第一篇：情景感知系统在智能图书馆的运用研究论文
引言
21世纪，随着网络信息的高速发展，人类社会面临着信息超载、信息爆炸等严峻问题，这使得图书馆的变迁步伐比过去任何一个时代都要迅速。智能图书馆或智慧图书馆（下文除有特别说明外统一采用智能图书馆）正是在这样的人类社会变革和剧烈的信息环境变迁中从传统图书馆、数字图书馆等概念和实践中逐步变化而来的。作为继数字图书馆之后的新一代图书馆，智能图书馆综合了感知智能化和数字图书馆服务智能化[1]，为人们提供智能化的感知、环境、管理和人性服务。而智能图书馆的智能化感知、环境、管理和服务需要借助情景感知技术才能实现。
情景感知技术通过传感器和iBeacon基站采集及用户主动输入等方式获取原始情景信息，并对原始情景信息进行处理，得出应用可以理解的高层情景信息，进而提供相关应用。
作为极具发展前景的新型信息处理技术，情景感知技术有很多种，本文把能够以独立形式存在的一项情景感知技术称为单元情景感知技术，包括各种类型的传感器技术、RFID（无线射频识别）技术，在RFID技术基础上发展而来的NFC（近场通信）技术以及苹果公司近年研发的iBeacon技术都是单元情景感知技术，而各个单元情景感知技术都有各自的发展过程。相应的单元情景感知技术发展到一定程度后，可以按照一定的技术目的和相应的模式[2]组成具备不同功能的情景感知系统。因此，按照发展阶段，情景感知应用可以分为单元情景感知技术应用阶段（孤立地应用单元情景感知技术，尚未开发应用情景感知系统）、情景感知系统应用初级阶段（开发应用具备简单功能的情景感知系统）和情景感知系统应用高级阶段（开发应用功能强大的情景感知系统）。
目前，在智能办公、旅游等领域，国内外的研究机构已经成功开发了若干具备一定功能的情景感知系统，情景感知应用已进入了情景感知系统应用初级阶段。但是，在图书馆领域，情景感知应用尚处于以RFID技术为关键技术[3]的单元情景感知技术应用阶段，众多的其他单元情景感知技术尚未推广应用到图书馆中，这限制了图书馆向智能化感知的方向发展，更难以使图书馆提供智能化的环境、管理和服务。因此，图书馆要实现智能化的感知、环境、管理和服务，关键是开发并应用情景感知系统，通过系统来整合相关单元情景感知技术，发挥集成优势。然而，尚未开发出成型的针对图书馆的情景感知系统。因此，在借鉴其他领域情景感知系统开发案例的基础上，本文构建了针对智能图书馆的情景感知系统框架，并描述了系统在图书馆中应用的场景。
1智能图书馆与情景感知技术的理论关联
1.1情景与情景感知
目前关于情景（context）、情景感知（context—awareness）的定义较多。国内通常也使用情境或上下文一词。因此，情景感知也称作情境感知，上下文感知。目前广泛使用的是Dey对情景和情景感知的定义：情景是用来描述实体情形的任何信息，其中实体是指在人与人、人与应用以及应用与应用之间的交互过程中，与这些交互操作相关的任何人物、地点或物体；Dey认为普适计算环境中使用情景的应用，不管是用台式计算机还是移动设备，都是情景感知；如果一个系统使用情景来提供相关信息和/或服务给用户（相关性取决于用户的任务），那么该系统是情景感知系统[4]。
1.2智能图书馆
目前关于智能（智慧）图书馆的定义，学界观点大致分为几个类别：
（1）智能图书馆是应用了智能技术的图书馆建筑，“是高新技术（计算机、多媒体、现代通讯、智能保安、环境监控等）与建筑艺术的有机结合。”[5]该观点又演变为“智能技术+图书馆建筑+数字图书馆”[6]，后来该观点逐渐倾向于服务与管理，认为“智能图书馆通过CPS来实现智能化的服务和管理”[7]。
（2）强调智慧图书馆的可被感知性，即“智慧图书馆综合了感知智慧化和数字图书馆服务智慧化”[1]。
（3）认为智慧图书馆的主要构成要素是物联网和图书馆数字化，将智慧图书馆定义为“智慧图书馆=图书馆+物联网+云计算+智慧化设备，它通过物联网来实现智慧化的服务和管理”[8]。
（4）认为智慧图书馆是智能化技术和智能化服务管理的结合体，技术上要体现数字化、网络化和智能化的特性，服务管理方面则要展现绿色环保和以人为本的理念，且尽可能满足用户个性化需求。
不难发现，以上四类观点中对智能图书馆的阐释都包含有情景感知技术。无论是强调技术还是侧重于服务与管理，亦或是聚焦于可被感知性、移动性等要素，智能图书馆都必须建立在以RFID技术和各类传感器技术等情景感知技术获取图书馆的用户、资源、环境等各方面的情景信息，并在情景信息数据挖掘的基础上形成智能图书馆智能化环境、智能化管理和智能化服务的基本框架上。
2情景感知的应用
2.1情景感知的应用实践
情景感知已在许多领域有了应用，包括旅游、智能办公、智能家居、医疗卫生等领域。计算科学领域也在研究情景感知技术应用，尤其在移动计算、可穿戴计算、普适计算、人机交互等方面[9]。随着传感器技术、RFID技术等单元情景感知技术的不断发展，国内外很多研究机构开展了在智能办公、旅游等领域的情景感知系统项目研究，有的项目已经形成体系并逐渐开始商业应用，典型的项目包括ActiveBadge、ActiveMap、Cyberguide、EasyLiving、SmartClassroom等。可见，在智能办公、旅游等领域，国内外的研究机构已经开发成功了若干具备一定功能的情景感知系统，情景感知应用已进入了情景感知系统应用初级阶段。
2.2情景感知在图书馆领域的应用前景
在图书馆领域，国内外已有许多高校图书馆和公共图书馆应用了RFID图书管理系统，将RFID技术应用到了自助借还图书、馆藏管理、门禁系统等方面，大幅提高了图书馆的信息化管理程度，比如国外的新加坡国家图书馆和国内的深圳图书馆新馆[10]。但是，RFID技术仅仅是一种单元情景感知技术，众多其他的单元情景感知技术尚未在图书馆中得到推广应用。
总体来看，在图书馆领域，情景感知应用尚处于以RFID技术为关键技术[3]的单元情景感知技术应用阶段。由情景感知在智能办公、旅游等领域已进入情景感知系统应用初级阶段可知，许多单元情景感知技术已经发展到了一定程度，因此，开发针对图书馆领域的情景感知系统所面临的技术问题已不再难以解决。本文认为，可以开发针对图书馆的情景感知系统，通过情景感知系统整合相关的单元情景感知技术，发挥集成优势，以促进图书馆向智能图书馆转型。
结合开发情景感知系统的案例，可以发现，将低层信息处理与高层应用开发分开，通过引入框架来处理原始情景信息的采集、推理等以降低系统开发难度是目前通用的做法[11]。因此，构建框架是开发情景感知系统的关键。
3智能图书馆情景感知系统的框架构建
关于情景感知系统框架的研究很多，目前已有大量的情景感知系统框架，如Gaia是基于通信中间件上的系统框架，Aura、ACAI都是基于多代理的框架，ActiveCampus是基于客户/服务器架构的框架，CAPNET是支持移动多媒体应用的感知计算框架，SOCAM是面向情景感知服务且包含基于本体的情景模型的系统框架，CASA是具有安全保证的情景感知系统框架[11]。
通过借鉴众多系统框架，本文将智能图书馆情景感知系统框架分为三层，分别是情景获取层，情景处理层，情景应用层，框架如图1所示。
3.1情景获取层
情景获取层位于系统的最底层，主要功能是通过无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSNs）技术、RFID（RadioFrequencyIdentification）技术、NFC技术和iBeacon技术等情景感知技术获取原始的情景信息，并对情景信息进行初步处理，然后提供给上一层做处理。
WSNs、RFID、NFC与iBeacon是四种各具优势的互补的情景感知技术，可以在图书馆中组合使用。
WSNs包含多种传感器，可以感知、获取许多类型情景信息，并可以覆盖整个图书馆，但是单个节点价格适中且寿命短，标示和识别能力较弱。因此，可以用RFID或NFC标签代替部分节点以节省成本，与iBeacon基站结合使用以提高获取用户情景信息的力度。
RFID可以应用到图书馆很多方面，包括：RFID标签代替条形码作为图书标签；应用到自助图书查询、自助借还图书、自助扫描、自助打印、自助复印、自助充值与自助缴费等自助业务、门禁系统中；协助馆员对图书快速编目、分拣、盘点、查找、定位和顺架。
NFC向下兼容RFID，可以看做RFID的演进版本，并且相较于RFID，NFC具有距离近、带宽高、能耗低、保密性和安全性高等特点。
但由于推出时间较短，加上前期的标准之争，在国内的发展明显落后于国外，主要应用于移动支付等领域，在国内图书馆界尚未有应用实例。但在国外已有应用，奥地利城市克拉福根和日本饭能市已将NFC标签成功用于图书馆中[12]。因此，对于已应用RFID技术的图书馆，可以引入NFC对RFID系统进行升级改造；尚未应用RFID技术的图书馆，可以根据自身情况，应用RFID或NFC或两者结合应用。
iBeacon基站在获取用户情景信息方面效果优于WSNs，而且续航时间长，可以与WSNs结合使用，共同获取用户的位置、轨迹等情景信息，以保证更好的效果；可以向用户推送个性化的情景信息，如借书到期信息、讲座信息、培训信息等；可以实现厘米级的精确室内导航，优于WiFi室内导航效果，从而指引用户快速找到所需图书或指引用户到相应位置。
