时间：2023-03-28 14:59:39
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇专家系统论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
关键词环境专家系统废物最少化
专家系统(ES)是人工智能(AI)的一个分支，产生于60年代中期。专家系统是一个(或一组)能在某特定领域内，以专家水平去解决领域中困难问题的计算机程序(黄可鸣1988，陈世福等1988，Waterman1986)．国外环境专家系统的研究起步较晚，但发展较快。就美国环境专家系统的发展状况而言(白乃彬1993)，1985年前尚无环境专家系统，然而最近几年发展很快，环境各个领域都出现了专家系统，实用性强是它们的共同特点。从应用功能来分，有以下类型：评价、预测、诊断、设计、管理、教育和生产控制等，其中大部分是环境评价专家系统。国内环境专家系统的研究从1987年开始，目前已有城市环境噪声防治、城市污水处理、水资源保护、区域大气环境质量评价等方面的专家系统。本文首次报道废物最少化专家系统的研究成果。
1问题界定
废物最少化最早由美国提出，并已在很多国家得到实施。美国国家环境局对废物最少化的定义是：在可行的范围内，减少产生的或随之贮存、处理、处置的有害废物量。废物最少化制度将环保部门通常使用的逆向反馈控制模式与生产部门通常采用的正向控制模式结合起来：它不仅能减少废物的数量和毒性，进而减少其处理与处置成本，而且希望能减少生产成本、提高生产率和产品质量，增加企业收入。废物最少化以系统眼光分析解决问题，不仅仅着眼于生产过程或废物的处理过程，而从产前、产中、产后全过程入手。因此，废物最少化所处理的问题应是如何在企业产前、产中、产后的生产全过程中减少废物的数量、降低废物的毒性。
2废物最少化专家系统的设计原则
2.1实用性
建立废物最少化专家系统是为企业的生产管理、环境管理提供技术咨询服务的，系统是否实用是系统成败的一个重要标志。因此设计人员要紧密结合行业生产特点来设计系统的功能，系统设计的每一个阶段都应与该行业紧密结合，并取得行业专家的配合。
2.2系统性
用系统工程方法，对废物最少化专家系统进行全面的系统分析。废物最少化强调的是企业生产的全过程，应系统分析企业生产的各个环节，明确削减废物的可能性及可行性，确定系统在各个环节的功能目标和作用界面。
2.3领域专家与知识工程师相结合
对于一般的计算机应用系统来说，系统处理问题所使用的知识比较简单、数量也较少。程序设计人员同时扮演着领域专家及知识工程师的角色。对于专家系统来说，情况则大不相同。一方面专家系统要达到领域专家的水平，就必须掌握领域专家处理问题时所使用的大量专门知识，特别是经验知识，另一方面专家系统是一种很复杂的计算机程序，开发一个专家系统需要大量的计算机科学、特别是人工智能和知识工程方面的知识。这就决定了废物最少化专家系统的开发必须是知识工程师、行业专家与环境管理专家密切合作、共同努力的过程。
2.4面向用户
系统的开发应贯穿为用户服务的宗旨，针对企业现有条件及存在的问题，提出切实可行的废物最少化方案。系统应有较好的用户界面，为增强用户对系统信心，系统应具有良好的解释功能，以增加系统的透明度，提高系统的可接受性。
2.5知识库与推理机相分离
这是一般专家系统设计的基本原则，只有知识库与推理机相分离，才能实现解释功能和知识获取功能。
2.6尽量使用统一的知识表示方法
这就便于对系统中的知识统一处理、解释和管理，从而使专家系统的实现工作相对简化。
3废物最少化专家系统的结构设计
废物最少化专家系统是全国范围内推广废物最少化技术的有效手段，将为企业提供涉及废物最少化技术的远程、即时咨询服务。系统开发坚持贯穿废物最少化的综合设计思想。从企业诊断及技术经济分析着手，建立废物最少化专家系统
3.1知识库
用以存放废物最少化技术的专门知识，由规则集及事实组成。因为专家系统的问题求解是运用专家提供的专门知识来模拟专家的思维方式进行的，所以知识是决定一个专家系统性能是否优越的关键因素。知识工程师一方面要频繁地采访专家，从同专家的对话和专家以往处理问题的实例中提取专家知识(称为知识获取)，另一方面．耍选择合适的数据结构把获取的专家知识进行形式化存入知识库中(称为知识表示)。
3.2数据库
反映具体问题在当前水解状态下的符号或事实的集合，它由问题的有关初始数据和系统求解期间所产生的所有中间信息组成。
3.3推理机
在一定的控制策略下针对数据库中的当前问题信息，识别和选取知识库中对当前问题的可用知识进行推理，以修改数据库直至最终得出问题的求解结果。推理的控制策略常用的有数据驱动的正向推理方式、目标驱动的逆向推理方式和正向与逆向结合的混合推理方式3种。本设计采用目标驱动的逆向推理方式。由于实际问题的证据和知识库中的知识常常含有不精确成份，因此推理应具有不精确推理功能。
3.4解释器
回答用户对系统的提问，对系统得出结论的求解过程或系统的当前求解状态提供说明。
3.5人机接口
将专家和用户的输入信息翻译成系统可接受的内部形式，同时把系统向专家或用户的输出信息转换为人类易于理解的形式。
4知识获取及形式化表示
获取知识并把知识表达成专家系统可用的形式，是专家系统开发中的主要瓶颈之一。专家系统的主要知识源是领域专家。由于领域专家的知识绝大部分是启发性知识，这些知识多来源于经验，没有正确性保障，一般不会写入教科书或其它专业书籍中。另一方面，对于行业专家和环境管理专家来说，专家系统是一种新鲜事物，他们并不真正了解构造专家系统需要什么知识、不需要什么知识，所以由他们整理出来的知识往往就能满足构造专家系统的要求。因此，在知识获取过程中，必须长时间同领域专家一起工作，通常要与领域专家进行一系列深入的系统的面谈，从专家对大量实例的分析中获取专家解决问题的思路、知识、经验及规则。例如，对于镀铬行业废物最少化专家系统而言，废物最少化技术涉及到配方工艺、操作工艺、漂洗工艺、铬雾回收工艺、废水处理及无害化工艺等方面，这些方面知识的获取就要与电镀专家、环境管理专家进行深入、细致的面谈，确定各个环节所需要的概念及各种概念之间的关系，同时还需确定问题的控制流程、求解问题的约束条件等。
建立知识库的下一步工作是对获取的知识进行形式化表示。知识表示模式有多种，台规则表示、框架表示和语义网络表示等。当用于表示在某领域中多年解决问题积累的经验知识时，用规则表示方式是很合适的。规则用IF桾HEN语句表示。对于镀铬行业废物最少化专家系统。我们整理了21条规则，该知识库是一个多目标知识库。
5系统的建立
由于专家系统开发工具具有缩短系统开发周期、提高工作效率等优点，我们以系统性能及人机接口较好的M．1专家系统开发工具建立镀铬行业废物最少化专家系统。
6结语
a废物最少化专家系统的开发具有明显的现实意义：能及时有效地利用专家知识和经验，避免了专家个人原因无法提供咨询服务的困难；易于普及专家知识，可以在更大范围内推广废物最少化技术和经验；避免让专家进行雷同的咨询，使专家能够集中精力从事新的创新研究；为用户提供灵活的建议，用户可以根据该建议所基于的系统推理过程自行决定接受建议与否。
b专家系统开发工具能缩短系统开发周期、提高工作效率。由于每种人工智能基本技术都有一定的局限性，所以用这些技术实现的各种专家系统开发工具也不可避免地具有一定的局限性。因此能否选择一个合适的工具是一项重要的工作。M．1是一种适合于小型专家系统开发的专家系统开发工具，实践证明，用M．1建立废物最少化专家系统是合适的。
c废物最少化专家系统的开发是一个长期的过程，是系统不断修改、不断完善的进化过程。一方面由于废物最少化本身是一个相对、动态的概念，废物最少化技术处于不断完善之中；一个方面知识获取是一项长期而艰苦的工作，需用大量实例测试系统的运行结果，不断修改、完善知识库。
d环境专家系统是继环境数据库、环境管理信息系统之后出现的解决环境问题有用工具之一。是环境决策支持系统的重要组成部分，值得做深入的研究。
参考文献
1白乃彬．环境专家系统进展．环境科学．1993，14(1)：49?2
