.3電控系統
電控系統是電控單元根據傳感器檢測到的發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,從而控制發動機在最佳工況下的運轉。
與傳統的化油器式發動機相比,電控發動機在結構和功能上均有了較大的改進。主要有:
(1)結構的層次性、復雜性從系統論的觀點,電控發動機是由有限個“元素”通過各種“聯系”構成的多層次系統。“聯系”可分為:結構類、功能類、傳感器測點類,各自均有一定的層次性,包括頂級即電控發動機本身,分系統級由電控系、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的控制來協調各子系統,完成發動機總體功能,各子系統的功能又是由各自部件的功能相協調來實現的,各部件的功能又需要通過各元件的協調來實現。
(2)功能控制的集中性隨著電子技術的飛速發展,電子控制單元采用了數字電路及大規模集成電路,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相關的各種控制器,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一個,這就是集中控制系統。
汽車發動機電控系統的主要部件有:電子控制單元(ECU)、空氣流量計、節流閥體、發動機轉速傳感器等,其中節流閥體又包括:節氣門電位計、怠速節氣門電位計、怠速開關、怠速調節電機等。從控制原理來看,發動機電子控制系統可以簡化為傳感器、電子控制單元(ECU)和執行器三大組成部分。傳感器是感知信息的部件,功用是采集控制系統的信號并轉換成電信號輸送給ECU,以提供汽車運行狀況和發動機工況等相關信息。ECU接收來自傳感器的信息,進行存儲、計算和分析處理后發出響應的控制指令給執行器。執行器即執行元件,其功用是執行ECU的專項指令,從而完成控制目的。
2發動機電控系統的故障分析
發動機電控系統其結構的層次性、復雜性,其控制功能的集中性,導致其故障表現形式的多樣性、復雜性。主要表現有:
(1)多維層次性對電控發動機而言,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,子系統又由各部件與元件構成。同樣,其按功能也可劃分為若干個層級。因而發動機電控系統的故障原因與故障征兆也相應與不同的結構層級、功能層級以及傳感器測點類相關聯。
(2)傳播性發動機電控系統故障傳播方式有兩種:橫向傳播,例如電控系系統內某一傳感器故障可引起電控系內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—子系統故障—系統故障。因此微小的故障如不及時發現和排除會造成嚴重的后果。
(3)相關性某一故障可能對應若干征兆;某一征兆也可能對應若干故障。它們之間存在著錯綜復雜的關系。
(4)時間性發動機電控系統故障產生與表現常常與時間有關,這是由于發動機運轉的動態性所決定的,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異常,例如發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，是當前科學技術中正在迅速發展、新思想、新觀點、新理論、新技術不斷涌現的一個學科，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、神經生理學、系統論、信息論、控制論、計算機科學、數學等[1]。當前人工智能已經是很多高校計算機相關專業的必修課程，它是計算機科學與技術學科類各專業重要的基礎課程，其教學內容主要包括自然語言理解、計算智能技術、問題求解和搜索算法、知識表示和推理機制、專家系統和機器學習等，國內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，具有內容抽象、理論性強、知識點多等特點，且算法復雜，但是多數高校采用的教學方式仍是傳統的課堂教學方式，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量和效果無法達到預期，甚至學生還會產生厭學心理。針對人工智能課程中現有的各項問題，本文作者結合自身豐富人工智能教學實踐經驗，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了人工智能，包括教學內容、教材選擇、教學方法和考核形式等。
1 教學內容優化與更新
人工智能是一門嶄新的學科。開設本課程首先是確定教學內容。通常來講，人工智能學科的內容包括兩個部分，具體：一是知識表示和推理；二是人工智能的應用。前者是人工智能的重要基礎，后者主要介紹了幾種人工智能應用系統，包括自動規劃和機器視覺、機器學習、專家系統等。另外，課程內容中還包括了一些人工智能應用的實例，將實踐和理論緊密結合起來[3]。
隨著時代的發展和科技的進步，人工智能學科也取得了較大發展。基于此，人工智能學科也應該與時俱進，更新人工智能教學大綱，進一步完善其教學內容。修訂后的人工智能教學大綱將人工智能分成兩個部分，即基礎部分和擴展應用部分。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、自動規劃、機器學習、知識工程等。
教學內容的選擇和確定應綜合考慮多項因素，不僅要重視基礎知識，也應注意推陳出新，隨著科技的進步做到與時俱進，同時教學內容應符合現實的需求，能夠與社會接軌，將理論和實踐緊密結合起來，只有這樣人工智能課程的教學質量和效果才能事半功倍。
2 教學策略及教學方法的改革創新