总之，在情景获取层，结合WSNs、RFID、NFC、iBeacon等情景感知技术，可明显提高感知、获取原始情景信息的效率。情景处理层对原始情景信息进行初步处理后，按相应的数据格式和要求提交给情景处理层处理。
3.2情景处理层
情景处理层是整个系统的核心功能层，包括情景信息处理、情景解释器、情景管理器三个主要模块[9]：
（1）情景信息处理：该模块的主要功能是把情景获取层提交的情景信息转化成规范的情景信息，该过程本质上是一种情景建模过程。目前有很多情景感知系统框架采用了各种情景建模方法，但是大部分情景建模方法适应的情形并不相同，缺乏普适性。对情景建模的研究按时间可以分为早期的键值对模型、中期的重点域模型和近期的智能模型。
近期的智能模型可以归纳为基于对象角色的情景建模、基于模式标识的情景建模、基于空间的情景建模、基于本体的情景建模、面向对象的情景建模、基于逻辑的建模、高层次的情景抽象建模、不确定性的情景建模这八种建模方法。鉴于要筛选针对情景处理层的建模方法，所以首先排除针对高层模型的高层次情景抽象建模和更适合高层模型的基于逻辑的建模。基于情景信息的繁杂性和海量性等特点，情景建模方法要满足可理解性、时效性与时序性、存储性与查询性、关联性、推理性、可分布式、应用性、维护性这八个要求，基于此，本文对剩下的六种建模方法进行对比分析，结果如表1所示（“+”代表该属性较好，“—”代表该属性较差）[13]。由表1可知，在可理解性和应用性方面，六种建模方法差异较小；在其他六个属性方面，六种建模方法差异较大。综合比较，在这八个属性方面，面向对象的情景建模最为优秀。因此，面向对象的情景建模更适合作为图书馆情景感知系统的建模方法。
（2）情景管理器：该模块主要负责对情景信息和系统的管理，接受用户自定义的情景信息规则，并存储到情景数据库中。该模块可以整体地设置和管理系统，并直接操作和管理智能图书馆内的设备。用户可以通过手持设备连接到情景管理器，对系统情景信息规则进行设置和修改。
（3）情景解释器：该模块包括情景数据库和情景推理引擎两个子模块。情景数据库用来记录历史情景信息和用户自定义的情景信息规则，这些规则从情景管理器中读取并存储在情景数据库中。这些规则作为情景推理的依据，供情景推理引擎使用，推理结果会反馈给情景数据库，作为历史情景信息存储起来。情景推理引擎用来将低层的情景信息转化为高层的情景信息，是情景处理层的核心模块。该模块整合经过情景信息处理模块处理过的情景信息，利用用户自定义的情景信息规则和历史情景信息进行简单的情景推理。
3.3情景应用层
情景应用层位于情景感知系统顶层，该层提供人机交互接口，从情景解释器中获取高层情景信息，根据情景推理的结果提供智能化的环境，为管理者提供智能化的管理，并为用户提供智能化的服务。
4情景感知系统对于构建智能图书馆的价值
基于上述的情景感知系统框架，可以开发智能图书馆情景感知系统。而当开发并应用成熟的情景感知系统，即情景感知应用在图书馆领域处于情景感知系统应用高级阶段时，智能图书馆会产生巨大变化，可以从环境、管理、服务这三个角度来描述。
4.1智能化的环境
智能化的环境包括智能的照明系统、智能的温湿度控制系统、智能的消防与安保系统等[3]。智能照明系统通过在馆内部署大量的光敏传感器，实时采集各个区域的亮度信息，根据光线的强弱，可以自动打开、关闭窗帘，并调节灯光的亮度；智能温湿度控制系统通过在馆内部署大量的温湿度传感器，实时采集、监控各区域不同点位的温度、湿度，并根据人体适宜的温湿度对空调进行自动调节；智能消防系统通过在馆内部署大量烟雾传感器和视频监控系统，对各区域进行实时监控，可以在第一时间自动开启喷淋系统灭火，并及时通知管理者和消防部门[14]。情景感知系统使馆内各种设备更加智能化的运行，从而优化了人力和物质资源的配置，降低了能耗和成本。
4.2智能化的管理
智能化的管理主要包括行政管理、图书管理、用户管理。行政管理方面，借助情景感知系统，馆员的工作效率大幅提升，并从许多繁琐的日常事务中解脱出来，比如开关灯、空调等设备。图书管理方面，可以为图书贴上NFC标签，以简化图书的编目、分拣、盘点、查找、定位、顺架等工作。用户管理方面，通过用户的情景数据库来获知其历史记录，从而分析得出其阅读偏好，进而提供个性化服务；通过统计分析所有用户的情景数据库，以改善馆藏结构等。此外，内置NFC芯片的智能手机或者可穿戴设备，如智能眼镜、智能手表、智能手环等（下文统称为智能设备）已经代替了传统的借书证，用户可以通过这些智能设备办理许多自助业务。
4.3智能化的服务
借助情景感知系统，图书馆可以为用户提供智能化的服务。按照用户进入图书馆的流程及主要的需求，常见的情景感知服务包括：
（1）注册服务：当新用户刚进入图书馆时，情景感知系统会自动标记用户为未知用户，并主动与用户的内置NFC芯片的智能设备通信，由用户输入相关认证信息，从而迅速完成用户注册过程。用户可以通过这些智能设备随时设置联系方式等用户信息，而这些用户信息经过用户同意后会自动存储到用户个人的情景数据库中。
（2）导航服务：用户进入图书馆时，通过其智能设备连入情景感知系统，获取图书馆的实时立体场景，并可通过语音输入或文字输入等方式查找路线或图书等，系统会自动提供最优路线和精确位置。
（3）定制服务：用户根据自己的需求、目的、爱好等定制自己所需的资源、服务、专家和用户界面，并可以选择手机定制、Email定制等定制方式。
（4）推送服务：用户可自行设置是否获取推送信息及推送信息的时间、地点、类型。
（5）参考咨询服务：在智能图书馆中，系统可以为用户提供网络虚拟参考咨询、QQ、微信、微博等多种形式的参考咨询服务。例如，用户在寻找就业类书籍时难以选择合适书籍，便可以通过网络虚拟参考咨询服务获取相关参考内容。
5结语
情景感知系统在构建智能图书馆中具有重要作用。虽然情景感知在图书馆领域的应用尚处于以RFID技术为关键技术的单元情景感知技术应用阶段，尚未开发出成型的针对图书馆的情景感知系统，但随着传感器技术、RFID技术、NFC技术、iBeacon技术等单元情景感知技术的不断发展，以及在智能办公、旅游等领域已经开发出情景感知系统，本文认为，针对图书馆领域的情景感知系统开发所面临的技术问题已经不再难以解决。为此，本文构建了情景感知系统的框架，并描述了图书馆领域处于情景感知系统应用高级阶段时情景感知系统对图书馆的环境、管理和服务产生的巨大变化。针对图书馆的情景感知系统将在不久的将来得到开发并应用，为图书馆的发展注入新的活力，大力推动图书馆步入智能化的新时代。
参考文献
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第二篇：智能制造系统论文
智能制造概述
摘要：介绍了智能制造提出的背景、主要研究内容和目标, 人工智能与 I M T、I M S的关系, I M S 和C I M S, 智能制造的物质基础及理论基础, 智能制造系统的特征及框架结构, 并简要介绍了智能加工中心 IMC, 智能制造技木的发展趋势，以及智能制造系统研究成果及存在问题。关键词：智能制造，IMS, IMC, IMT。
Abstract：Intelligent Manufacturing introduced the background, main contents and objectives, Artificial Intelligence and IMT, IMS relations, IMS and CIMS, intelligent manufacturing and the material basis of the theoretical basis of the characteristics of intelligent manufacturing system and the framework structure, and gave a briefing on intelligence Machining Center IMC, intelligent manufacturing technology development trend of wood, as well as the Intelligent Manufacturing Systems research results and problematic.Key words: Intelligent Manufacturing, IMS, IMC, IMT。
一.智能制造提出的背景
制造业是国民经济的基础工业部门, 是决定国家发展水平的最基本因素之一。从机械制造业发展的历程来看, 经历了由手工制作、泰勒化制造、高度自动化、柔性自动化和集成化制造、并行规划设计制造等阶段。就制造自动化而言, 大体上每十年上一个台阶: 50～ 60年代是单机数控, 70 年代以后则是CNC 机床及由它们组成的自动化岛, 80 年代出现了世界性的柔性自动化热潮。与此同时, 出现了计算机集成制造, 但与实用化相距甚远。随着计算机的问世与发展, 机械制造大体沿两条路线发展: 一是传统制造技术的发展, 二是借助计算机和自动化科学的制造技术与系统的发展。80年代以来, 传统制造技术得到了不同程度的发展,但存在着很多问题。先进的计算机技术和制造技术向产品、工艺和系统的设计人员和管理人员提出了新的挑战, 传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题, 这就促使我们借助现代的工具和方法, 利用各学科最新研究成果, 通过集成传统制造技术、计算机技术与科学以及人工智能等技术, 发展一种新型的制造技术与系统, 这便是智能制造技术(In telligen t M anufactu r ingTechno logy, I M T)与智能制造系统(In telligen tM anufactu r ing System , I M S)[1 ]。