生长环境的好坏决定着农产品的质量，植物的健康成长更是与其环境息息相关。除此之外，自然因素对植物的生长有着决定性的作用，最主要的则表现在：光线的强度及阳光照射时间的长短、土壤环境、二氧化碳浓度、水分的控制等等，这些都共同决定了植物的生长状况。现代科学技术还可以在一定程度上改变植物的生长环境，通过改变其土壤中的养分及空气中二氧化碳的浓度，来对植物的正常生长环境进行合理的控制，通过这种方法可以在某种程度上提高果实的结果率，再利用现代化生物技术等来提高农产品质量，从而为企业迎来更好的发展。
2物联网技术的实施方案
2.1传感器单元物联网技术农业专家系统想要获得更好的应用效果，在传感器方面，需要做到对症有效。
2.1.1气体温度传感器在国外的先进国家这种传感器技术已相对纯熟。我国主要采用瑞士公司推出的单片数字温湿度传感器，来对空气温度进行传感探究。这种高端传感产品具有可靠性和稳定性等特点，可以在一定程度上大幅降低了获取数据的难度，并有效增强了其抗干扰能力，做到低能耗、高灵敏、高性价比等特点。在实际的农业栽培培养技术中，可以利用这种气体温湿度传感器来更加准确的获取环境信息，并为以后的农作物生长提供相应的材料资源。
2.1.2土壤水分温度传感器该传感器主要利用时域反射原理进行设计，并通过将其埋藏在土壤的方法，更好地检测土壤中水分的分布情况。土壤水分温度传感器可以与采集器结合使用，利用这2种现代科技可以对土壤中各种理化性状、气温变化及人为水分管理进行合理化监测。除此之外，这种传感器可适用于各种土壤环境，并对其土壤水分情况进行精确的判断，并将数据及时上传到数据库中，以便人们对其合理控制。
2.1.3光照传感器这种传感器的主要特点在于，其体型较小、使用时间长、密封性好、精准性高、可控效果好，可以更好地抵御因自然环境造成的干扰，从而对现代温室环境进行合理监测。
2.2数据采集单元
2.2.1无线传感器采集器通过传输数据的方式将采集器所采集到的信息及时传送到管理系统当中，使人们可以在第一时间对农作物生长情况做出准确的监测及处理。采集器主要包括数据采集和传输2方面，其特点则表现在安装简便、使用成本低等。对采集器的电路本身而言，其主要包括信息处理电路、复位电路、A/D/D/A转换器、晶振电路、显示电路等等。
2.2.2多通道无线数据采集器这种多通道数据采集器可以采集多种信号，而信号则主要表现在物理模拟信号和数字信号2种。通过这种采集方式可以有效解决传统的人力、物力和资源等问题，除此之外，还具有防水、防晒、安全采集、防雷击等优点。物联网农业专家系统可以实现在数据上的多种显示技术，在数据采集、打印、存储等方面更是具有突出的特点。
3结论
摘要从信息沟通的角度分析了科技成果产业化程度不高的原因，提出了在科技成果转化的不同阶段如何通过加强信息沟通来促进科技成果产业化，探讨构建以市场为导向、以研究为基础、以产品为纽带、以产业化为目的的科技成果转化新模式。
关键词科技成果产业化信息沟通转化模式
和平崛起的中国，正在世界舞台上扮演着越来越重要的角色，国际地位的提高和巩固，取决于国家竞争力快速而稳定的进步。科技竞争力则是国家竞争力最重要的组成之一。整体上讲，科技竞争力由两个环节组成，一是科技创新能力，一是技术传播与转化能力。
1现状分析
我国每年都取得数以万计的科技成果，其中高校科技成果每年就达3万多项，但转化率却不到20%、专利实施率不到15%，而发达国家高达70%、80%。同时，在为国民经济发展做贡献方面与发达国家相比，也存在相当大差距。据有关资料报道，我国高校科技成果转化后，能为企业产生经济效益的只占被转化成果的30%，而真正形成产业的还不到5%。国家知识产权局2003年对高校和科研机构知识产权工作的调查资料显示，高校为独占市场而申请专利的动机比重不足1/3。目前，在高校明显存在着专利申请量年年上涨，但成果转化情况令人担忧的现状，这样势必影响到技术进步。面对国际经济、科技竞争的严峻挑战和人口多、底子薄、人均资源相对短缺的国情，加快实现科技成果的快速而有效的转化和产业化，是促进科技进步的重要环节，也是有效落实科学发展观的具体体现。
国家对科技成果产业化耗资巨大并出台了许多优惠政策，但收效与期望相差甚远。问题的症结在于“基础理论研究、工程研究、产业化运作实施”三者严重脱节，造成国家投入的巨额研究资金回报甚低，科研成果束之高阁。随着时间的推移，科研成果走入“先进落后淘汰重新研究”的命运怪圈。
2科技成果转化难的原因
科技成果转化难的原因是多方面的，其中一个重要的原因是高校科技链和产业链之间缺乏有机的联系，科技成果与产业化之间缺乏有效的信息沟通。一方面高校对企业的科技成果需求不甚了解，而企业对高校的研究能力和水平又知之甚少；另一方面高校担心成果转让给企业得不到应有回报，而企业则担心高校的科技成果能否带来经济效益。
作为理论研究一方的高校，是产学研的源泉，它承受科技创新风险，而不承担经济生存风险，否则它无法全身心地进行创造性研究。创造性是形成产学研源泉的第一动力，它与高校科研技术源源不断地创新与重组、人才源源不断地吸收与重组的氛围密不可分。失去了它，人才源、技术源、实验源、国际一流信息源将不复存在，后劲将断送。
作为企业投资方，是产学研的主体。它需要不断获得新的适应市场需求的成熟产品，利用其资金雄厚、拥有各类生产、管理、经济、法律等人才资源，在承担市场风险、效益风险、人员组织风险和产业化投资风险的同时，将技术导向风险与产品定位风险转加给了产品研制者。
作为产品研制者，是产学研的纽带与桥梁。他们承受着经济与生存风险，以生存需求确定技术向产品转化的内容。在这样的生存压力下，他们必须使创造性服从于实用性，因此不能要求他承受科研风险，因而他只能把科研风险转向高校，否则他们无法长久持续地进行技术向产品的转化，从而中断了产学研的纽带。
由于科研开发规律与产业经济规律间的矛盾，科研工作者只能不问经济效益，在国家经费的支持下致力于创新活动，科研成果大多只能走到鉴定就宣告结题，然后再度进入“申请经费科研鉴定”的循环。企业只能在原有产品中发展，难以推出满足市场的新产品，期盼高新技术产品却寻路无门。而在科研成果与产业化实施之间起着桥梁作用的工程技术人员，他们承担市场风险、生存压力，或因信息渠道不畅或因成果不适应市场需求等原因，很难找到适合的产品进行开发，最后导致科技人才的流失，使科技成果与实施产业化间的沟通更加不畅。
出现上述问题的原因可以归纳为三方面：一是目标不一致。研究人员追求先进性，开发人员考虑如何获得开发经费，并不真正关心产品。企业关心产品，但却难以得到适合市场的产品；二是信息不通畅。有的企业希望投资，却找不到投资方向；有的科研人员有好的成果，却找不到资金进行产品转换，即使最终实现结合，也不一定是最佳搭配，或者由于时间的浪费而失去市场商机；三是没有利益驱动机制。产学研三者的利益脱节，没有构成闭合回路，形成不了良性循环的长效机制。因此，加强信息沟通，建立以市场为导向、以共同利益为驱动的科技成果产业化的长效运行体制和机制，使产学研一体化，是促进科技成果转化的关键所在。
3信息沟通在科技成果产业化不同阶段的作用方式
第一阶段：完成原理性开发——形成科研成果。一般情况下，研发工作在高校中独立进行，企业很少参与，其结果是产生实验室成果。加强此环节的信息沟通，可以增强知识生产的创新活力，为科技成果转化增强针对性。信息沟通的先导性作用方式表现在对研究领域的深刻了解和对企业市场迫切需求的掌握，需要研发者和技术潜在用户之间的信息交流和互动。
第二阶段：对科研成果进行二次开发——工程化研究。此阶段重点解决第一阶段形成的科研成果存在的现场环境适应性、性能可靠性及生产加工工艺性等方面的问题，要勇于在技术力量和资金方面进行投入，进行中试和成果孵化，孵化的成功与否是产业化的关键。需要科研人员与企业的交流、合作，其目标是通过有效地交流使两者对技术的功能和评价达成某种共识；使技术的潜在使用者能够采纳或比较了解该技术。