由于人工智能課程具有算法復雜、內容抽象、理論性強、 知識點多的特點，傳統的教學模式已經無法滿足人工智能課程的需求，教師應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量和教學效果。具體的改革和創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 激發學生的學習興趣 無論是經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的發展而深深感動，與此同時教師讓學生思考和談論人工智能是什么？研究人工智能的意義在哪里？實踐發現，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、以能力培養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學生認知的興趣，引導學生對將要學習的內容產生注意，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；教師將提前設計好的一題多解的教學案例以及收集的相關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用案例進行討論，能有效地啟發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注意對學生進行個性化教學，結合學生特點因材施教。比如，在日常教學中多觀察學生情況，鼓勵那些應對教學任務后仍存在余力的W生深入探索較深層次的課程及相關知識，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，鼓勵學生發散性思考問題，鼓勵優秀學生進行深一步的探討，并且教師應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表文章的形式轉化為成果。
2.4 注重綜合能力培養 在研究型教學中任務驅動是一種常用的教學方法，其中心導向是任務，學生在完成任務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：教師提出任務師生共同分析以得出完成任務的方法和步驟適當講解或自學、協作學習完成任務交流和總結。”[3]該教學模式不僅有利于培養學生的創新能力和創新意識，還能夠培養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作的方式進行，教師給出研究范圍，學生自愿結組并選擇具體的題目，經過分析和討論后以程序設計或者論文的形式協作完成研究。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作能力，對于學生團隊合作精神的培養至關重要，且在完成任務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新能力勢必會得到提升。
2.5 采用啟發式教學 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有意識的就課程內容提出相關問題，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，啟發學生思考“遺傳”、“變異”和“選擇”的實現，最后師生一起導出遺傳算法用于優化計算的基本步驟。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 作業和考核方式的改革創新
過去的課程作業都是單一書面習題作業，發展至今，課程作業形式已經發生了變化，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等。其中通過網絡就可以完成上交作業，并且教師批閱作業后也可以通過網絡返回給學生，實現了網絡化。課程的考核方式較之以前也發生了較大變化，加強了平時思維能力的考核，更加注重學生實驗能力和動手能力的培養，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，有利于課程教學質量的提升。
4 結束語
本文是以提高教學質量為目標，結合教學實踐，從教學體系、教學內容、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始終保持對教學內容的不斷更新、教學方法的多樣化，才能激發學生的學習興趣，培養他們的思維創新和技術創新的能力，最終提高本課程的教學質量。從學生的反饋來看，作者所總結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，今后將繼續在教學過程中不斷總結成功的經驗，吸取失敗的教訓。
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關鍵詞 g因素，智力開發，智力結構，要素開發，結構開發。
分類號 B848.5
1 智力開發模式的基本類型
智力研究不僅發現了對智力個體差異有較好解釋力的g因素，而且還發現了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理念。根據對g因素性質和內容的理解以及重點開發內容，可以將智力開發活動劃分為：神經潛能開發，心理管理與反省經驗開發，專家技能開發，多元智力開發，社會分布式認知開發，知識表征重組開發，環境重組開發。
1.1 神經潛能開發模式
神經潛能開發模式認為智慧行為原因在生理層面，智力開發的根本在于提高神經活效率，促進神經系統成熟。其理念與一系列從神經層面論述智力并解釋智力個體差異理論有關。詹森認為智力就是神經效能，神經效能的指標有神經傳遞信息的速度、神經加工信息的容量以及神經層面對信息的保持時間[2~4]，Dennis Garlick認為是神經活動的可塑性就是g，而可塑性的質量決定于軸突和樹突之間的神經網絡質量，網絡形成與環境和成熟有關[5]。Schafer和Neubauer等人的研究發現智力個體差異與皮質神經活動的習慣化和去習慣化的適應質量有關[6]。而對神經活動與行為和環境關系的論述成為神經潛能開發的主要理論來源：Deary, Stough認為基本神經加工效能與檢測反映時存在負相關，通過時間累積效應形成智力行為水平的差異[7,8]；環境刺激的豐富程度影響神經元網絡結構的發育；大腦的生化機制中發現一些生化物質與行為的活動水平關系密切[9]；認知方式的差異與大腦的活動部位和活動水平有關，大腦是高度分化又高度整合的機能系統，其發展與含有特定刺激的活動有密切關系；刺激的操作以及反饋對神經系統功能和結構具有塑造作用；早期經驗影響著后來的神經通路發展，大腦在生命的早期經歷一個不斷成熟的過程[10]，選擇性刺激和某些神經團的放大有助于確定皮層區域，有助于形成神經環路和神經團，恰當的刺激和行為活動有助于神經系統發育，從而提高智力活動的行為水平。
神經潛能智力開發模式主張對智力進行早期開發、早期教育，注重關鍵期內智力的充分發展；提供特定的材料和活動對神經活動系統進行刺激喚醒，形成高效率的神經活動狀態，為后續的智力活動提供神經層面的最佳準備狀態。較有代表性的開發實踐有Abecedarian Project早期干預[11]和國內的吳天敏[12]等人所作的動腦筋訓練以及中國傳統的調息訓練，從更為廣泛意義上來說，早期教育的意義就在于促進神經系統機能的提高。