年代以后, 世界各国竞相大力发展 I M T 和I M S 的深层次原因有:(1)集成化离不开智能 制造系统是一个复杂的大系统, 其中有多年积累的生产经验, 生产过程中的人—机交互作用, 必须使用的智能机器(如智能机器人)等。脱离了智能化, 集成化也就不能完美地实现。
(2)机器智能化比较灵活 可以选择系统智能化, 也可以选择单机智能化;单机可发展一种智能,也可发展几种智能;无论在系统中或单机上, 智能化均可工作, 不像集成制造系统, 只有全系统集成才可工作。
(3)智能化的经济效益较高 现有的计算机集成制造系统(Compu ter In tegratedM anufactu r ingSystem , C I M S)少则投资数千万元, 多则投资数亿元乃至数十亿元, 很少有企业能承担得起, 而且投入正常运行的很少, 维护费用也高, 还要废弃原有的设备, 难以推广。
(4)白领化使得有丰富经验的机械工人和技术人员日益缺少，产品制造技术越来越复杂, 促使使用人工智能和知识工程技术来解决现代化的加工问题。(5)工厂生产率的提高更多地取决于生产管理和生产自动化 人工智能与计算机管理相结合, 使得不懂计算机的人也能通过视觉、对话等智能手段实现生产管理的科学化。
总之，以计算机信息技术为基础的高新技术得到迅猛发展 ,为传统的制造业提供了新的发展机遇。计算机技术、信息技术、自动化技术与传统制造技术相结合 ,形成了先进制造技术概念。冷战结束以后 ,国际间竞争的重点由单纯的军事实力较量转向以发展经济和提高国民生活水平的综合国力较量 ,随之而来的这种国际间高新技术领域的竞争愈演愈烈 ,且其发展形式由最初的仅依托本国的人力、物力和财力 ,发展到国际间的大规模合作。近年来由发达国家倡导的面向21世纪的 “智能制造系统”、“信息高速公路” 等国际研究计划 ,无疑是该背景下的产物 ,也是国际间进行高科技研究开发的具体表现和积极占领 21 世纪高科技制高点的象征。二.主要研究内容和目标
智能制造在国际上尚无公认的定义。目前比较通行的一种定义是, 智能制造技术是指在制造工业的各个环节, 以一种高度柔性与高度集成的方式,通过计算机来模拟人类专家的制造智能活动。因此, 智能制造的研究开发对象是整个机械制造企业, 其主要研究开发目标有二: ①整个制造工作的全面智能化, 它在实际制造系统中首次提出了以机器智能取代人的部脑力劳动作为主要目标, 强调整个企业生产经营过程大范围的自组织能力;②信息和制造智能的集成与共享, 强调智能型的集成自动化。目前, I M T 和 I M S 的研究方向已从最初的人工智能在制造领域中的应用(A i M)发展到今天的I M S, 研究课题涉及的范围由最初仅一个企业内的市场分析、产品设计、生产计划、制造加工、过程控制、信息管理、设备维护等技术型环节的自动化, 发展到今天的面向世界范围内的整个制造环境的集成化与自组织能力, 包括制造智能处理技术、自组织加工单元、自组织机器人、智能生产管理信息系统、多级竞争式控制网络、全球通讯与操作网等。
由日本提出的 I M S 国际合作研究计划对 I M S的解释可以看出, I M S 的研究包括智能活动、智能机器以及两者的有机融合技术, 其中智能活动是问题的核心。在 I M S 研究的众多基础技术中, 制造智能处理技术是最为关键和迫切需要研究的问题之一, 因为它负责各环节的制造智能的集成和生成智能机器的智能活动。在一个国家甚至世界范围内, 企业之间有着密切的联系, 譬如, 采用相同的生产设备和系统, 有着类似的生产控制与管理方式,上下游产品之间的联系, 等等。其间存在的突出问题是产品和技术的规范化、标准化和通用化、信息自动交换形式与接口以及制造智能共享等。
国际 I M S 计划的基本观点如下: ①I M S 是21世纪的制造系统, 必须开发与之相适应的制造技术;②应对这些技术进行组织化和系统化;③加强技术的标准化;④考虑人的因素;⑤保护环境。该计划由已有生产技术的体系化和标准化、21 世纪生产技术的研究与开发两大部分构成。
1992 年4 月在日本召开的第一次国际技术委员会, 确定了4 个主题: ①技术课题;②选择原则;③评价程序;④执行准则。由国际 I M S 中心成员提出的首批10 项研究课题是①企业集成;②全球制造;③系统单元技术;④清洁制造技术;⑤人与组织研究;⑥先进的材料加工技术;⑦全球并行工程(评估和实施);⑧自主模块的系统设备与分布控制;⑨快速产品开发;b k知识系统化(设计与制造)。美国国家科学基金会(N SF)已连续数年重点资助了与智能制造有关的研究项目, 这些项目覆盖了智能制造的绝大部分技术领域, 包括制造过程中的智能决策、基于多施主(mu lt i-agent)的智能协作求解、智能并行设计、物流传输的智能自动化、智能加工系统和智能机器等。
日本提出的智能制造系统国际合作计划, 以高新计算机为后盾、深受其 “真空世界” 计算机研究计划的影响。其主要研究内容如下: ①强调部分代替人的智能活动, 实现部分人的技能;②使用智能计算机技术来集成设计制造过程, 使之一体化, 以虚拟现实技术实现虚拟制造, 以多媒体的人机接口技术、虚拟现实技术, 实现职业教育;③强调全球制造网络的生产制造技术, 通过卫星、In ternet 和数字电话网络实现全球制造;④强调智能化与自律化的智能加工系统以及智能化CNC、智能机器人的研究。⑤重视分布式人工智能技术的应用, 强调自律协作代替集中递阶控制。
I M T 与 I M S 的研究与开发对于提高产品质量、生产效率和降低成本, 提高国家制造业响应市场变化的能力和速度, 以及提高国家的经济实力和国民的生活水准, 均具有重大的意义。其研究目标是要实现将市场适应性、经济性、人的重要性、适应自然和社会环境的能力、开放性和兼容能力等融合在一起的生产系统: ①使整个制造过程实现智能化, 并具有自组织能力;②I M S 是一个集成许多工厂和多种机器设备的混合系统;③具备满足各种社会需求的柔性;④能充分发挥人的作用;⑤易于操作;⑥总效率高;⑦能避免重复投资等。人工智能的目的是为了用技术系统来突破人的自然智力的局限性 ,达到对人脑的部分代替、延伸和加强的目的 ,使那些单靠人的天然智能无法进行或带有危险性的工作得以完成 ,从而使人类的智慧能集中到那些更富于创造性的工作中去。人是制造智能的重要来源 ,在制造业走向智能化过程中起着决定性作用。目前在整体智能水平上 ,与人工系统相比 ,人的智力仍然是遥遥领先的。人工智能模拟的蓝本主要是人类的智能 ,但人类的智能是随时间不断变化的 ,而这种变化又是无止境的 ,只有人与机器有机高度结合 ,才能实现制造过程的真正智能化。智能制造被称为新世纪的制造技术 ,目前之所以还不能实现 ,是由于要受到目前科学技术、人以及经济等诸多方面的制约。智能与思维智能 ,就是在各种环境和目的的条件下正确制定决策和实现目的的能力。在这里 ,给定的环境和目的是问题的约束条件 ,制定正确的决策是智能的中心环节 ,而有效地实现目的 ,则是智能的评判准则。从信息处理的角度讲 ,智能可以看成是获取、传递、处理、再生和利用信息的能力。而思维能力是整个智能活动中最复杂、最核心的部分 ,主要指处理和再生信息的能力。这种信息处理的过程是十分复杂和多样化的 ,归纳起来 ,大体可分为 3 种基本的类型 ,即:经验思维、逻辑思维和创造性思维。在工艺设计过程中 ,这三种类型的思维都存在 ,在不同层次的决策中起着重要作用。
总之，智能制造技术是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。其具体表现为:智能设计、智能加工、机器人操作、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能装配、智能测量与诊断等。它强调通过“ 智能设备 ” 和“ 自治控制 ” 来构造新一代的智能制造系统模式。智能制造系统具有自律能力、自组织能力、自学习与自我优化能力、自修复能力 ,因而适应性极强 ,而且由于采用 VR技术 ,人机界面更加友好。因此 , I M技术的研究开发对于提高生产效率与产品品质、降低成本 ,提高制造业市场应变能力、国家经济实力和国民生活水准 ,具有重要意义。智能制造是制造系统柔性自动化和集成自动化的新发展和重要组成部分 ,因此未来智能制造将向智能集成的方向发展 ,未来智能制造的研究将着重于智能传感与检测(如智能传感器、智能传感与检测技术、光纤传感技术等)。
三.人工智能与 I M T、I M S 人工智能的研究, 一开始就未能摆脱制造机器生物的思想, 即 “机器智能化”。这种以 “自主” 系统为目标的研究路线, 严重地阻碍了人工智能研究的进展。许多学者已意识到这一点, Feigenbaum、N ew ell、钱学森从计算机角度出发, 提出了人与计算机相结合的智能系统概念。目前国外对多媒体及虚拟技术研究进行大量投资, 以及日本第五代智能