【摘要】电控发动机在结构和功能上均有了较大的改进。主要有:(1)结构的层次性、复杂性从系统论的观点,电控发动机是由有限个“元素”通过各种“联系”构成的多层次系统。(2)功能控制的集中性。电控发动机系统主要由电控燃油喷射系统、电控点火装置、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断与报警系统等子系统组成,电控燃油喷射系统又包括了燃油系统、进气系统和电控系统三个组成部分。其中电控系统作为整个发动机系统的控制核心,用来协调各平行和上级系统的工作。发动机电控系统其结构的层次性、复杂性,其控制功能的集中性,导致其故障表现形式的多样性、复杂性。
【关键词】电控发动机故障分析
电控发动机系统主要由电控燃油喷射系统、电控点火装置、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断与报警系统等子系统组成。其中电控系统作为整个发动机系统的控制核心,用来协调各平行和上级系统的工作。
1发动机电控系统的组成
电控燃油喷射系统由三个系统组成:燃油系统、进气系统和电控系统。
1.1燃油系统
燃油系统的功能是向汽缸或进气管喷射燃烧时所需的燃油量。燃油从燃油箱内由电动汽油泵吸出,经汽油滤清器后,再由压力调节器加压,将压力调节到比进气管压力高出约250Kpa(2.55kgf/cm2)压力,然后经输油管配送给喷油器和冷起动喷油器,喷油器根据电控单元ECU发来的脉冲信号,把适量燃油喷射到气缸内。
1.2进气系统
进气系统为发动机可燃混合气的形成提供必须的空气。空气经过空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管、进气岐管进入气缸。节气门全闭,发动机在怠速工况下运行时,空气经旁通气道直接进入进气岐管。
1.3电控系统
电控系统是电控单元根据传感器检测到的发动机运行工况和汽车运行工况来确定喷油量及点火提前角,从而控制发动机在最佳工况下的运转。
与传统的化油器式发动机相比,电控发动机在结构和功能上均有了较大的改进。主要有:
(1)结构的层次性、复杂性从系统论的观点,电控发动机是由有限个“元素”通过各种“联系”构成的多层次系统。“联系”可分为:结构类、功能类、传感器测点类,各自均有一定的层次性,包括顶级即电控发动机本身,分系统级由电控系、冷却系、启动系、机械系等组成。各类与各层次间既有各自独立的功能,又相互影响、相互牵制。整个机体通过ECU的控制来协调各子系统,完成发动机总体功能,各子系统的功能又是由各自部件的功能相协调来实现的,各部件的功能又需要通过各元件的协调来实现。
(2)功能控制的集中性随着电子技术的飞速发展,电子控制单元采用了数字电路及大规模集成电路,同时微机处理速度的不断提高和存储容量的增加使其控制功能大大增加,并具有备用功能。另外,与汽油喷射控制、点火控制及其它控制系统相关的各种控制器,由于所用的传感器均可通用,如水温传感器、进气温度传感器等,因此,利用控制功能集中化就可以不必按功能不同设置传感器和ECU,而将多种控制功能集中到一个ECU上,不同控制功能所共同需要的传感器也就只设一个,这就是集中控制系统。
汽车发动机电控系统的主要部件有:电子控制单元(ECU)、空气流量计、节流阀体、发动机转速传感器等,其中节流阀体又包括:节气门电位计、怠速节气门电位计、怠速开关、怠速调节电机等。从控制原理来看,发动机电子控制系统可以简化为传感器、电子控制单元(ECU)和执行器三大组成部分。传感器是感知信息的部件,功用是采集控制系统的信号并转换成电信号输送给ECU,以提供汽车运行状况和发动机工况等相关信息。ECU接收来自传感器的信息,进行存储、计算和分析处理后发出响应的控制指令给执行器。执行器即执行元件,其功用是执行ECU的专项指令,从而完成控制目的。
2发动机电控系统的故障分析
发动机电控系统其结构的层次性、复杂性,其控制功能的集中性,导致其故障表现形式的多样性、复杂性。主要表现有:
(1)多维层次性对电控发动机而言,其故障可划分为电控系、起动系、点火系、冷却系及机械系等子系统,子系统又由各部件与元件构成。同样,其按功能也可划分为若干个层级。因而发动机电控系统的故障原因与故障征兆也相应与不同的结构层级、功能层级以及传感器测点类相关联。
(2)传播性发动机电控系统故障传播方式有两种:横向传播,例如电控系系统内某一传感器故障可引起电控系内其它传感器功能失常或失效;纵向传播,即由元件的故障相继引起部件故障—子系统故障—系统故障。因此微小的故障如不及时发现和排除会造成严重的后果。
(3)相关性某一故障可能对应若干征兆;某一征兆也可能对应若干故障。它们之间存在着错综复杂的关系。
(4)时间性发动机电控系统故障产生与表现常常与时间有关,这是由于发动机运转的动态性所决定的,如间歇性故障。
(5)放射性某一部位的故障可能引起其它部件出现异常,例如发动机抖动的故障中有时仅因为一个轴承的故障引起,而该轴承的故障导致其它轴承的震动增大,而该轴承本身变化反而不明显。
【摘要】电控发动机在结构和功能上均有了较大的改进。主要有:(1)结构的层次性、复杂性从系统论的观点,电控发动机是由有限个“元素”通过各种“联系”构成的多层次系统。(2)功能控制的集中性。电控发动机系统主要由电控燃油喷射系统、电控点火装置、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断与报警系统等子系统组成,电控燃油喷射系统又包括了燃油系统、进气系统和电控系统三个组成部分。其中电控系统作为整个发动机系统的控制核心,用来协调各平行和上级系统的工作。发动机电控系统其结构的层次性、复杂性,其控制功能的集中性,导致其故障表现形式的多样性、复杂性。
【关键词】电控发动机故障分析
电控发动机系统主要由电控燃油喷射系统、电控点火装置、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断与报警系统等子系统组成。其中电控系统作为整个发动机系统的控制核心,用来协调各平行和上级系统的工作。
1发动机电控系统的组成
电控燃油喷射系统由三个系统组成:燃油系统、进气系统和电控系统。
1.1燃油系统
燃油系统的功能是向汽缸或进气管喷射燃烧时所需的燃油量。燃油从燃油箱内由电动汽油泵吸出,经汽油滤清器后,再由压力调节器加压,将压力调节到比进气管压力高出约250Kpa(2.55kgf/cm2)压力,然后经输油管配送给喷油器和冷起动喷油器,喷油器根据电控单元ECU发来的脉冲信号,把适量燃油喷射到气缸内。如图2.1所示。
1.2进气系统
进气系统为发动机可燃混合气的形成提供必须的空气。空气经过空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管、进气岐管进入气缸。节气门全闭,发动机在怠速工况下运行时,空气经旁通气道直接进入进气岐管。
1.3电控系统
电控系统是电控单元根据传感器检测到的发动机运行工况和汽车运行工况来确定喷油量及点火提前角,从而控制发动机在最佳工况下的运转。
与传统的化油器式发动机相比,电控发动机在结构和功能上均有了较大的改进。主要有:
(1)结构的层次性、复杂性从系统论的观点,电控发动机是由有限个“元素”通过各种“联系”构成的多层次系统。“联系”可分为:结构类、功能类、传感器测点类,各自均有一定的层次性,包括顶级即电控发动机本身,分系统级由电控系、冷却系、启动系、机械系等组成。各类与各层次间既有各自独立的功能,又相互影响、相互牵制。整个机体通过ECU的控制来协调各子系统,完成发动机总体功能,各子系统的功能又是由各自部件的功能相协调来实现的,各部件的功能又需要通过各元件的协调来实现。
(2)功能控制的集中性随着电子技术的飞速发展,电子控制单元采用了数字电路及大规模集成电路,同时微机处理速度的不断提高和存储容量的增加使其控制功能大大增加,并具有备用功能。另外,与汽油喷射控制、点火控制及其它控制系统相关的各种控制器,由于所用的传感器均可通用,如水温传感器、进气温度传感器等,因此,利用控制功能集中化就可以不必按功能不同设置传感器和ECU,而将多种控制功能集中到一个ECU上,不同控制功能所共同需要的传感器也就只设一个,这就是集中控制系统。