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、學習和游戲活動，但是特別干預了語言發展，結果發現試驗組兒童取得較好的認知分數；對進入小學后的危機兒童，進行了家庭和學校聯系的干預，干預內容包括了學習成就和在學校和家庭中的行為報告，以此創建一種家庭和學校之間相互合作和信任的氛圍，結果發現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。這就說明言語發展計劃對于危機兒童的智力發展是有效的，干預效果會隨著時間的累積而增加，錯過了某些智力發展關鍵期的干預其成效是較低的，或者是無效的。
國內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系統機能，智力行為是神經系統機能的外顯，改善神經系統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，提高神經系統功能，達到開發智力的目的。其智力開發效果得到顯著提高的實驗結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，潛能與環境之間是相互作用的，而且相互作用的形式和內容是復雜的。很多因素與智力提高關系密切。發展心理學對智力的認知發展研究表明：同伴關系、親子關系、養育方式等都影響著認知的發展。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效能功能改變，也可能是經驗的原因或者其他心理機能與認知機能聯系的改善導致了智力水平的提高。
盡管特定神經團轉化為某一行為的具體機制還不清楚，分離神經層面的開發效果、確定具有開發某些腦機能區域的刺激序列還相當困難，但從智力神經生物基礎上考慮智力開發的思路卻與心理是腦的機能這一原理是吻合的。
1.2 心理管理與反省經驗開發模式
心理管理與反省經驗開發模式認為智力是由基本的認知結構單元加工[13,14]和可控制的加工構成[15,16]，前者相當于具有相對穩定性能的硬件加工，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下的軟件加工過程，中央控制管理系統功能可以通過優化控制管理過程實現。其理念來源有兩個：一是對工作記憶的中央控制系統與智力水平的相關研究，主要有Kyllonen, Christal的研究發現工作記憶對智力個別差異的相關較高，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系研究中發現：需要工作記憶的中央執行控制參與的任務比存儲和加工任務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。
心理管理和反省經驗的開發模式主張對元認知策略進行開發，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[21]；Meeker(1969)的視覺的封閉性，相似判斷，言語關系的理解，分析能力，推理能力，演繹和歸納推理能力，決策能力的開發[22]；意在培養推理類比形成假設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、自己設問的方法進行閱讀、數學問題解決、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，在此之后進行環境支持系統的建設，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分布，在不同能力水平的個體之間的學習經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，其內容包括了預習、計劃、檢查、反饋等各個環節，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構以及群體間的對比研究的重要結論具有一致性：執行控制功能是智力活動過程和不同群體之間相互區別的重要成分。
1.3 專家技能開發模式
專家技能開發模式認為智力是由經驗知識組成，智力活動受到知識和經驗的調節，專家的知識和經驗對于特定智力行為有更為重要的意義，專家知識技能系統是智力的基本構成部分，認知成分的基本性能受到特定的知識和經驗的調節，智力開發主要任務是形成專家知識技能系統。專家知識是一個持續不斷地獲得、消化吸收有利于生活的技能系統[25]。Sternbergr認為智力實際上是一個不斷發展的專家系統，這個專家系統包括了思維技能、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驗的組織過程、晶體智力等研究都是專家技能開發模式重要理論依據。
專家知識技能培養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則的問題過程中，向專家一樣有較多的反省性監控，對注意資源的較多的調節，對更多的有意義的深層次的信息給予關注，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，對任務性質和難度等進行判斷，對過程進行調整、對過程提出問題并不斷對進行自我評價。領域特殊性的專家技能開發模式主張要形成特定領域的知識技能系統，而不是領域普遍性的知識技能的開發。較為有代表性的有Schoenfeld和Herrmann的數學解題技能培養[27]，Williams和Sternberg等人的實踐智力開發等[28]。這些模式首先是進行專家加工系統的調查，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模式
社會分布式開發模式認為智力活動是社會性的、情景性的，智力發展是在情景中發展的，特別是在文化情景中發展起來的，維持和實現智力潛能的關鍵是支持性的社會文化結構，認知結構的社會性建構是知識技能發展的重要原因。這個理念來源于維列魯學派的心理發展理論、Ceci的智力功能的情景發展理論以及社會建構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構和過程。