计算机研制计划的搁浅等事例, 就是智能系统研究目标有所改变的明证。
人工智能技术在机械制造领域中的应用涉及市场分析、产品设计、生产规划、过程控制、质量管理、材料处理、设备维护等诸方面。结果是开发出了种类繁多的面向特定领域的独立的专家系统、基于知识的系统或智能辅助系统, 形成一系列的 “智能化孤岛”。随着研究与应用的深入, 人们逐渐认识到, 未来的制造自动化应是高度集成化与智能化的
人—机系统的有机融合, 制造自动化程度的进一步提高要依赖于整个制造系统的自组织能力。如何提高这些 “孤岛” 的应用范围和在实际制造环境中处理问题的能力, 成为人们的研究焦点。在80 年代末和90 年代初, 一种通过集成制造自动化、新一代人工智能、计算机等科学技术而发展起来的新型制造工程—— I M T 和新——代制造系统—— I M S 便脱颖而出。
人工智能在制造领域中的应用与 I M T 和I M S 的一个重要区别在于, I M S 和 I M T 首次以部分取代制造中人的脑力劳动为研究目标, 而不再仅起 “辅助和支持” 作用, 在一定范围还需要能独立地适应周围环境, 开展工作。
四.I M S 和C I M S C I M S 发展的道路不是一帆风顺的。今天,C I M S 的发展遇到了不可逾越的障碍, 可能是刚开始时就对C I M S 提出了过高的要求, 也可能是C I M S 本身就存在某种与生俱来的缺陷, 今天的C I M S 在国际上已不像几年前那样受到极大的关注与广泛地研究。从C I M S 的发展来看, 众多研究者把重点放在计算机集成上, 从科学技术的现状看, 要完成这样一个集成系统是很困难的。
C I M S 作为一种连接生产线中的单个自动化子系统的策略, 是一种提高制造效率的技术。它的技术基础具有集中式结构的递阶信息网络。尽管在这个递阶体系中有多个执行层次, 但主要控制设施仍然是中心计算机。C I M S 存在的一个主要问题是用于异种环境必须互连时的复杂性。在C I M S 概念下, 手工操作要与高度自动化或半自动化操作集成起来是非常困难和昂贵的。在C I M S 深入发展和推广应用的今天, 人们已经逐渐认识到, 要想让C I M S 真正发挥效益和大面积推广应用, 有两大问题需要解决: ①人在系统中的作用和地位;②在不作很大投资对现有设施进行技术改造的情况下亦能应用C I M S。现有的C I M S概念是解决不了这两个难题的。今天, 人力和自动化是一对技术矛盾, 不能集成在一起, 所能做的选择, 或是昂贵的全自动化生产线, 或是手工操作, 而缺乏的是人力和制造设备之间的相容性,人机工程只是一个方面的考虑, 更重要的相容性考虑要体现在竞争、技能和决策能力上。人在制造中的作用需要被重新定义和加以重视。
事实上, 在70 年代末和80 年代初, 人们已开始认识到人的因素在现代工业生产中的作用。英国出版公司(IFS)于 1984 年就首次发起了第一届“制造中人的因素” 研讨会, 目的在于提高人们对制造环境中人的因素及其所起作用的认识。事实证明, 人是 I M S 中制造智能的重要来源。值得指出的是, C I M S 和 I M S 都是面向制造过程自动化的系统, 两者密切相关但又有区别。
C I M S 强调的是企业内部物料流的集成和信息流的集成;而 I M S 强调的则是更大范围内的整个制造过程的自组织能力。从某种意义上讲, 后者难度更大, 但比C I M S 更实用、更实际。C I M S 中的众多研究内容是 I M S 的发展基础, 而 I M S 也将对C I M S 提出更高的要求。集成是智能的基础, 而智能也将反过来推动更高水平的集成。I M T 和 I M S 的研究成果将不只是面向21 世纪的制造业, 不只是促进C I M S 达到高度集成, 而且对于FM S、M S、CNC 以至一般的工业过程自动化或精密生产环境而言, 均有潜在的应用价值。有识之士对人工智能技术、计算机科学和C I M S 技术进行了全面的反思。他们在认识机器智能化的局限性的基础上, 特别强调人在系统中的重要性。如何发挥人在系统中的作用, 建立一种新型的人—机的协同关系, 从而产生高效、高性能的生产系统, 这是当前众多学者都会提出的问题, 也正是C I M S 所忽视的关键因素, 这一因素导致了C I M S 发展中不可逾越的障碍。值得一提的是有的学者特别强调 “人件(Humanw are)” 在系统中的重要性, 提出C I M S 的开放结构体系思想。最引人注目的是欧共体的ESPR IT 计划中单独列出的一个研究子项, 即 “以人为中心的C I M S”。甚至有人索性称以人为中心的 C I M S 为 H I M S(HumanIn tegrated M anufactu r ing System), 指出集成制造系统首先是 “人的集成”。耐人寻味的是, 目前研究的 “精良生产” 与 “敏捷制造” 等新型制造系统的主要出发点也是强调 “人” 的作用, 即 “以人为中心”。
五．智能制造的物质基础及理论基础 1.智能制造系统的物质基础主要有:
(1)数控机床和加工中心 美国于 1952 年研制成功第一台数控铣床 ,使机械制造业发生一次技术革命。数控机床和加工中心是柔性制造的核心单元技术。(2)计算机辅助设计与制造提高了产品的质量和缩短产品生产周期 ,改变了传统用手工绘图、依靠图纸组织整个生产过程的技木管理模式。
(3)工业控制技术、微电子技术与机械工业的结合 — — — 机器人开创了工业生产的新局面 ,使生产结构发生重大变化 ,使制造过程更富于柔性扩展了人类工作范围。
(4)制造系统为智能化开发了面向制造过程
中特定环节、特定问题的 “智能化孤岛”,如专家系统、基干知识的系统和智能辅助系统等。
(5)智能制造系统和计算机集成制造系统用
计算机一体化控制生产系统 ,使生产从概念、设计到制造联成一体 ,做到直接面向市场进行生产 ,可以从事大小规模并举的多样化的生产;近年来 ,制造技术有了长足的发展和进步 ,也带来了很多新问题。数控机床、自动物料系统、计算机控制系统、机器人等在工业公司得到了广泛的应用 ,越来越多的公司使用了 “计算机集成制造系统(CIMS)”、“柔性制造系统(FMS)”、“工厂自动化(FA)”、“多目标智能计算机辅助设计(M1CAD)”、“模块化制造与工厂(MXMF)、并行工程(CE)”、“智能控制系统(ICS)” 以及 “智能制造(IM)”、“智能制造技术(IMT)” 和 “智能制造系统(IMS)” 等等新术语。先进的计算机技术、控制技术和制造技术向产品、工艺和系统的设计师和管理人员提出了新的挑战 ,传统的设计和管理方法不能再有效地解决现代制造系统提出的问题了。要解决这些问题、需要用现代的工具和方法 ,例如人工智能(AI)就为解决复杂的工业问题提出了一套最适宜的工具。2.智能制造技术的理论基础
智能制造技术是采用一种全新的制造概念和实现模式。其核心特征强调整个制造系统的整体“智能化” 或 “自组织能力” 与个体的 “自主性”。“智能制造国际合作研究计划J IRPIMS” 明确提出: “智能制造系统是一种在整个制造过程中贯穿智能活动 ,并将这种智能活动与智能机器有机融合 ,将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起来的能发挥最大生产力的先进生产系统”。基于这个观点,在智能制造的基础理论研究中 ,提出了智能制造系统及其环境的一种实现模式 ,这种模式给制造过程及系统的描述、建模和仿真研究赋予了全新的思想和内容 ,涉及制造过程和系统的计划、管理、组织及运行各个环节 ,体现在制造系统中制造智能知识的获取和运用 ,系统的智能调度等 ,亦即对制造系统内的物质流、信息流、功能决策能力和控制能力提出明确要求。作为智能制造技术基础 ,各种人工智能工具 ,及人工智能技术研究成果在制造业中的广泛应用 ,促进了智能制造技术的发展。而智能制造系统中 ,智能调度、智能信息处理与智能机器的有机融合而构成的复杂智能系统 ,主要体现在以智能加工中心为核心的智能加工系统的智能单元上。作为智能单元的神经中枢——智能数控系统 ,不仅需要对系统内部中各种不确定的因素如噪声测量、传动间隙、摩擦、外界干扰、系统内各种模型的非线性及非预见性事件实施智能控制 ,而且要对制造系统的各种命令请求做出智能反应。这种功能已远非传统的数控系统体系结构所能胜任 ,这是一个具有挑战性的新课题。对此有待研究解决的问题有很多 ,其中包括智能制造机理、智能制造信息、制造智能和制造中的计算几何等。总之 ,制造技术发展到今天 ,已经由一种技术发展成为包括系统论、信息论和控制论为核心的、贯穿在整个制造过程各个环节的一门新型的工程学科 ,即制造科学。制造系统集成与调度的关键是信息的传递与交换。从信息与控制的观点来看 ,智能制造系统是一个信息处理系统 ,由输入、处理、输出和反馈等部分组成。输入有物质(原料、设备、资金、人 员)、能量与信息;输出有产品与服务;处理包括物料的处理与信息处理;反馈有产品品质回馈与顾客反馈。制造过程实质上是信息资源的采集、输入、加工处理和输出的过程 ,而最终形成的产品可视为信息的物质表现形式。