汽车发动机电控系统的主要部件有:电子控制单元(ECU)、空气流量计、节流阀体、发动机转速传感器等,其中节流阀体又包括:节气门电位计、怠速节气门电位计、怠速开关、怠速调节电机等。从控制原理来看,发动机电子控制系统可以简化为传感器、电子控制单元(ECU)和执行器三大组成部分。传感器是感知信息的部件,功用是采集控制系统的信号并转换成电信号输送给ECU,以提供汽车运行状况和发动机工况等相关信息。ECU接收来自传感器的信息,进行存储、计算和分析处理后发出响应的控制指令给执行器。执行器即执行元件,其功用是执行ECU的专项指令,从而完成控制目的。
2发动机电控系统的故障分析
发动机电控系统其结构的层次性、复杂性,其控制功能的集中性,导致其故障表现形式的多样性、复杂性。主要表现有:
(1)多维层次性对电控发动机而言,其故障可划分为电控系、起动系、点火系、冷却系及机械系等子系统,子系统又由各部件与元件构成。同样,其按功能也可划分为若干个层级。因而发动机电控系统的故障原因与故障征兆也相应与不同的结构层级、功能层级以及传感器测点类相关联。
(2)传播性发动机电控系统故障传播方式有两种:横向传播,例如电控系系统内某一传感器故障可引起电控系内其它传感器功能失常或失效;纵向传播,即由元件的故障相继引起部件故障—子系统故障—系统故障。因此微小的故障如不及时发现和排除会造成严重的后果。
(3)相关性某一故障可能对应若干征兆;某一征兆也可能对应若干故障。它们之间存在着错综复杂的关系。
(4)时间性发动机电控系统故障产生与表现常常与时间有关,这是由于发动机运转的动态性所决定的,如间歇性故障。
(5)放射性某一部位的故障可能引起其它部件出现异常,例如发动机抖动的故障中有时仅因为一个轴承的故障引起,而该轴承的故障导致其它轴承的震动增大,而该轴承本身变化反而不明显。
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键词： 人工智能；创新；本科
Key words： artificial intelligence；innovation；undergraduate
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）22-0230-02
0 引言
人工智能是计算机科学的一个分支，是当前科学技术中正在迅速发展、新思想、新观点、新理论、新技术不断涌现的一个学科，其属于一门边缘学科，同时也是多个学科交叉而成的一门学科，包括语言学、哲学、心理学、神经生理学、系统论、信息论、控制论、计算机科学、数学等[1]。当前人工智能已经是很多高校计算机相关专业的必修课程，它是计算机科学与技术学科类各专业重要的基础课程，其教学内容主要包括自然语言理解、计算智能技术、问题求解和搜索算法、知识表示和推理机制、专家系统和机器学习等，国内外很多大学都意识到了其重要性，纷纷对其展开了教学和研究。人工智能课程包含多个学科，具有内容抽象、理论性强、知识点多等特点，且算法复杂，但是多数高校采用的教学方式仍是传统的课堂教学方式，即“教师讲、学生听”的教学模式，这种信息单向传输教学模式以教师为主体，学生只是在被动的接收知识；存在过分重视理论教学，忽视实践活动教学的问题，导致教育内容无法和社会接轨；人工智能教材理论性过强，学生在学习过程中常常感到枯燥乏味，进而对学习该课程失去热情[2]，久而久之，不仅人工智能课程的教学质量和效果无法达到预期，甚至学生还会产生厌学心理。针对人工智能课程中现有的各项问题，本文作者结合自身丰富人工智能教学实践经验，参考人工智能课程特点和教学目标，从多个方面探讨和总结了人工智能，包括教学内容、教材选择、教学方法和考核形式等。
1 教学内容优化与更新
人工智能是一门崭新的学科。开设本课程首先是确定教学内容。通常来讲，人工智能学科的内容包括两个部分，具体：一是知识表示和推理；二是人工智能的应用。前者是人工智能的重要基础，后者主要介绍了几种人工智能应用系统，包括自动规划和机器视觉、机器学习、专家系统等。另外，课程内容中还包括了一些人工智能应用的实例，将实践和理论紧密结合起来[3]。
随着时代的发展和科技的进步，人工智能学科也取得了较大发展。基于此，人工智能学科也应该与时俱进，更新人工智能教学大纲，进一步完善其教学内容。修订后的人工智能教学大纲将人工智能分成两个部分，即基础部分和扩展应用部分。前者包括计算智能、搜索原理、知识表示等，后者包括智能机器人、智能控制、多智能体、自然语言理解、自动规划、机器学习、知识工程等。
教学内容的选择和确定应综合考虑多项因素，不仅要重视基础知识，也应注意推陈出新，随着科技的进步做到与时俱进，同时教学内容应符合现实的需求，能够与社会接轨，将理论和实践紧密结合起来，只有这样人工智能课程的教学质量和效果才能事半功倍。
2 教学策略及教学方法的改革创新
由于人工智能课程具有算法复杂、内容抽象、理论性强、 知识点多的特点，传统的教学模式已经无法满足人工智能课程的需求，教师应探索更加有效的教学模式和方法，确保人工智能课程能够取得良好的教学质量和教学效果。具体的改革和创新人工智能课程的手段和方法主要包括以下几个方面：
2.1 激发学生的学习兴趣 无论是经验还是常识都在告诉我们每个人最好的老师就是兴趣，学生只有对某门学科存在兴趣，才会更加主动积极的学习该门课程，从而获得良好的教学效果。比如，作者在课程的一开始先播放了一段著名导演斯蒂文・斯皮尔伯格的《Artificial Intelligence》的相关片段，由这个电影学生知道了世上存在人工智能的机器人，学生们随着电影情节的发展而深深感动，与此同时教师让学生思考和谈论人工智能是什么？研究人工智能的意义在哪里？实践发现，在课堂中加入电影因素，能够大大提升学生们的注意力，让学生更加专注在教学任务中，有效提高了学生探索人工智能的积极性和主动性。此外，在教学中还可以用动画、视频、图片等手段将反映人工智能最新研究和应用的成果展示出来，让学生更直观的感受人工智能的奥妙，从而投入更多热情学习人工智能课程。
2.2 面向问题的案例教学法 案例教学法是一种以案例为基础、以能力培养为核心的一种教学方法[11]。针对学校学生特点，我们采取了以下几种教学形式实施案例教学。①讲解式案例教学：这种案例通过教师的讲解，帮助学生理解抽象的理论知识点。案例的呈现有两种基本形式：一是“案例―理论”，即先给出教学案例，然后再讲解理论知识；二是“理论―案例”，即教师先讲解理论知识，再给出教学案例；通过情境体验与案例剖析激发学生认知的兴趣，引导学生对将要学习的内容产生注意，有利于教师导入新课。②讨论式案例教学：在课程初期将学生分成若干学习小组，每小组3～4人；教师将提前设计好的一题多解的教学案例以及收集的相关资料分配给每个小组，要求学生在课余时间通过自学和组内讨论的方式给出问题的不同解决方案。③辩论式案例教学：在课程后期，采取专题辩论的方式对综合应用案例进行讨论，能有效地启发学生全方位地思考和探索问题的解决方法，加深学生对人工智能的理解。
2.3 个性化学习与因材施教 在开展课程教育过程中应注意对学生进行个性化教学，结合学生特点因材施教。比如，在日常教学中多观察学生情况，鼓励那些应对教学任务后仍存在余力的W生深入探索较深层次的课程及相关知识，同时友善面对学习较差的学生，分析其学习过程中面对的困难，有的放矢地采取应对措施，帮助其不断进步；在教学过程中让学生以读书报告的形式多多思考，鼓励学生发散性思考问题，鼓励优秀学生进行深一步的探讨，并且教师应帮助具有新颖思想或论点的学生将其智慧以科技论文和发表文章的形式转化为成果。
2.4 注重综合能力培养 在研究型教学中任务驱动是一种常用的教学方法，其中心导向是任务，学生在完成任务的同时也在吸收和掌握知识。通常来讲，该教学方法的步骤是：教师提出任务师生共同分析以得出完成任务的方法和步骤适当讲解或自学、协作学习完成任务交流和总结。”[3]该教学模式不仅有利于培养学生的创新能力和创新意识，还能够培养学生解决实际问题的能力，提高其综合实力。不仅如此，由于该教学模式通常是以小组协作的方式进行，教师给出研究范围，学生自愿结组并选择具体的题目，经过分析和讨论后以程序设计或者论文的形式协作完成研究。由此可知，学生是在以团队的力量解决问题，这十分考验学生的团队协作能力，对于学生团队合作精神的培养至关重要，且在完成任务的过程中学生需要查阅大量的资料，久而久之学生收集资料和创新能力势必会得到提升。