社會分布式智力開發模式主張建立個體與文化環境良性互動關系，以此來開發和提高智力。文化包括物質層面的文化，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、態度等傾向性和敏感性方面具有重要的作用。在實際開發上主要通過文化環境的建構，使個體處于認知結構的社會性建構活動中，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節和控制能力，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理論為基礎的計算機支持的創造性學習環境干預[31]。
在社會分布式認知開發模式中，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 多元智力開發模式
多元智力開發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和加工過程，每一個社會活動領域都需要幾種智力參與，任何領域技能都反映了不同的智力，個體可以通過不同符號系統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展，因此智力的開發應該關注處理與能力傾向的交互作用，任何領域的智力開發可以從多項智力入手，憑借不同符號系統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、創造性智力和實踐性智力，這三種智力在言語、形象、數字、操作領域中都是存在的，不同的智力其有效開發方式是不同的。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，發現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展。
1.6 知識表征重組開發模式
知識表征重組開發模式認為知識成分在智力活動起到模式性調節作用，適應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境的錯誤認識等關系密切，對這些知識重組和改造，形成良好的適應性模式，是智力開發的主要內容。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節作用、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信息的理解、解釋和預測[35]，不良的樸素智力理論會產生不良的智力行為適應模式。代表性的研究有Perkins的不良程序性知識驅動的四種不適應性認知模式，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隱理論是智力開發模式的主要任務。有關的開發實踐常見于在教育領域內學習策略訓練和學法指導。這方面的開發包括了記憶策略、注意策略、思維策略、創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 環境重組開發模式
環境重組開發觀點認為智力是適應環境的主要機制，環境會對適應機制提出不同的挑戰和機遇，要求復雜程度和方式不同的智力活動，其結果導致了智力水平和典型智力活動方式差異，通過改變環境以及對智力認識也可以提高智力。其理念與對環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論是一致的。對Flynn Effect的研究表明：改善環境有助于提高智力功能水平，Howard對120年的國際象棋發展研究表明：國際象棋能力水平提高與環境不斷改善聯系緊密[38]，Blair認為該效應與兒童個體的早期教育的提前有關，數學教育環境和正規教育的發展促進了神經系統的發育，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現，不同生態環境壓力可產生了相異的生產生活方式，結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境之間的關系研究也說明了環境與智力之間的復雜關系[40]。
環境重組模式一方面是通過直接改變環境特征來實現，另一方面也可以通過改變個體與環境的關系狀態來實現環境的塑造，前者是通過提供更有利于個體的環境刺激來實現智力開發，本質上屬于自上而下的數據驅動加工來實現，后一種是通過改變個體對環境的認識來改變個體對環境行為反應進而影響個體智力，本質上屬于概念驅動。這兩種改變實質上是通過改善個體在環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)的有關研究表明學習者中只有很少的一部分人對物理環境進行改變，而大部分學習者對環境選擇了保持現狀的行為，Salomon(1993)的研究表明，學習者經常把自己看作是信息的容器，他們認為環境是靜止不變的，他們對環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量[41]。這方面的開發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環境的敏感性和傾向性方面，環境重組的開發模式必將有更大的潛力。
眾多的智力開發實踐表明了智力并不是一個穩定不變的功能性結構，觀察到的或者表現出來的只是冰山的一角，還有一部分處于潛在的狀態，只要條件充分，開發方法得當，處于潛在狀態的智力是可以轉化為現實的智力。
2 智力開發的一些反思
從已有的研究來看，智力開發模式也存在一些問題:
第一，智力開發模式的分化研究有余，而整合不足。智力開發模式是以g因素的研究為主線，以特定層面的智力結構為基礎，著眼于某一個特定的要素進行開發，缺乏對多個層面的要素的整合開發的思考。
第二，智力開發理論和實踐研究落后于基礎理論研究。智力基礎理論是關于智力活動的基本規律的系統化認識，而智力開發理論則是關于發展智力的活動中的規律性內容的系統化認識，前者重在揭示智力活動的機制，后者重在揭示發展智力的活動機制。智力基礎理論研究已經從單一的認知領域向人格、意識領域不斷的拓展，非認知結構對認知結構、環境與認知、文化與認知是密切聯系的，Gignac（2004）[42]和Luciano（2004）[43]等有關研究表明了智力活動同人格聯系密切，Koriat和Levy-Sadot發現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相聯系的[44]，這些研究成果都有待進一步為智力開發消化和吸收。