六．智能制造系统的特征及框架结构
1.为了提出有我国特色的智能制造模式 ,首先要搞清智能系统应具有什么特征。当前对智能系统的理解有两种不同的意见:一种是从科学的角度来看这个问题的意见 ,即认为只有具备下列特征的系统才能称为智能系统:一个系统既具有人类智能(或部分地),又具有与人类实现其智能相似的过程与途径。另一种是从工程的角度来看这个问题的意见 ,即认为一个系统只要具有(或部分具有)人类智能就称为智能系统 ,而不管实现其智能的过程与途径。我们这里所讨论的问题是关于智能制造系统的问题 ,也就是从工程角度来讨论智能系统的问题。我们认为:在工程上 ,智能系统的特征有以下几个方面 ,具有下列特征之一的系统 ,从工程角度看 ,就可称为智能系统：(1)多信息感知与融合;(2)知识表达、获取、存储和处理(主要是识别、设计、计算、优化、推理与决策);(3)联想记忆与智能控制;(4)自治性 自相似、自学习、自适应、自组织、自维护;(5)机器智能的演绎(分解)与归纳(集成);(6)容错。
2.智能制造系统模式的框架结构
整个系统是一个多智能体分布式网络结构 ,分成四个部分:中心层、管理层、计划层和生产层。每个层由具有自治性的多智能体组成 ,这种多智能体具有相似的结构 ,但根据任务的不同而有不同的自学习、自适应、自组织、自维护功能。智能系统有一定的容错能力 ,可以在不完整的信息或偶然误差出现时正常地工作。系统与因特网兼容 ,可以进行企业动态联盟、招标、投标及电子商务 ,还可形成虚拟制造的支持环境。
七． 智能加工中心 IMC 1.智能加工中心是智能制造系统中一种典型的智能加工机器。作为以 IMC 为主的智能加工单元 ,其任务为感知、决策、加工、控制与学习。智能加工中心既是智能制造过程和系统的实验和应用对象 ,也是智能制造技术的缩影和实现通道。它与普通的加工中心(MC)有着本质的区别 ,除了完成数控代码规定的加工任务外 ,能够根据信息的综合进行自主决策 ,实时调整自身行为 ,适应环境和自身的不确定性变化 ,即应具有 “自主性” 和 “自组织” 能力 ,实现对 IMC的数控系统进行实时干预与智能控制。数控加工中心的实时智能控制 ,表现为三个方面:第一是远程控制 ,通过通信线路对加工现场进行控制 ,对加工中心的加工操作和加工状态进行监视;第二是故障识别与处理 ,如刀具磨损识别与自动更换备用刀具、自激振动识别与自动抑制或消除等;第三是自适应控制 ,根据检测到的过程控制信息自适应地改变加工参数。而智能加工中心对信息的获取与处理表现在对加工环境和加工状态的自主响应能力 ,其中对刀具状态的监测是评判加工状态的重要依据。加工中心刀具状态实时在线智能监测系统 ,及基于神经网络与模糊识别模式的多传感器融合技术的刀具磨、破损监测
系统的成功开发 ,为智能制造信息的自动获取 ,成功提供了有力的保证。2.智能加工中心的主要功能
在智能加工中心中 ,智能数控系统是 IMC 的神经中枢 ,其智能化程度直接决定了整个智能制造系统的智能水平。智能数控系统具有高级的自主控制功能 ,能将任务请求、作业规划、轨迹控制、过程监视与控制、错误自修复等功能有机结合起来。面向制造系统 ,它是任务驱动的柔性规划学习系统 ,而面对复杂的物流加工环境 ,它又是 “刺激一反应” 型的再励系统 ,能对来自内部和外界环境的多种刺激做出理智的决策 ,从而以最优策略完成目标任务。通过对智能制造环境下的加工过程进行分析 ,确定加工中心应具备的主要功能有:(1)感知功能 ,根据多种传感器信号的收集、特征提取和信息融合 ,实现加工对象感知和系统状态感知。
(2)决策功能 ,在感知的基础上通过决策 ,明确其在整个制造系统中的作用、与其它智能机器的关系 ,并确定自身的行为方式。
(3)控制功能 ,智能加工中心根据决策结果进行处理 ,采用最优化的方式完成加工任务 ,并保证加工过程得到可靠的监视和维护。
(4)通信功能 ,包括与 CAD/ CAM 系统的智能通信 ,实现数据与知识的交流 ,支持并行工程策略;与其它智能加工机器的智能通信 ,交流状态信息 ,协调加工负荷;与人类专家和操作人员的智能通信 ,提供良好的人机交互环境 ,为智能机器提供知识单元 ,做出相应决策。
(5)学习功能 ,依据决策、控制和加工指令 ,以及由此引起的状态变化和最终加工任务 ,学习和积累相关知识 ,改进决策和控制策略。此外 ,还包括从人类专家和其它智能机器直接获取知识。
八．智能制造技木的发展趋势 智能制造是从 80 年代末发展起来的 ,最旱的几本有关智能制造及系统方面的专著是在 1988年由 Wrightfg MilaciC 等人编写的 ,随后、Kusiak和 Pain也相继出版了这方面的研究著作。这些专著所描述的 IMS仍基于设计与制造技术所提出的问题和解决的工具与方法。在许多工业化国家、人工智能已被当作求解现代工业提出的问题的工具和方法。因此 ,这些专著仅着力于人工智能在制造业中的应用和智能系统研究与应用中提出的问题的求解、使用基于知识的系统(如级联结构系统)和优化方法来解决自动化制造环境中零件、产品、系统的设计与制造 ,以及自动制造系统的规划与调度(管理)问题。先进的工业化国家在研究 FMS、CIMS、FA 及AI筹的基础上 ,为了进行国际间制造业的共同协作研究、开发、设计、生产、物流、信息流、经营管理乃至制造过程的集成化与智能化等而提出来的智能制造系统 ,也是为了解决各发达国家面临的企业活动全球化、重复投资增大、现场熟练技术工人不足和社会对产品的需求变化等因素而倡导的国际制造业的合作。在迸行智能制造及其相关技术与系统的研究方面、首推日本在 1990 年提议和倡导的日、美、欧之间建立的国际运营委员会、国际技术委员会和附属机构 IMS中。大有主宰未来制造技术的趋势。1991～ 1993 年 Barschdor 汀和 Monostori 等应用人工神经网络(ANNS)到智能制造中进行加工过程的建模、监测、诊断、自适应控制;通过神经网络的知识表示和学习能力 ,缩短 CIMS的反应时间 ,提高产品的质量 ,使系统更可靠。而 Furukawa则对智能机器的设计程序及它在自动导引车中的应用作了介绍。被称为是二十一世纪的制造技术的智能制造系统 ,目前国内外已相继开展了国际联合研究计划。智能制造系统与当前任何制造系统相比 ,在体系结构上有着根本意义上的不同 ,具体体现在:一是采用开放式系统设计策略。通过计算机网络技术 ,实现共享制造数据和制造知识 ,以保证系统质量。这是将计算机界先进的设计和开发思想融入到制造系统的结果 ,因而使制造系统向拟人化的方向进一步发展。二是采用分布式多自主体智能系统设计策略 ,其基本思想是:赋予制造系统中各组成部分或子系统一定的自主权 ,使其形成一个封闭的具有完整功能的自主体 ,这些自主体以网络智能结点的形式联接在通讯网络上 ,各个智能结点在物理上是分散的 ,在逻辑上是平等的。通过各结点的协同处理与合作 ,共同完成制造系统任务 ,实现人与人的知识在制造中的核心地位。此外 ,生物制造与仿生机械的科学与技术、生物自生长成形制造、绿色制造的科学与技术包括产品与人类和自然的协调理论 ,产品绿色工艺(如Near2Zero Waste)等也极大地丰富了智能制造的范畴 ,促进了智能制造系统的发展。目前 ,我国一些高等院校也在进行智能制造技术的研究 ,如南京航空航天大学机电学院朱剑英教授成立的智能制造科研组 ,一方面跟踪国际智能制造的最新研究动态 ,另一方面从事智能制造关键基础技术的预研工作 ,为地区及我国智能制造技术的发展做出了一定贡献。遗憾的是 ,由于种种原因 ,我国政府主管部门和有关大公司、厂家并无迹象表明对智能制造已引起足够的重视 ,至今也未得到我国机械学科的普遍关注。相信随着人们对智能制造系统认识的逐步深入 ,智能制造系统必将得以迅猛发展 ,迎头赶上世界先进发展水平。
九．智能制造系统研究成果及存在问题
目前对分布式制造系统的研究虽然还处于初期阶段 ,但已在不同层次、不同侧面上取得了大量令人振奋的基础理论研究成果和应用成果 ,如制造 Agent的个体目标机制(如奖惩机制、市场机制、目标函数等)等。这些研究成果奠定了MAS在制造控制中应用的基础。但是 ,由于制造 Agent 在信息、知识和控制上的完全分布 ,每个 Agent 对环境、对整个问题求解活动及其他Agent 的意图只有部分的、不完全的知识 ,并且拥有的知识可能互相不一致 ,各个 Agent只能根据不完备的知识与不完整、不同步的信息做出局部决策。又由于整个系统缺乏类似中央控制的机制 ,因而整个系统的控制和决策往往不能达到最优效果 ,而且不可避免地存在大量难以解决的决策冲突(C onflict)和死锁(Deadlock)。因此 ,对分布式自治制造系统中异构 Agent 间的相互合作以及全局协调机制的研究 ,是分布式自治制造系统最重要 ,也是最基本的问题 ,更是其走向实用所亟待解决的核心问题。协调是指一组 Agent 完成一些集体活动时相互作用的性质。在分布式制造系统中 ,全局协调和优化是一个在多目标动态约束下 ,各类活动和资源的最佳组合和排序的动态求取过程 ,它可以描述为两个子问题 ,即局部调度决策和全局资源协调。由于 “组合爆炸” 现象的存在 ,当前采用的普遍方法是谈判和投标(Neg otiation and Bidding)。谈判被定义为:在开放的、动态的制造控制环境下 ,拥有任务订单的 Agent(协调者),及欲参与任务执行的 Agent(投标者)之间传递各自的资源、愿望和能力信息 ,反复进行协商 ,直到其中一个Agent 或一组Agent 被选出组成执行该任务的队列的过程。在这个过程中出现的冲突和死锁或者由协调者来解决 ,或者由冲突中的 Agent 自行解决。为了加快谈判过程 ,许多研究工作致力于改进谈判策略和开发支持协商的协议和语言 ,目前已提出了诸如一步谈判、多步谈判、合同网等多种谈判策略和协议。分析这种谈判过程 ,可以看出:
(1)在当前所采用的模型中 ,谈判是基于对谈判者的知识与能力、讨价还价过程、收益计算 ,以及子系统的影响(或能力)的平衡的显式表达 ,以可计算的迭代模型模拟社会或生物界的组织形式和进化过程的协调和协作方法;
(2)各个Agent 总是将其他Agent 的局部调度作为其预测信息 ,以计算其自己的局部调度决策。依次地 ,又将决策结果传递给其他 Agent。宏观上看 ,这是一个串行过程。当一个Agent 产生的结果不可接受时 ,又需要进行反复通信和迭代。因而 ,各个 Agent 的内部可以看作是一个局部闭环反馈控制系统 ,而冲突则是其外部扰动;
(3)全局协调的目标是要完全消解冲突 ,因而各 Agent 总是要利用最新的信息来处理冲突。因此 ,谈判实际上是一种外部合作机制。这种方法在一定程度上解决了开放环境中的 Agent 协调和协作的组合优化问题 ,但是该方法的一个固有缺陷是它只是对社会市场或生物界的组织形式和进化过程的直觉模仿[1 ],尚缺乏对其基本原理、机制和限制条件的深刻认识和理论上的证明 ,例如 ,在什么条件下谈判的过程是收敛的、稳定的。如何得到期望的结构或功能等。尤其当系统规模较大 ,而且 Agent 处于信息连续变化的高度紊乱的环境中(如由于市场的快速变化 ,经常会有一些短期的、紧急的订单需要及时处理)时 ,有可能引起冲突的传播(即任何两个实体间冲突的解决会触发其他冲突的出现)。这种特性类似于自催化过程 ,各个制造Agent 间正向先进制造技术的源泉.科学通报,1998 , 43-33727.[4 ] 史忠植.高级人工智能.北京: 科学出版社, 1998.[5]杨文通 ,王曹 刘志峰 ,等 数字化网络化制造技术北京 电子工业出版社 , [6]王英林 ,刘敏 ,张申生 ,基于Agent的敏捷供应链及相关技术 中国机械工程 , [7]张军 ,赵江洪 网络协同数控机床工业设计系统中的知识获取与应用研究 〔机械工程学报 〕 ,
第三篇：情景教学在体育课中运用的研究（定稿）
情景教学在体育课中运用的研究
唐 强
长期以来，我国中小学体育教学一直是采用“教师：讲解——示范，学生：听看——练习”的传统“说教式”教学模式。这种以教师教学为主体的封闭式、注入式教学模式，严重抑郁了中小学生学习体育的兴趣，突出表现为喜欢上课的中小学生随着年龄的增大而逐渐减少。中小学体育课是启蒙课、基础课，对学生的成长有着重要的影响。因而，在目前的中小学体育课堂教学中，急需改进陈旧的教学方法，以适应中小学生生理、心理的需要，努力创建生动有趣的教学情境，使学生在有趣的活动中，既能锻炼身体，又能在不知不觉间完成教学任务。因此情景教学在体育教学过程中有着非常重要作用。在体育教学过程中，教学的手段、方式方法非常重要。因此处在教育第一线的体育教师急需新的教学方法来适应课改的发展。因此，本文对情景教学法在体育教学中的应用进行研究，试图为中小学体育情景教学以尽微薄之力。
一、眉山市体育课情景教学的现状分析
1、情景教学的概念
情景教学是指运用具体活动的场景或提供学习资源以激起学习者主动学习兴趣、提高学习效率的一种教学方法。教学情景的创设可分为提供具体活动的场景和提供学习资源两类。前者借助环境氛围、动作表演等学习内容与相应的情景结合，有助于学生从整体结构上感知和把握学习内容。后者提供丰富的学习资料，学习资源和自动化、协作化的学习环境。
2、眉山城区体育课情景教学的现状分析
眉山城区中小学体育课情景教学的现状，总体上可以从四个方面来分析：（1）教师方面
眉山城区中小学体育教师年龄出现新老更替，青黄不接的两极趋势。老教师教学经验丰富，但是接受新事物的能力不强。年青教师接受新事物的能力强，但是教学经验缺乏；从教师整体素质来说，眉山市城区中小学体育教师大多学过专业的知识，但是职称和学历普遍较低，个别体育教师业务素质较低缺乏敬业精神。（2）学生方面
学生是学习的主体。眉山市城区中小学生绝大多数是独生子女，他们虽然活泼好动，自我意识强，大都任性，自我控制能力教差，但是他们接受新事物快。（3）教学条件
眉山市许多中小学校的教学条件都存在着体育教学场地较差，器材老化等问题。比如眉山市实验中学篮球气量不足，排球数量较少；警钟街小学没有运动场地等。
（4）学校因素
长期以来，考试成绩和升学率是评判学校教学效果的标准。因此，各学校狠抓文化成绩，而体育课就成了可有可无的课程，其他老师占用体育课也就成了理所当然的事。在这大前提下，眉山市的中小学校就出现了学校过分重视文化成绩，而忽视体育教学的现象。
综上所述：在眉山市体育课教学中开展情景教学还存在着许多问题，有待改善。
二、情景教学的实际应用情况
1、情节性情景教学
情节性情景教学是指把现实生活中某个片段运用于体育课堂教学的过程，称之为情节性情景教学。例如：在运用几种不同跳跃方法时，就有人把情景创设为“青蛙除害”在稻田地上欢快跳跃的情景[2]。配以欢快的音乐，戴上漂亮的装饰，“害虫”在稻田地里手放在身后用双脚跳跃，“小青蛙”在稻田地里也手放在身后用双脚跳跃追拍“害虫”，被拍者与“青蛙”互换角色。看哪只“青蛙”捉的“害虫”多，巧妙地将教学融入到“玩—练—比—评”中，当学生产生向往成功的情感体验时，兴奋喜悦的情绪就会充满全部身心，成功后就会产生一种内心的满足感。所以学生们愿意一而再，再而三地尝试这种运动。利用这个情境游戏的组织活动，发展了学生的弹跳力，提高了学生的跳跃能力，使原本比较枯燥单一的跳跃练习变得有滋有味。
2、模仿性情景教学
模仿性情景教学是指把体育课教学过程设计为模仿动物形态或动作的教学过程。如教学蛙泳内容，将整个教学内容设计成小青蛙的成长过程，结合语文教学与科学教学，将学科内容有机整合。开始让学生想象自己是小蝌蚪，在学习小蝌蚪游泳的过程当中，学生在不自觉当中就使自己的身体得到了预热，接着教师引导学生自己想象蝌蚪长出后腿、长出前腿，蜕变为青蛙，练习游泳。学生由教学过程中等待接纳的“被动角色”转变为主动接纳知识、主动想象、主动操作训练的“主动角色”，需要学习的动作重点、难点就迎刃而解。
3、音像性情景教学
音像性情景教学是指把欢快、轻松的音乐带入课堂，使学生在轻快优美的旋律中更好的完成教学任务。在准备活动中可选用一些动物模仿操的音乐，使课堂气氛更加活跃，在课中做游戏穿插相应的音乐，使学生身临其境，更形象的完成游戏，如在作《会不会飞》的游戏时，插放小鸟自由飞翔的旋律，让学生更好的扮演角色等等，在放松部分可用优美，舒缓的音乐配合简单易学、韵律感强适合儿童的舞蹈练习，让孩子们在音乐伴奏下翩翩起舞，如在轻快的音乐“白雪公主和七个小矮人”下，师生一起表演白雪公主和七个小矮人的游戏，让学生在优美的音乐中感受到冬天的优美景色，既增加了学生的兴趣，又起到了放松的效果。
三、影响情景教学的因素
1、教师因素
（1）教师自身素质不够高是原因之一
体育教师提高自身素质是体育学科改革课堂教学实施素质教育的前提和可靠 保证，体育教师应具有较高的思想政治觉悟的社会观察能力及较娴熟的业务能力，要系统的掌握体育学科中的教育学科与理论，应具有较高的人格修养，健美的体魄，爱护和尊重全体学生的爱心。但我们必须看到，由于应试教育的影响。体育教师的思想和业务素质仍有不同程度的存在与实施素质教育不适的状况。（2）片面的人才观
在应试教育影响下，学校体育放弃大多数学生的身体素质的提高而追求竞赛成绩的一些做法，违背了学校体育的目的和任务。违反了义务教育公平性原则，这无疑会使教育者的人格力量和师表作用受到一定损害。（3）知识结构单一和陈旧
在应试教育影响下，教师教学忙于应付考试，片面追求达标率和升学成绩而忽视体育教学育人的目的，忽视对体育新理论、新知识的掌握，终身学习意识不强。久而久之，形成了体育教师文化专业知识结构单一陈旧。（4）业务水平停滞 长期以来，体育教师较少从育人的角度规范教学行为，而以竞技技术为主的教学使体育教师竞技技术教学强于对体育活动、意识培养方面的教学，教学方法陈旧，教学研究不够，业务水平停滞。
2、学生因素
（1）主体性
学生是学习的主体，学习情绪是上好课的前提。现代学生绝大多数是独生子女，他们虽然活泼好动，自我意识强，接受新知识快，但大都任性，自我控制能力较差，体育教师应根据学生心理的各异特征，通过各种方式的心理教育，帮助引导学生克服与消除各种心理弱点及障碍，促使其身心和谐、健康的发展，从而激发学生学习动机和兴趣，自觉主动的发展体育能力及个性，达到创新目的。（2）性别
体育情景教学过程中学生参与教学活动也受性别的影响也，表现为：在上课的过程中，男同学在上课时的激情较女同学的激情高，女学生大多喜欢运动量小的运动。、教学条件因素
（1）体育场地不足，器材管理不善，资金短缺。