2.5 采用启发式教学 人工智能的很多问题都较为抽象，对学生理解力的要求较高，因此，在实际的教学过程中教师应有意识的就课程内容提出相关问题，让学生自己独立思考，鼓励学生提出自己的想法和解决方案。然后回归到课程上，对比分析教材上的解决方案和学生自己的解决方案，如此不仅培养了学生独立思考的能力，也增加了学生参与教学活动的意识，提高了学生的学习热情。比如，在讲到较为抽象的“遗传算法”时，先提出一个问题，即“遗传算法如何用于优化计算？”，然后从“达尔文的生物进化论”入手，讨论“遗传”、“变异”和“选择”作用，之后举例分析，启发学生思考“遗传”、“变异”和“选择”的实现，最后师生一起导出遗传算法用于优化计算的基本步骤。如此既完成了教授遗传算法的目的，也锻炼了学生逻辑思维的能力，教学效果良好[4]。
3 作业和考核方式的改革创新
过去的课程作业都是单一书面习题作业，发展至今，课程作业形式已经发生了变化，更加丰富多样，包括必须交给教师评阅的书面家庭作业和不必交给教师的课外思考题目、口头布置的思考题或阅读材料以及大型作业等。其中通过网络就可以完成上交作业，并且教师批阅作业后也可以通过网络返回给学生，实现了网络化。课程的考核方式较之以前也发生了较大变化，加强了平时思维能力的考核，更加注重学生实验能力和动手能力的培养，不再是绝对的一次考试定成绩，而是在总评成绩中加入30%的平时成绩，如此不仅减轻了学生的期末负担，也迫使学生更加重视平时的学习思考，有利于课程教学质量的提升。
4 结束语
本文是以提高教学质量为目标，结合教学实践，从教学体系、教学内容、教学方法、考核方式等方面对本科人工智能课程的教学改革进行了探讨，总结了该课程在教学和实践方面的一些教改举措。这些举措符合二十一世纪高校教学的要求，可以支持教师提高教学手段现代化的水平，同时更贴合学生的学习需求。作为该课程的授课教师应始终保持对教学内容的不断更新、教学方法的多样化，才能激发学生的学习兴趣，培养他们的思维创新和技术创新的能力，最终提高本课程的教学质量。从学生的反馈来看，作者所总结的教学实践具有明显的教学效果。但仍有许多方面做得不够，今后将继续在教学过程中不断总结成功的经验，吸取失败的教训。
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关键词 g因素，智力开发，智力结构，要素开发，结构开发。
分类号 B848.5
1 智力开发模式的基本类型
智力研究不仅发现了对智力个体差异有较好解释力的g因素，而且还发现了g因素具有可变性、可提高特性[1]。正是基于后一点，形成了一系列的智力开发理念。根据对g因素性质和内容的理解以及重点开发内容，可以将智力开发活动划分为：神经潜能开发，心理管理与反省经验开发，专家技能开发，多元智力开发，社会分布式认知开发，知识表征重组开发，环境重组开发。
1.1 神经潜能开发模式
神经潜能开发模式认为智慧行为原因在生理层面，智力开发的根本在于提高神经活效率，促进神经系统成熟。其理念与一系列从神经层面论述智力并解释智力个体差异理论有关。詹森认为智力就是神经效能，神经效能的指标有神经传递信息的速度、神经加工信息的容量以及神经层面对信息的保持时间[2~4]，Dennis Garlick认为是神经活动的可塑性就是g，而可塑性的质量决定于轴突和树突之间的神经网络质量，网络形成与环境和成熟有关[5]。Schafer和Neubauer等人的研究发现智力个体差异与皮质神经活动的习惯化和去习惯化的适应质量有关[6]。而对神经活动与行为和环境关系的论述成为神经潜能开发的主要理论来源：Deary, Stough认为基本神经加工效能与检测反映时存在负相关，通过时间累积效应形成智力行为水平的差异[7,8]；环境刺激的丰富程度影响神经元网络结构的发育；大脑的生化机制中发现一些生化物质与行为的活动水平关系密切[9]；认知方式的差异与大脑的活动部位和活动水平有关，大脑是高度分化又高度整合的机能系统，其发展与含有特定刺激的活动有密切关系；刺激的操作以及反馈对神经系统功能和结构具有塑造作用；早期经验影响着后来的神经通路发展，大脑在生命的早期经历一个不断成熟的过程[10]，选择性刺激和某些神经团的放大有助于确定皮层区域，有助于形成神经环路和神经团，恰当的刺激和行为活动有助于神经系统发育，从而提高智力活动的行为水平。
神经潜能智力开发模式主张对智力进行早期开发、早期教育，注重关键期内智力的充分发展；提供特定的材料和活动对神经活动系统进行刺激唤醒，形成高效率的神经活动状态，为后续的智力活动提供神经层面的最佳准备状态。较有代表性的开发实践有Abecedarian Project早期干预[11]和国内的吴天敏[12]等人所作的动脑筋训练以及中国传统的调息训练，从更为广泛意义上来说，早期教育的意义就在于促进神经系统机能的提高。
Abecedarian Project的被试是来自于低收入家庭的智力落后危机儿童，给他们提供学前儿童必要的营养、学习和游戏活动，但是特别干预了语言发展，结果发现试验组儿童取得较好的认知分数；对进入小学后的危机儿童，进行了家庭和学校联系的干预，干预内容包括了学习成就和在学校和家庭中的行为报告，以此创建一种家庭和学校之间相互合作和信任的氛围，结果发现在这一活动对参加了学前干预计划的危机儿童是有效的，而对于没有参加学前期干预而只参加家庭和学校合作信任干预的危机儿童却无效。这就说明言语发展计划对于危机儿童的智力发展是有效的，干预效果会随着时间的累积而增加，错过了某些智力发展关键期的干预其成效是较低的，或者是无效的。
国内主要以吴天敏教授的动脑筋心理训练，她认为智力的根本在于神经系统机能，智力行为是神经系统机能的外显，改善神经系统的功能就是提高了智力。猜谜语等动脑筋活动可使大脑处于特定的活跃状态，提高神经系统功能，达到开发智力的目的。其智力开发效果得到显著提高的实验结论证实了其模式是有效的。
但是不能忽视的是：人的生物潜能是多方面的，潜能与环境之间是相互作用的，而且相互作用的形式和内容是复杂的。很多因素与智力提高关系密切。发展心理学对智力的认知发展研究表明：同伴关系、亲子关系、养育方式等都影响着认知的发展。所以，IQ以及其他智力行为水平的提高不一定就意味着主管智力活动的神经效能功能改变，也可能是经验的原因或者其他心理机能与认知机能联系的改善导致了智力水平的提高。
尽管特定神经团转化为某一行为的具体机制还不清楚，分离神经层面的开发效果、确定具有开发某些脑机能区域的刺激序列还相当困难，但从智力神经生物基础上考虑智力开发的思路却与心理是脑的机能这一原理是吻合的。
1.2 心理管理与反省经验开发模式
心理管理与反省经验开发模式认为智力是由基本的认知结构单元加工[13,14]和可控制的加工构成[15,16]，前者相当于具有相对稳定性能的硬件加工，硬件加工改变的空间是有限的，而可控制加工相当于中央控制管理系统下的软件加工过程，中央控制管理系统功能可以通过优化控制管理过程实现。其理念来源有两个：一是对工作记忆的中央控制系统与智力水平的相关研究，主要有Kyllonen, Christal的研究发现工作记忆对智力个别差异的相关较高，甚至可以将一般因素等同于工作记忆[17]，Grabner对工作记忆与智力关系研究中发现：需要工作记忆的中央执行控制参与的任务比存储和加工任务对智力更有预测能力[18]；另一个是对控制加工的元认知过程的相关研究，主要有 Sternberg的元认知过程、Simon和Carpenter[19]等人的控制性加工过程、Das的计划过程以及Brown对不同智商群体的元认知差异研究等[20]，这些研究成为此模式理念的重要来源。