第三，關于特定群體的智力結構開發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構基礎上的智力結構模式的差異，針對不同群體的智力結構模式特點的智力開發模式研究，特別是對正常人群不同群體的智力開發模式還遠遠不夠。
隨著對g因素的局部心理機能和各個心理機能關系以及智力與環境關系、智力與人格關系的深入研究，未來的智力開發活動方案仍然會在局部要素開發上繼續深化，但是也會在深入了解環境與認知的關系、認知與人格的關系、文化與智力適應關系、認知與樸素認識關系基礎上出現整合的開發模式。然而，這需要有幾個轉變：
第一，g研究要由較為封閉認知系統向開放性認知系統轉變。智力結構與其他心理結構、智力結構與內部世界和外部世界、生理系統相互聯系，因此，應還整體心理活動背景和外部環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、時變的系統論思維轉變。要對智力系統在外部環境輸入的條件下，內部的各個要素之間的序對關系的漲落變化進行系統思維，從整體上考察要素開發在多變量的、時變的、非線性變化中的地位與作用，真正做到有序、協調、可持續開發。
第三，由獲得心理工具開發模式向獲得工具和形成使用工具意愿并重開發模式轉變。智力開發的終極目的不僅使個體獲得有效的適應環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、理性和非理性的關系，把智力開發與動機激發和培養相融合，這將有助于實現有效性和意愿性的統一。
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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，您已經研究了幾十年的信息科學。《信息科學原理》一書已經重印到第五版。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、以信息運動規律為研究內容、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律為研究內容的，研究內容既不專指計算，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容將有很大的區別。這對于一線信息技術教師來說，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容是什么？它對于整個社會能發揮什么作用？
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（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”（而不是物質和能量）。
它的核心內容就是研究“信息運動規律，即信息-知識-智能轉換的規律”。
世間一切物質的運動都會產生信息。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：我記得您曾經講過信息分成主客體關系，那么我們理解基本模型與簡化模型也是一步步地發展出來的。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容。技術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用技術，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上形成的一類學科。它不是以客觀世界的某種物質結構及其運動形式為研究對象，而是從許多物質結構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域甚至一切領域。所以，信息科學家、信息技術專家會有自己的領域，但會在共同的信息方向有突出貢獻。
如香農（Shannon）在1948年發表了論文“通信的數學理論”，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《一般系統論》，建立了系統論。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的開拓者，閔斯基（Minsky）對人工神經網絡和認知理論有突出的貢獻，查德（Zadeh）創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的學術機構而沒有專門的信息科學的學術機構，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的迅猛發展，確實出現了不少在信息科學技術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”，那么它一定在發展，甚至是快速發展。您認為信息科學主要研究的方向與進展如何？現階段出現了什么樣的困難？
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當是信息科學的基礎理論，研究信息的基本運動規律。其中包括信息理論、知識理論、智能理論，特別是信息、知識、智能之間的轉換理論（一體化理論）。
經過半個多世紀的研究和探索，我們在這些基礎研究方面取得了可喜的進展，具體表現在：建立了超越與拓展傳統信息論的“全信息理論”，發現了“知識的生態學規律”，創建了“機制模擬的人工智能理論”，實現了“結構主義、功能主義、行為主義人工智能理論”的統一，還創建了“基礎意識―情感―理智三位一體的高等人工智能”，特別值得提到的是，發現了意義重大的“信息轉換與智能創生定律”。
在取得這些進展的過程中，發現物質科學（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是非常復雜的問題，因此現有的數學工具不敷應用，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新研究。這是當前信息科學發展中的“瓶頸”。