不少学校常用的体育器材残缺不全，（例如：篮球气量不足或球体变形，乒乓球拍破损）这些都是多数学校普遍存在的问题，间接影响着学校体育工作的正常开展。（2）体育教学环境
教学环境是指上课的周围环境，选用教学场地的时候应根据课堂的实际情况，注意周边情况的影响，要尽量避免周边环境的干扰。例如：掷标枪应避开人多的地方，避免与其他项目在同一场地进行。
四、结论与建议
1、结论
综上所述：在体育情景教学中还存在其他不利于其开展的因素，本文只是对其中一些方面探讨、研究与解决这些不利因素，使学生参与体育教学中来有着非常重要的现实意义，它能积极有效地提高学生参与体育教学的主动性，能够促进学生的学习兴趣，培养学生对学习的积极态度，增强学生在学习中面对困难、克服困难和团结协作、勇于进取的意识品质，增进学生的自我效能感，提高学生对学习的满意度，这也是当今素质教育的需要。因此，调动学生主动参与体育教学过程不仅为了满足学生今天的需要，而且为学生明天的身体和自我发展服务，有利于素质教育的推进，完成学校体育教学、教育任务，它是体育教学过程中为不可忽视的部分。
2、建议
（1）提高体育教师的自身素质
体育教师既是学校体育工作的组织者，又是体育锻炼的实践者。体育教师的劳动往往以运动动作为其主要表现形态，工作 量很大，不论严寒还是酷暑，一年四季都要以操场为课堂。因此，必须具有对自然环境很强的适应能力，才能取得自然环境中进行工作的自由；不仅如此，体育教师又要以其表情、情绪感染学生；体育教师不仅是“人类灵魂的工程师”，而且还是“塑造人类健美的建筑师”；精力充沛，体魄健美和良好的生活习惯，这本身就是吸引学生积极参加体育锻炼的一种感召力。
（2）提高体育教师的专业知识技能
知识是教师宝贵的财富，是科学赋予的力量。一个教师的知识更新水平的高低直接影响个人才能的发挥，也影响学生对教师的信赖度。实践证明：教师的知识越丰富，知识面越宽，教学效果也就越明显。（3）加强体育教师思想道德管理
教师的思想境界、道德品质、行为表现对学生的思想道德和世界观的形成有着极其深刻的影响。所以，加强体育教师思想道德管理非常重要。（4）加大体育经费的投入，改善体育教学条件
新课程标准的实施，学校方面应以人力、物力、财力等方面，加强校园体育文化建设，不断完善体育设施及其保养、维修。同时，将本校的传统、优势项目大力推广，进行各种单项体育竞赛活动，激发学生的锻炼势情，推动学生也去参加其它体育活动，带动校内体育文化活动的全面发展。
第四篇：情景教学在体育课中运用
情景教学在体育课中运用经验
长期以来，我们的体育教学一直是采用“教师：讲解——示范，学生：听看——练习”的传统“说教式”教学模式。这种以教师教学为主体的封闭式、注入式教学模式，严重抑郁了中小学生学习体育的兴趣，突出表现为喜欢上课的中小学生随着年龄的增大而逐渐减少。中小学体育课是启蒙课、基础课，对学生的成长有着重要的影响。因而，在目前的中小学体育课堂教学中，急需改进陈旧的教学方法，以适应中小学生生理、心理的需要，努力创建生动有趣的教学情境，使学生在有趣的活动中，既能锻炼身体，又能在不知不觉间完成教学任务。因此情景教学在体育教学过程中有着非常重要作用。在体育教学过程中，教学的手段、方式方法非常重要。因此处在教育第一线的体育教师急需新的教学方法来适应课改的发展。因此，本文对情景教学法在体育教学中的应用进行研究，试图为中小学体育情景教学以尽微薄之力。
一、情景教学的实际应用情况
（一）情节性情景教学
情节性情景教学是指把现实生活中某个片段运用于体育课堂教学的过程，称之为情节性情景教学。例如：在运用几种不同跳跃方法时，就有人把情景创设为“青蛙除害”在稻田地上欢快跳跃的情景。配以欢快的音乐，戴上漂亮的装饰，“害虫”在稻田地里手放在身后用双脚跳跃，“小青蛙”在稻田地里也手放在身后用双脚跳跃追拍“害虫”，被拍者与“青蛙”互换角色。看哪只“青蛙”捉的“害虫”多，[2]巧妙地将教学融入到“玩—练—比—评”中，当学生产生向往成功的情感体验时，兴奋喜悦的情绪就会充满全部身心，成功后就会产生一种内心的满足感。所以学生们愿意一而再，再而三地尝试这种运动。利用这个情境游戏的组织活动，发展了学生的弹跳力，提高了学生的跳跃能力，使原本比较枯燥单一的跳跃练习变得有滋有味。
（二）模仿性情景教学
模仿性情景教学是指把体育课教学过程设计为模仿动物形态或动作的教学过程。如教学蛙泳内容，将整个教学内容设计成小青蛙的成长过程，结合语文教学与科学教学，将学科内容有机整合。开始让学生想象自己是小蝌蚪，在学习小蝌蚪游泳的过程当中，学生在不自觉当中就使自己的身体得到了预热，接着教师引导学生自己想象蝌蚪长出后腿、长出前腿，蜕变为青蛙，练习游泳。学生由教学过程中等待接纳的“被动角色”转变为主动接纳知识、主动想象、主动操作训练的“主动角色”，需要学习的动作重点、难点就迎刃而解。
（三）音像性情景教学
音像性情景教学是指把欢快、轻松的音乐带入课堂，使学生在轻快优美的旋律中更好的完成教学任务。在准备活动中可选用一些动物模仿操的音乐，使课堂气氛更加活跃，在课中做游戏穿插相应的音乐，使学生身临其境，更形象的完成游戏，如在作《会不会飞》的游戏时，插放小鸟自由飞翔的旋律，让学生更好的扮演角色等等，在放松部分可用优美，舒缓的音乐配合简单易学、韵律感强适合儿童的舞蹈练习，让孩子们在音乐伴奏下翩翩起舞，如在轻快的音乐“白雪公主和七个小矮人”下，师生一起表演白雪公主和七个小矮人的游戏，让学生在优美的音乐中感受到冬天的优美景色，既增加了学生的兴趣，又起到了放松的效果。
二、影响情景教学的因素
（一）教师因素
1.教师自身素质不够高是原因之一
体育教师提高自身素质是体育学科改革课堂教学实施素质教育的前提和可靠 保证，体育教师应具有较高的思想政治觉悟的社会观察能力及较娴熟的业务能力，要系统的掌握体育学科中的教育学科与理论，应具有较高的人格修养，健美的体魄，爱护和尊重全体学生的爱心。但我们必须看到，由于应试教育的影响。体育教师的思想和业务素质仍有不同程度的存在与实施素质教育不适的状况。2.片面的人才观
在应试教育影响下，学校体育放弃大多数学生的身体素质的提高而追求竞赛成绩的一些做法，违背了学校体育的目的和任务。违反了义务教育公平性原则，这无疑会使教育者的人格力量和师表作用受到一定损害。3.知识结构单一和陈旧
在应试教育影响下，教师教学忙于应付考试，片面追求达标率和升学成绩而忽视体育教学育人的目的，忽视对体育新理论、新知识的掌握，终身学习意识不强。久而久之，形 成了体育教师文化专业知识结构单一陈旧。4.业务水平停滞
长期以来，体育教师较少从育人的角度规范教学行为，而以竞技技术为主的教学使体育教师竞技技术教学强于对体育活动、意识培养方面的教学，教学方法陈旧，教学研究不够，业务水平停滞。5.学生因素（1）主体性
学生是学习的主体，学习情绪是上好课的前提。现代学生绝大多数是独生子女，他们虽然活泼好动，自我意识强，接受新知识快，但大都任性，自我控制能力较差，体育教师应根据学生心理的各异特征，通过各种方式的心理教育，帮助引导学生克服与消除各种心理弱点及障碍，促使其身心和谐、健康的发展，从而激发学生学习动机和兴趣，自觉主动的发展体育能力及个性，达到创新目的。
（2）性别
体育情景教学过程中学生参与教学活动也受性别的影响也，表现为：在上课的过程中，男同学在上课时的激情较女同学的激情高，女学生大多喜欢运动量小的运动。6.教学条件因素
（1）体育场地不足，器材管理不善，资金短缺。
不少学校常用的体育器材残缺不全，（例如：篮球气量不足或球体变形，乒乓球拍破损）这些都是多数学校普遍存在的问题，间接影响着学校体育工作的正常开展。（2）体育教学环境
教学环境是指上课的周围环境，选用教学场地的时候应根据课堂的实际情况，注意周边情况的影响，要尽量避免周边环境的干扰。例如：掷标枪应避开人多的地方，避免与其他项目在同一场地进行。
总之，新课程标准的实施，学校方面应以人力、物力、财力等方面，加强校园体育文化建设，不断完善体育设施及其保养、维修。同时，将本校的传统、优势项目大力推广，进行各种单项体育竞赛活动，激发学生的锻炼势情，推动学生也去参加其它体育活动，带动校内体育文化活动的全面发展。
兰州新区实验小学 孟晓彦
2018.6.5 5
第五篇：浅谈情景教学在《草原》一课中的运用论文
摘要：情景教学是充分利用形象，创设典型场景，激起学生的学习情绪，把认知活动与情感活动结合起来的一种教学模式。情景教学针对儿童的特点，利用各种各样的手段来激发学生的学习动机，引导学生体会课文的意蕴和感情，可以取得良好的教学效果。《草原》是一篇访问记，作者用优美的语言描写了草原的美丽风光。在第一课时的教学中，笔者试图用情景教学法中的六种途径中的三种，辅助课件的展示，通过播放音乐、展示图片、体会优美语言，让学生在创设的情景中领略草原的美景。
关健词：情景教学创设情景主体性
“情景教学法”是教师根据课文所描绘的情景，创设出形象鲜明的投影图画片，辅之生动的文学语言，并借助音乐的艺术感染力，再现课文所描绘的情景表象，使学生如闻其声，如见其人，仿佛置身其间，如临其境；师生就在此情此景之中进行着的一种情景交融的教学活动。因此，“情景教学”对培养学生情感，启迪思维，发展想象，开发智力等方面确有独到之处，起到传统的语文教学方法所不能起到的作用。《草原》是著名作家老舍先生以他亲身的经历和感受写下的一篇访问记。文章记叙了他第一次访问内蒙古草原时看到的美丽景色以及受到蒙古族同胞热情欢迎的情景。作者通过对草原景色美和人情美的认识，表达了草原的美丽风光和蒙古族人民对汉族人民的深情厚谊。在语文教学中，笔者运用这种情景教学方式来进行教学，让学生在教师所创设的情景中把儿童带入情境，在探究的乐趣中，激发学习动机来学习语文知识，提高语文素养。