心理管理和反省经验的开发模式主张对元认知策略进行开发，主要是增加元认知知识，增加元认知体验，提高对认知活动过程的监控和管理能力。该模式的具体实践较多，如有：交互式互动教学；董奇等人的学习过程的元认知培养[21]；Meeker(1969)的视觉的封闭性，相似判断，言语关系的理解，分析能力，推理能力，演绎和归纳推理能力，决策能力的开发[22]；意在培养推理类比形成假设等能的儿童哲学教程[23]；Feuerstein(1980)的工具强化[24]。此外还有通过自我言语、自己设问的方法进行阅读、数学问题解决、物理问题解决的元认知训练。
工具强化基本理念来源于Feuerstein对智力的认识，他认为智力是可以改变的，个体与环境没有充分互动会导致个体智力功能低下。实施程序首先进行学习潜能评估，然后在实际生活场景中进行学习如何学习的训练，主要是一般性的处理信息策略的训练，在此之后进行环境支持系统的建设，并要求个体在处理信息过程中对理解过程进行反省。
交互式互动教学有同伴和不同年龄的导师两种主要形式。具体做法是通过同伴或者是不同年龄段的不同年级的正常或者优秀儿童与智力落后儿童之间的互教和互学活动来提高具体策略水平的干预措施。这种措施承认了能力的连续分布，在不同能力水平的个体之间的学习经验交流有助于策略的形成。这个方法的主要目的也是增加学习能力，提高和改善学习策略水平，增加元认知能力。
董奇等人选择了学习活动中的元认知活动来进行干预，其干预的内容包括了学习前、学习中、学习后等各个学习阶段中的认知活动进行训练，其内容包括了预习、计划、检查、反馈等各个环节，通过检查评估，活动检核表等方法来训练和提高元认知能力。
在这个层次的研究与一般智力结构以及群体间的对比研究的重要结论具有一致性：执行控制功能是智力活动过程和不同群体之间相互区别的重要成分。
1.3 专家技能开发模式
专家技能开发模式认为智力是由经验知识组成，智力活动受到知识和经验的调节，专家的知识和经验对于特定智力行为有更为重要的意义，专家知识技能系统是智力的基本构成部分，认知成分的基本性能受到特定的知识和经验的调节，智力开发主要任务是形成专家知识技能系统。专家知识是一个持续不断地获得、消化吸收有利于生活的技能系统[25]。Sternbergr认为智力实际上是一个不断发展的专家系统，这个专家系统包括了思维技能、学习技能、元认知技能、情景和动机，智力测验所测量的实际上是专家系统中非常有限的部分[26]。专家和新手问题解决过程特征、专家型学习者对知识进行知识和经验的组织过程、晶体智力等研究都是专家技能开发模式重要理论依据。
专家知识技能培养主张要通过形成具有专家型的认知过程和思考模式来开发智力，使每一个受训者都像专家一样进行问题解决、像专家型学习者那样来进行学习，形成专家型新手。这些专家型新手在解决含有复杂规则的问题过程中，向专家一样有较多的反省性监控，对注意资源的较多的调节，对更多的有意义的深层次的信息给予关注，具有更大的情景敏感性，随着复杂性的增加而提升解释的复杂性，对任务性质和难度等进行判断，对过程进行调整、对过程提出问题并不断对进行自我评价。领域特殊性的专家技能开发模式主张要形成特定领域的知识技能系统，而不是领域普遍性的知识技能的开发。较为有代表性的有Schoenfeld和Herrmann的数学解题技能培养[27]，Williams和Sternberg等人的实践智力开发等[28]。这些模式首先是进行专家加工系统的调查，形成专家加工认知过程模式，然后提供实际情景机会进行练习、反馈、评价。
1.4 社会分布式认知开发模式
社会分布式开发模式认为智力活动是社会性的、情景性的，智力发展是在情景中发展的，特别是在文化情景中发展起来的，维持和实现智力潜能的关键是支持性的社会文化结构，认知结构的社会性建构是知识技能发展的重要原因。这个理念来源于维列鲁学派的心理发展理论、Ceci的智力功能的情景发展理论以及社会建构论对心理的理解以及情景认知理论对智力活动的理解。其核心的观点认为[29]：认知成就部分地依赖于个体外部的结构和过程。
社会分布式智力开发模式主张建立个体与文化环境良性互动关系，以此来开发和提高智力。文化包括物质层面的文化，如计算机、书籍、图表等，社会层面的文化，如教育、青年文化、民族文化、班级文化等，支持抽象思考的符号，如文字、图例，社会历史文化，如维果茨基意义上的学科概念体系和方法论等，这些文化在获得技能、信念、价值观、态度等倾向性和敏感性方面具有重要的作用。在实际开发上主要通过文化环境的建构，使个体处于认知结构的社会性建构活动中，如支持性社会情感，互动式的合作学习与问题解决过程等，在活动中提高心理活动的认识和体验水平，增加对认知过程的调节和控制能力，提升对文化属性的智力行为的敏感性。有代表性的主要模式有：Brown和Campione的对认知技能、求知技能、元认知技能和专家技能的支持性文化价值导向干预[30]，Scardamalia的以知识的社会性建构理论为基础的计算机支持的创造性学习环境干预[31]。
在社会分布式认知开发模式中，能够形成反省倾向和专家技能、使用思考模式的敏感性，使学习者体验到了文化价值和自身情感，后两者对于解决使用高级认知策略、进行高活动状态的智力活动的意愿和敏感性提供了解决问题的方向。
1.5 多元智力开发模式
多元智力开发模式认为在每个人身上都有多种智力，每种智力都有各自表征符号系统和加工过程，每一个社会活动领域都需要几种智力参与，任何领域技能都反映了不同的智力，个体可以通过不同符号系统的智力过程取得同等智力水平，一种智力活动过程可以通过其他智力活动的辅助来发展，因此智力的开发应该关注处理与能力倾向的交互作用，任何领域的智力开发可以从多项智力入手，凭借不同符号系统的智力活动过程来获得。该模式理念来源于对智力多元理论和能力倾向与处理倾向的相互作用理论。主要有Gardner的多元智能[32]、Sternberg的成功智力理论[33]。
Gardner的理论对于教学中进行智力开发的主要启示有：对同一个主题可以通过使用不同符号的智能来理解，如角色扮演，逻辑演绎，故事复述或者其他符号系统的表述；对不熟悉的主题可以凭借对熟悉主题的类比来进行推理；可以使用不同模式符号语言来表达，如通过图表，论文，戏剧等。
Sternberg认为存在三种智力，分析性智力、创造性智力和实践性智力，这三种智力在言语、形象、数字、操作领域中都是存在的，不同的智力其有效开发方式是不同的。他以教学方式为自变量，观察了不同智力倾向与教学方式的交互作用，发现了与智力倾向相匹配的教学取得了较好的学习成绩，从而也就能够促进智力发展。
1.6 知识表征重组开发模式
知识表征重组开发模式认为知识成分在智力活动起到模式性调节作用，适应不良的智力管理模式与阻碍智力行为的陈述性知识和程序性知识以及对环境的错误认识等关系密切，对这些知识重组和改造，形成良好的适应性模式，是智力开发的主要内容。知识表征包括概念性、信念性、价值性、情感性陈述性知识以及有关思考过程、认识过程、反省和管理这些过程的程序性知识，这些知识或者以内隐的智力理论、认知理论起到方法论作用[34]，或者通过个体的知识背景起调节作用、或者通过智力技能组织方式直接影响智力操作。朴素心理理论对这个方面的研究较多，朴素的智力理论对知识、智能具有组织框架作用，并能够引导个体进行与能力有关信息的理解、解释和预测[35]，不良的朴素智力理论会产生不良的智力行为适应模式。代表性的研究有Perkins的不良程序性知识驱动的四种不适应性认知模式，包括思维草率、思维狭窄、思维模糊以及思维缺乏组织[36]，Gardner对知识的朴素理论和错误认知的研究，Dweck对理解过程的朴素认识研究[37]。
教会学习者如何学习，形成有效的学习策略和解决问题策略以及有效的智力活动内隐理论是智力开发模式的主要任务。有关的开发实践常见于在教育领域内学习策略训练和学法指导。这方面的开发包括了记忆策略、注意策略、思维策略、创造技法等程序性知识学习以及对学习过程的认识了解和体验活动。
1.7 环境重组开发模式