武健：信息科學關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應用的方法論。根據這樣的觀點，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從整體到局部，不建議從信息運動中的某一細節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應用層級。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”這種流行了數百年之久而且一直行之有效的傳統科學研究方法論，而是改為運用全新的“信息轉換與智能創生”方法論。
原因是：“分而治之”方法論在把系統分解為若干子系統的時候，必定會丟失各個子系統之間相互聯系相互作用的信息，而這些信息正是復雜信息系統的生命線。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。
“信息轉換與智能創生”方法認為，信息系統是一個生態系統：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。它強調信息、知識、智能（策略）之間的相互聯系和相互作用，強調信息、知識、智能（策略）之間的生態聯系，根據外部世界客體的信息和認識主體的目的，可以通過學習創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（包括虛擬現實）。
武健：在信息科學體系中，您認為這個領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僅僅局限在“信息”范疇，這其實是對信息科學技術嚴重的。經過這樣的信息科學技術的作用，就大大被削弱了。
信息科學最基本的原理則是：信息―知識―智能轉換原理。正確運用這個基本原理，人們就可以在具體的環境中求出解決問題、而且保證實現“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，現代科學與技術有著不可分割的密切關系。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之間有什么關系。您認為兩者有什么樣的區別與聯系？
鐘義信：信息科學與信息技術是一對孿生的概念，信息科學是信息技術的理論基礎，信息技術是信息科學理論的具體實現。兩者相互聯系，相互促進。
武健：很多人認為信息技術就是計算機技術加上網絡技術，信息技術就是能夠用計算機上網。這部分人覺得，信息技術就是信息技術，不是什么“關于信息的技術”。關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應當包含什么內容？
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：信息技術不等于計算機技術和網絡技術，因為這個說法很不全面，忽略了傳感技術，忽略了控制技術，特別是忽略了人工智能技術。
實際上，在以往，關于“信息技術”的概念，確實曾經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“信息技術就是Communication技術”，理由是：信息論就是通信論;也有一些人認為“信息技術就是Computer技術”，理由是：計算機就是用來處理信息的技術。
2C說――認為“信息技術就是Computer+ Communication技術”。
3C說――認為“信息技術就是Computer+ Communication + Control技術”。
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內容，包括實現信息獲取功能的“傳感技術”，實現信息傳遞和策略傳遞功能的“通信技術”，實現信息預處理功能的“計算機技術和存儲技術”，實現信息認知功能和智能決策功能的“人工智能技術”，實現策略執行功能的“控制技術”，以及實現反饋學習和策略優化的“信息系統自組織技術”等。
武健：您認為未來20～30年，信息科技最有意思的發展可能是什么？
鐘義信：根據“科學技術擬人律”，未來20～30年，信息科學技術最有意義的發展將是人工智能技術。
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、擴展傳導神經系統的通信技術、擴展思維器官預處理功能的計算機技術以及擴展效應器官功能的控制技術都是相對而言的技術，擴展思維器官認知功能和決策功能的人工智能技術才是核心技術。目前信息技術已經得到長足的發展（未來當然還會繼續發展），這就為核心信息技術的發展打好了基礎，也產生了需求。因此，未來20～30年間，人工智能科學技術必然成為發展的主導潮流。
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？有沒有哪一部分內容需要在現階段特別強調的？
鐘義信：中小學生絕對應當學習基本的信息科學知識，掌握信息技術的基本能力。當今的時代是信息時代，不學習信息科學技術，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應當遵循“循序漸進”的認知規律和“興趣引導”的教學方法。事實上，信息科學技術本身的發展就是循序漸進的，如圖4所示。
武健：您對中小學的信息科學與技術課程（不等同于計算機課程）有何期望與要求？
鐘義信：根據“信息科學技術”的定義，“計算機科學技術”只是“信息科學技術”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”課程。
中小學的信息科學技術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課程，而應當把它作為“國家信息科學技術教育系統工程”來統籌考慮：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“信息科學技術教育系統工程”的思路，中小學生應當通過“學習最為基礎的信息科學概念”和“掌握最為基本的信息技術能力”形成“最淺層（然而又是準確的）的信息科學技術觀念和濃厚的興趣”。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教育往往需要十多年的工作，而信息科技課程的發展將是長期的。希望您以后能夠經常關注基礎教育中的信息科技課程發展，給我們更多指導。
附錄：