一、情景教学法的特点、创设途径和类型
情景教学是江苏省特级教师、南通市第二附属小学李吉林老师依据语文教学规律和儿童心理特点，长期进行“情景教学”实验，在理论和实践上都取得了显著的效果，成为我国小学语文教学中十分有影响的一个流派。
1、情景教学的特点
情景教学具有四个特点：①“形真”：是以简化的形体、暗示的手法获得与实体在结构上对应的形象，以鲜明的形象，强化学生感知教材的亲切性。②“情切”：是让情感进入课堂，情感参与认知活动，充分调动儿童学习的主动性。③“意远”：是形成想象契机，有效地发展想象力。⑤“理蕴”：是让抽象的理念伴随着形象，有效地提高学生的认知力。情景教学是引导学生从整体上感知教材，把训练语言与发展思维结合起来，让情感参与认知活动，有效地完成语文教学在认知、教育、发展诸方面的任务，促进儿童智力和非智力因素的和谐发展。
2、情景教学创设的途径
创设情境有六个途径：①以生活展现情境：通过把学生带入真实的生活情景中，让学生亲自去体会生活，去认识生活；②以实物演示情境：以实物为中心，构成一个整体，以演示某一特定情景；③以图画再现情境：使用挂图、剪贴画、多媒体课件等展示课文描述的情景，让学生易于理解，易于接受；④以音乐渲染情境：借助与课文有关的音乐，渲染课文内容，帮助学生理解课文；⑤以表演体会情境：表演分为两种，一种是进入角色，另一种是让学生扮演课文中的角色。情景表演让学生情绪激烈，印象深刻；⑥以语言描绘情境：语言描绘是教师最基本的表达手段。教师运用语言可以引导学生进入课文中，从而理解课文。
3、情景教学的类型
情境教学的“五种类型”：①实体情境：是实体情境即以物体原型为主的情境。把学生带到大自然中去所见的山川田野，风云雨雪，花草树木，鸟兽虫鱼等都是实体情境；在课堂所出示的实物、标本，如珊瑚、指南针、松果等也是实体情境。②模拟情境：是根据教学的实际需要，抓住事物的主要特征，运用一定的手段进行复现，达到形象地反映事物的特点就行。如图画再现，音乐渲染，角色扮演，都是属模拟情境。③想象情境是通过学生的想象活动，在已经获得经验的基础上，将表象重新加以组合的情境。④推理情境儿童抽象的逻辑思维还属初级阶段，在对事物的分析、综合、判断、推理的过程中，仍然伴随着形象，纯推理的思维还不大可能。推理情境总是伴随着形象进入分析推导事物的有序状态中的。教学寓言和常识性课文，常常运用到推理情境。⑤语言情境：是单纯用语言描述某一情境，通过语言的意义、声调、形象、感情色彩激起学生的情绪、情感以及想象活动，从而体验情境，对一些无法展现实体情境的课文，一般是通过语表情境把学生带入课文情境的。
情境教学正是利用儿童的认知与情感活动，通过各种方式加深了对课文语言及字里行间的理解，并通过一定的语言训练，引导儿童表达这种渗透着对客观世界的感受及情感体验。这就使单调而枯燥的语言的理解和运用，成为儿童的美的活动。而在这感受美、鉴赏美、表达美的过程中，学生便受到了很好的课文情趣的熏陶与感染。
二、情景教学在教学活动运用的过程
在教学《草原》这一课时，笔者利用课件向学生展示草原的有关资料，运用了情景教学法中的图画再现法、音乐渲染法和语言描绘法来进行第一课时的教学。第一课时是教学课文的第一段。第一段写的是作者去到草原后看到草原的美景，描写了草原的天空、蓝天碧野、空气、小丘……突出了草原的美。作为土生土长的南方人，我们都没有见过真正的草原。如何展现草原的美，如何让学生体会到作者的情感。这就是这一课时教学的重点与难点了。所以在教学中，笔者结合情景教学法，运用图片、音乐和语言，把学生带入草原的美景中。
1、音乐渲染法
音乐是一种抒情功能极强的艺术形式。它通过乐曲进行中力度的强弱、旋律的起伏变化以及节奏的抑扬顿挫，用直感的方式，使人获得比其他艺术形式更为直接、更为丰富、更为生动的感受。当它以音响的运动形式作用于人的听觉，产生感性上的直接体验时，必然会唤起听者心理上的类似的反映，情感上的共鸣。因此，通过音乐更容易把学生带到特定的情境之中。在语文教学中，选取与教材语言具有一致性或相似性的音乐，共同作用于学生的听觉和视觉，达到以音乐渲染特定情境的目的。
在课的开始，笔者先让学生谈谈自己认识的草原是怎样的，然后朗读课文，初步感知课文内容。接着播放《美丽的草原我的家》这首歌，并在播放歌曲的同时出示草原的图片，让学生在音乐的氛围中，在图片的视觉冲击下去体会草原的感觉。
四年级的学生具备一定的知识，笔者先让他们讲述对草原了解，然后朗读课文，看看作者是怎样描写草原的。也许作者描写的草原与学生所认识的草原不一样，也许作者写的草原之景与学生的认识是一致，并且作者用文字表达出来了，这种知识的“不平衡”与“吻合”有利于激发了学生求知欲。
在学生对草原也有了一定的感受后，教师在这个时候播放草原的歌和图片，让学生在听觉和视觉两方面同时感觉草原的美。音乐不可触摸，不可见，但它可以给人的是直接的感性认识。再配上图片的可视性，给学生以视觉的冲击力。情景就此创设。这让学生对草原有了更多的认识。
2、图片再现法
以图画再现情境，即把课文内容形象化，符合儿童对形象乐于接受，易于理解的认识特点。用画面创设情境，教师运用图画再现情境时，不仅画面有“形”，还要有“境”，教师描述不仅要有“形”还要有“情”，这样，才能以“形”对学生的感官发生作用；“形”又激起“情”，学生也才有可能由此进入教材描写的情境之中。
在课文内容的讲授中，对课文描写草原的景色的句子，笔者在讲授时附带了图片的展示。作者所写的是作者所看到所感触到的草原，这与学生知道自己所理解的草原可能会有出入。笔者讲授并辅以图片的展示，会让学生更加明白作者所表达的内容。
这一段课文的学习，主要是让学生体会到草原的美。课文从草原的大、绿来表现草原的美。描写敢草原的空气、天空、小丘、平地、羊群等等，这都是从视觉方面来说。图片的展示，是一种直接的手段让学生认识草原，体会作者所写的草原的美。
3、语言描绘法
在情境教学中，直观手段必须与语言描绘相结合，从而获得意想不到的效果，学生会不知不觉地进入情境。这也是符合儿童认知、情感活动特点的带有普遍性的规律。运用语言描绘情境，无论是与直观手段结合进行，还是单独运用，对教师运用语言除具有相当的示范性要求外，还要具有主导性、形象性、启发性及可知性。
作者在写草原的美时，蕴含了自己的思想感情。单纯让学生通过音乐、图片来阅读课文，在理解课文的情感方面可能还有欠缺。于是笔者在教学中，辅助以语言的朗读。通过反复的朗读，让学生在熟读中体会作者所要表达的情感。同时，还对文中的句子进行比较分析，让学生体会到语言在传情达意时，字词的选择上是很关健的，不同的字词表达不同的意思。
三、问题讨论与反思
在这节课的教学中，运用了情景教学法，比较成功的让学生接近课文。但在学生的主体性体现上还存在不足。
新课程标准中提出，学生是语文学习的主人，语文教学应激发学生的学习兴趣，注重培养学生的自主学习意识和习惯，为学生创设良好的学习情境，尊重学生的个体差异。教师是学习活动的组织者和引导者，在教学的过程，教师要注意引导学生自主的去体会，去理解。
而在这节课的教学，笔者创设了比较接近课文的情景，让学生去体会。但所创设的情景没有与学生的实际情况相连接。学生大多数没有去过草原，没有亲自去体验过草原的辽阔与壮美。而笔者所呈现的都是草原的景色。尽管这给了学生很大的听觉和视觉的冲击，但这与学生的生活还是有距离的。在创设情景的过程中，还要注意与学生的实际相联系，注重学生的亲身感受，这样的情景创设才更能让学生体会到文中所写的景与所表达的情。如在讲述草原的天空时，可以让学生观察自己所在的环境的天空，与作者所写的天空有什么不同。在我们的身边，可不可能出现如作者所所描写像草原般美丽的天空。
这次的新课程改革，倡导以人为本，珍视人的价值，注重人的个体生命。知识是活的生命个体，而不是死的教条。学生者的学习是以原有的知识经验背景为基础，发挥人的认体性，积极主动地整合、建构、生成的动态过程。只有学生自身内在独立性与主体参与性参与到教学，课堂教学才能焕发出生命的活力与光彩。也只有如此，学生的整个学习活动才有意义。学习的过程是一种经历，是一种愉快的体验，一种生命的体现。课程改革要求教师充分尊重学生的主体性和独立性，适时的创设各种情景与空间让学生独立的学习与思考，充分发挥学生的主观能动性及创造力，使学生自主、自由、自觉、自信的进入知识的海洋。在教育教学过程，教师要牢记这个观点，始终贯彻在教学的过程中。在实施新课程的过程中，还需要不断的努力去学习和反思，让教师的教育教学更好的教育学生，很好的完成国家的繁荣与发展的基础。
参考文献：
1、吴立岗，《小学语文教学研究》，中央广播电视大学出版社，2004年4月第一版
2、李吉林情景教育网
3、陈世傧、李丽玲，《学生主体参与刍议——解读国家基础教育课程改革纲要（试行）》，《教学研究》，2004年1月
4、《全日制义务教育语文课程标准》，中华人民共和国教育部制订，北京师范大学出版社，2001年版
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