环境重组开发观点认为智力是适应环境的主要机制，环境会对适应机制提出不同的挑战和机遇，要求复杂程度和方式不同的智力活动，其结果导致了智力水平和典型智力活动方式差异，通过改变环境以及对智力认识也可以提高智力。其理念与对环境对智力功能的影响、智力跨文化研究以及朴素智力观念的研究结论是一致的。对Flynn Effect的研究表明：改善环境有助于提高智力功能水平，Howard对120年的国际象棋发展研究表明：国际象棋能力水平提高与环境不断改善联系紧密[38]，Blair认为该效应与儿童个体的早期教育的提前有关，数学教育环境和正规教育的发展促进了神经系统的发育，从而提高智力功能水平[39]；对智力的跨文化、朴素智力观的研究发现，不同生态环境压力可产生了相异的生产生活方式，结果导致智力操作和对聪明的看法的差异，陈中永、郑雪对中国多民族的认知方式和智力的朴素观念以及环境之间的关系研究也说明了环境与智力之间的复杂关系[40]。
环境重组模式一方面是通过直接改变环境特征来实现，另一方面也可以通过改变个体与环境的关系状态来实现环境的塑造，前者是通过提供更有利于个体的环境刺激来实现智力开发，本质上属于自上而下的数据驱动加工来实现，后一种是通过改变个体对环境的认识来改变个体对环境行为反应进而影响个体智力，本质上属于概念驱动。这两种改变实质上是通过改善个体在环境中使用智力活动的机会、动机水平、智力活动的复杂程度，从而提高智力水平的。Marcus(1988)的有关研究表明学习者中只有很少的一部分人对物理环境进行改变，而大部分学习者对环境选择了保持现状的行为，Salomon(1993)的研究表明，学习者经常把自己看作是信息的容器，他们认为环境是静止不变的，他们对环境中很多学习机会并不能够很好的把握，使他们在很多的问题解决过程中认知负载过多，影响着个体的智力活动的精细化的组织进程和质量[41]。这方面的开发实践处于刚刚兴起阶段。但是可以相信，在提高智力操作的水平和智力适应环境的敏感性和倾向性方面，环境重组的开发模式必将有更大的潜力。
众多的智力开发实践表明了智力并不是一个稳定不变的功能性结构，观察到的或者表现出来的只是冰山的一角，还有一部分处于潜在的状态，只要条件充分，开发方法得当，处于潜在状态的智力是可以转化为现实的智力。
2 智力开发的一些反思
从已有的研究来看，智力开发模式也存在一些问题:
第一，智力开发模式的分化研究有余，而整合不足。智力开发模式是以g因素的研究为主线，以特定层面的智力结构为基础，着眼于某一个特定的要素进行开发，缺乏对多个层面的要素的整合开发的思考。
第二，智力开发理论和实践研究落后于基础理论研究。智力基础理论是关于智力活动的基本规律的系统化认识，而智力开发理论则是关于发展智力的活动中的规律性内容的系统化认识，前者重在揭示智力活动的机制，后者重在揭示发展智力的活动机制。智力基础理论研究已经从单一的认知领域向人格、意识领域不断的拓展，非认知结构对认知结构、环境与认知、文化与认知是密切联系的，Gignac（2004）[42]和Luciano（2004）[43]等有关研究表明了智力活动同人格联系密切，Koriat和Levy-Sadot发现智力活动的有意识和无意识的元认知活动是通过表征状态相联系的[44]，这些研究成果都有待进一步为智力开发消化和吸收。
第三，关于特定群体的智力结构开发模式还没有作为研究重点。智力个体差异不仅是要素功能水平上，他还是在共性的智力结构基础上的智力结构模式的差异，针对不同群体的智力结构模式特点的智力开发模式研究，特别是对正常人群不同群体的智力开发模式还远远不够。
随着对g因素的局部心理机能和各个心理机能关系以及智力与环境关系、智力与人格关系的深入研究，未来的智力开发活动方案仍然会在局部要素开发上继续深化，但是也会在深入了解环境与认知的关系、认知与人格的关系、文化与智力适应关系、认知与朴素认识关系基础上出现整合的开发模式。然而，这需要有几个转变：
第一，g研究要由较为封闭认知系统向开放性认知系统转变。智力结构与其他心理结构、智力结构与内部世界和外部世界、生理系统相互联系，因此，应还整体心理活动背景和外部环境下的智力活动本色，承认和尊重智力的自然性和社会性。
第二，由线性思考模式向非线性的、多变量的、时变的系统论思维转变。要对智力系统在外部环境输入的条件下，内部的各个要素之间的序对关系的涨落变化进行系统思维，从整体上考察要素开发在多变量的、时变的、非线性变化中的地位与作用，真正做到有序、协调、可持续开发。
第三，由获得心理工具开发模式向获得工具和形成使用工具意愿并重开发模式转变。智力开发的终极目的不仅使个体获得有效的适应环境的中介性心理工具，而且要使个体愿意使用这些工具，如此，心理工具才真正成为个体的一部分。这就需要辩证认识动机和认知、理性和非理性的关系，把智力开发与动机激发和培养相融合，这将有助于实现有效性和意愿性的统一。
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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)
钟老师，您已经研究了几十年的信息科学。《信息科学原理》一书已经重印到第五版。您能否给读者们讲一讲，信息科学是什么？有什么特点？
钟义信：简要地说，信息科学就是研究信息及其运动规律的科学。具体地说，信息科学是“以信息为研究对象、以信息运动规律为研究内容、以信息科学方法为研究指南、以扩展人的智力能力（它是信息能力的有机整体）为研究目标”的一门新兴横断科学。
武健：从概念、定义来看，信息科学与计算机科学并不完全一样。因为信息科学是以信息运动规律为研究内容的，研究内容既不专指计算，也不是专指计算机。从这个角度思考，信息科技课程与计算机课程的内容将有很大的区别。这对于一线信息技术教师来说，了解信息科学就更加重要了。您能否给我们讲一讲信息科学的核心内容是什么？它对于整个社会能发挥什么作用？
钟义信：信息科学的概念（定义）也可以通过它的基本模型来表现（见下页图1）。
这个模型也可以简化为以下更直观一些的模型（见下页图2）。
考察信息科学的定义和它的基本模型（以及简化模型）可以知道：
信息科学最大的特点是研究“信息”（而不是物质和能量）。
它的核心内容就是研究“信息运动规律，即信息-知识-智能转换的规律”。
世间一切物质的运动都会产生信息。人类正是通过研究信息，才能认识世界（包括自然和社会）。因此，信息科学的研究目标，就是“扩展人类的智力能力，也就是扩展人类认识世界和改造世界的能力”。这就是信息科学对于整个社会的作用所在。
武健：我记得您曾经讲过信息分成主客体关系，那么我们理解基本模型与简化模型也是一步步地发展出来的。从简到繁是否可以这样理解？（如下页图3）
从信息定义的基本模型中，还可以看到信息科学在特别关注着策略，尤其是人的策略。从这个角度来看，信息科技课程中会有着一批以前没有的教学内容。技术课中的学习计算机操作的教学目标是学会操作。而信息科技框架下的课程则需要以应用技术，挖掘其中的问题解决策略，了解信息科学概念与原理为主要目标了。
每个学科都会有一批本学科的科学家，像牛顿对于物理，哈勃对于天文，欧姆对于电学……信息科学是一门新兴的横断科学，那么您认为这门学科中有代表性的信息科学家有哪些人？
钟义信：横断科学，是在概括和综合多门学科的基础上形成的一类学科。它不是以客观世界的某种物质结构及其运动形式为研究对象，而是从许多物质结构及其运动形式中抽出某一特定的共同方面作为研究对象，其研究对象横贯多个领域甚至一切领域。所以，信息科学家、信息技术专家会有自己的领域，但会在共同的信息方向有突出贡献。
如香农（Shannon）在1948年发表了论文“通信的数学理论”，奠定了“通信信息论”;维纳（Wiener）在1948年出版了著作《控制论》，奠定了随机控制理论，贝塔朗菲（Bertalanffy）在20世纪60年代出版了《一般系统论》，建立了系统论。西蒙（Simon）对功能模拟的人工智能理论做出了奠基性的贡献，费根鲍姆（Feigenbaum）是人工智能专家系统的开拓者，闵斯基（Minsky）对人工神经网络和认知理论有突出的贡献，查德（Zadeh）创建了支持信息科学研究的模糊集合和模糊逻辑， 柯尔莫戈洛夫（Kolmogorov）对信息理论和控制理论都有杰出贡献，等等。这些人都在信息科学领域有过不同方面的重要建树，都可以称之为信息科学家。
由于我国只有各种信息技术的学术机构而没有专门的信息科学的学术机构，很少纯粹信息科学方面的交流机会，因此很难确定谁是信息科学家。不过，由于我国信息化建设的迅猛发展，确实出现了不少在信息科学技术方面做出重要贡献的人员。
武健：信息科学是一门新兴的学科。既然是“新兴”，那么它一定在发展，甚至是快速发展。您认为信息科学主要研究的方向与进展如何？现阶段出现了什么样的困难？
钟义信：相对而言，信息科学是一门非常年轻的学科。因此，它的主要研究方向应当是信息科学的基础理论，研究信息的基本运动规律。其中包括信息理论、知识理论、智能理论，特别是信息、知识、智能之间的转换理论（一体化理论）。
经过半个多世纪的研究和探索，我们在这些基础研究方面取得了可喜的进展，具体表现在：建立了超越与拓展传统信息论的“全信息理论”，发现了“知识的生态学规律”，创建了“机制模拟的人工智能理论”，实现了“结构主义、功能主义、行为主义人工智能理论”的统一，还创建了“基础意识―情感―理智三位一体的高等人工智能”，特别值得提到的是，发现了意义重大的“信息转换与智能创生定律”。
在取得这些进展的过程中，发现物质科学（代表性科学是物理科学）的科学观（还原论）和方法论（分而治之）不适用于信息科学（和智能科学）研究，总结并提出了适用于信息科学研究的新的科学观和方法论。
面临的主要困难是：由于信息科学和智能理论的研究对象多数是非常复杂的问题，因此现有的数学工具不敷应用，特别是其中的逻辑理论还相当单薄，不足以支持这些复杂问题的创新研究。这是当前信息科学发展中的“瓶颈”。
武健：信息科学关系到的方法论可以分成信息科学研究的方法论和信息技术应用的方法论。根据这样的观点，在信息科技课程中，需要以完整的信息综合活动展开教学，而不适合片面地学习信息获取、信息处理某一个片段。因为信息科学方法论更强调从整体到局部，不建议从信息运动中的某一细节去理解典型的信息过程。
信息科技的方法论分成理论研究层级和技术应用层级。您认为在信息科学研究中，常用的方法与手段有哪些？
钟义信：与物理科学研究方法最大的不同，是不再采用“分而治之，各个击破”这种流行了数百年之久而且一直行之有效的传统科学研究方法论，而是改为运用全新的“信息转换与智能创生”方法论。
原因是：“分而治之”方法论在把系统分解为若干子系统的时候，必定会丢失各个子系统之间相互联系相互作用的信息，而这些信息正是复杂信息系统的生命线。就像研究人脑思维奥秘的时候，如果采用“分而治之”的方法把人脑分解为若干部分进行研究，即使把每个部分都研究好了，也无法揭示人脑思维的奥秘，因为分解之后的这些人脑部分根本无法复原为活的人脑。
“信息转换与智能创生”方法认为，信息系统是一个生态系统：由信息生成知识进而生成智能（策略），从而按照策略解决问题。它强调信息、知识、智能（策略）之间的相互联系和相互作用，强调信息、知识、智能（策略）之间的生态联系，根据外部世界客体的信息和认识主体的目的，可以通过学习创生解决问题的智能策略。
至于具体的研究工具，基本也是硬件试验和软件仿真（包括虚拟现实）。
武健：在信息科学体系中，您认为这个领域中最基本的概念和原理是什么？
钟义信：信息科学最基本的概念包括信息、知识、智能。人们往往把信息科学技术仅仅局限在“信息”范畴，这其实是对信息科学技术严重的。经过这样的信息科学技术的作用，就大大被削弱了。
信息科学最基本的原理则是：信息―知识―智能转换原理。正确运用这个基本原理，人们就可以在具体的环境中求出解决问题、而且保证实现“主客双赢”的智能策略，从而满意地解决问题。
武健：一般人都知道，现代科学与技术有着不可分割的密切关系。一方面，很多人还不知道什么是信息科学，另一方面，还不能想象信息科学与信息技术之间有什么关系。您认为两者有什么样的区别与联系？
钟义信：信息科学与信息技术是一对孪生的概念，信息科学是信息技术的理论基础，信息技术是信息科学理论的具体实现。两者相互联系，相互促进。
武健：很多人认为信息技术就是计算机技术加上网络技术，信息技术就是能够用计算机上网。这部分人觉得，信息技术就是信息技术，不是什么“关于信息的技术”。关于这些观点您是怎么看的？从信息科学的角度来看信息技术应当包含什么内容？
钟义信：只要对照信息科学的简化模型，就可以很明确地回答：信息技术不等于计算机技术和网络技术，因为这个说法很不全面，忽略了传感技术，忽略了控制技术，特别是忽略了人工智能技术。
实际上，在以往，关于“信息技术”的概念，确实曾经流行过很多各不相同的说法。其中比较出名的包括：
1C说――认为“信息技术就是Communication技术”，理由是：信息论就是通信论;也有一些人认为“信息技术就是Computer技术”，理由是：计算机就是用来处理信息的技术。
2C说――认为“信息技术就是Computer+ Communication技术”。
3C说――认为“信息技术就是Computer+ Communication + Control技术”。
但是，对照信息科学的简化模型就可以明白，这些说法都属于“以偏概全”的认识，都是不全面的认识。
从信息科学的简化模型可以非常清晰地了解到具体的信息技术内容，包括实现信息获取功能的“传感技术”，实现信息传递和策略传递功能的“通信技术”，实现信息预处理功能的“计算机技术和存储技术”，实现信息认知功能和智能决策功能的“人工智能技术”，实现策略执行功能的“控制技术”，以及实现反馈学习和策略优化的“信息系统自组织技术”等。
武健：您认为未来20～30年，信息科技最有意思的发展可能是什么？
钟义信：根据“科学技术拟人律”，未来20～30年，信息科学技术最有意义的发展将是人工智能技术。
对照信息科学简化模型就知道，扩展感觉器官功能的传感技术、扩展传导神经系统的通信技术、扩展思维器官预处理功能的计算机技术以及扩展效应器官功能的控制技术都是相对而言的技术，扩展思维器官认知功能和决策功能的人工智能技术才是核心技术。目前信息技术已经得到长足的发展（未来当然还会继续发展），这就为核心信息技术的发展打好了基础，也产生了需求。因此，未来20～30年间，人工智能科学技术必然成为发展的主导潮流。
武健：您认为学习信息科技的知识对于中小学生来说有何意义？有没有哪一部分内容需要在现阶段特别强调的？
钟义信：中小学生绝对应当学习基本的信息科学知识，掌握信息技术的基本能力。当今的时代是信息时代，不学习信息科学技术，就会成为落伍的一代，被淘汰的一代。这是非常危险的。
当然，中小学生学习信息科学技术应当遵循“循序渐进”的认知规律和“兴趣引导”的教学方法。事实上，信息科学技术本身的发展就是循序渐进的，如图4所示。
武健：您对中小学的信息科学与技术课程（不等同于计算机课程）有何期望与要求？
钟义信：根据“信息科学技术”的定义，“计算机科学技术”只是“信息科学技术”的一个组成部分。部分不等于全体，部分不能代替全体。所以，不能用“计算机”课程代替“信息科学技术”课程。
中小学的信息科学技术教育是一个极其重要的问题，又是一个十分复杂的问题。我们不能就事论事孤立地讨论中小学的信息科学技术课程，而应当把它作为“国家信息科学技术教育系统工程”来统筹考虑：小学阶段学什么？中学阶段学什么？大学阶段学什么？硕士研究生阶段学什么？博士研究生阶段学什么？等等。
按照“信息科学技术教育系统工程”的思路，中小学生应当通过“学习最为基础的信息科学概念”和“掌握最为基本的信息技术能力”形成“最浅层（然而又是准确的）的信息科学技术观念和浓厚的兴趣”。其中，“观念和兴趣”是最重要的，而“概念和能力”则是支撑这种“观念和兴趣”的支柱。
武健：钟老师，感谢您的指导。您认为2010年后，学科基本研究才逐步成熟起来。一门学科从成熟到走进基础教育往往需要十多年的工作，而信息科技课程的发展将是长期的。希望您以后能够经常关注基础教育中的信息科技课程发展，给我们更多指导。
附录：
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