人工智能教学实验平台

人工智能教学实验平台（精选8篇）

人工智能教学实验平台 第1篇

面向智能制造智能科学与技术专业实验平台建设探索论文

摘要：根据广东智能制造发展的人才需求和工程用型人才培养目标，结合广州大学华软软件学院电子信息技术的特色和优势，围绕智能科学与技术专业实验实践课程设置，实验教学体系建设、实验保障等方面，探讨如何构建一个与广东智能产业深度融合的，强应用重创新的专业实验平台。

关键词：智能制造；智能科学与技术；人工智能技术；机器人；实验平台建设

智能制造是基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节。具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。是信息技术和智能技术在装备制造过程技术的深度融合与集成。加快推进智能制造，是我国在全球新一轮产业变革竞争背景下出台的《中国制造2025》的主攻方向。广东省作为国内制造大省和全球重要制造基地，也对接印发了《广东省智能制造发展规划（-2025年）》。针对广东省制造业的创新能力、产业结构、信息化水平的缺乏竞争力的问题，大力实施创新驱动发展战略，推动智能制造核心技术攻关和关键零部件研发，推进制造过程智能化升级改造，实现“制造大省”向“制造强省”转变。创新驱动，智能化升级改造需要国际领先水平人才的引进和高等院校实战型工程技术人才培养。我院智能科学与技术专业就是面向广东智能产业的深度融合设置的。其专业实验平台的建设需要针对广东省高端装备、制造过程、工业产品智能化等领域的薄弱环节，以“机器智能”为方向，完善实验教学体系、整合实验教学资源，开设综合性、创新性的实验项目，培养学生实践能力和创新意识。紧密联系企业，针对智能制造关键技术协同创新。培养具有智能系统开发与设计、智能装备的应用与工程管理能力；能在智能装备、智能机器人、智能家居等领域从事智能系统的是开发与设计、应用于维护、运营与管理的“厚基础、强应用、能创新”的高素质工程应用型人才。

1专业实验平台建设思路

面向智能制造专业实验平台的建设，依据《广东省智能制造发展规划（2015-2025年）》中发展智能装备与系统，工业产品、制造流程智能化升级改造的任务，从智能科学与技术知识体系中提取专业发展方向的课程，建立完善专业实践教学体系。以“机器智能”为方向建设人工智能与机器人实验室为核心，以项目、科技竞赛、紧密对接企业协同创新为手段，培养学生能够运用工程基础知识和专业理论知识设计工程实验，分析实际问题的`能力，培养学生查询检索资料文献获取知识的能力，培养学生能够综合运用自然科学知识、专业理论知识和技术手段设计系统和过程解决实际问题的能力。通过科技竞赛等活动，培养学生在团队里具有工程组织管理能力、表达能力和人际交往能力。通过与企业的合作，掌握基本创新方法，并让学生具有追求创新的态度和意识，以培养学生的综合素质和能力为重点。立足华软学院电子系电子信息工程嵌入式专业、自动化专业、通信工程专业现有的平台优势，按照“整合、集成、共享、提升”的基本思路，完善支撑体系，优化實验教学资源配置，建设一个能够与广东智能产业深度融合的阶梯形层次化实验平台。

2实验平台建设内容

智能科学与技术专业实验实践平台的建设要依据实验教学体系的构建，突出面向智能制造工程实践为特色，按照学生的成长需要，建立阶段化、层次化、模块化的实验教学体系。

2.1专业实践课程体系建设

面向智能制造的智能科学与技术专业定位是以工程应用型人才培养为目标的，是在通识教育基础上的特色专业教育。专业课程体系的建设首先还是以培养学生具有扎实自然科学基础知识，人文社会科学知识和外语应用能力为基础，其次是智能科学与技术专业技术基础课程，如数字系统与逻辑设计、数字信号处理基础、信号与系统、电路分析与电子电路；c语言程序设计与算法分析、数据结构、数据库与操作系统、微机原理与接口、传感器与检测技术等。最后是专业方向类课程，也是专业的核心课程，如制造业基础软件中的嵌入式软件、工业控制系统软件，工业机器人中人工智能技术应用和智能控制技术。主要有知识获取模式识别；数据通信与网络；嵌入式系统移植和驱动开发；嵌入式应用开发；人工智能与神经网络；智能控制技术；机器人学等课程。培养学生具备计算机技术、自动控制技术、智能系统方法、传感信息处理等技术，完成系统集成，并配合专业实践课程体系如图1，完成电子工艺实习、技术基础课程、核心课程的课程设计和综合项目实验，并在工程应用中实施的能力。

2.2实践教学体系建设

依据专业实践课程体系，构建主要包括计算机基础、电路基础、信息与控制基础、嵌入式技术、机器智能系统五大模块开展不同学习阶段层次化的实验教学体系。主要包括基础类、专业实训类、综合创新类。

1）基础类实验注重开设与课堂教学中基本理论相结合的精品实验项目，并逐步提升基础实验课时的比例。从实践中启发引导学生牢固掌握基础理论知识。除此之外，还要注重工作方法和学习方法的能力培养，如收集信息查找资料、制定工作计划步骤、从基础理论到解决实际问题的思路以及独立学习新技术的方法和评估工作结果的方法。培养学生厚实的专业基础知识和能力。

2）专业实训类实验主要以项目教学、案例教学、情景教学方式培养学生利用专业知识及方法独立解决行业领域内的任务和问题并能够评价结果的能力。如智能传感应用项目，人工智能技术实验项目，知识表示与推理项目，计算智能项目，专家系统，多智能体系统；机器人项目，如最小机电系统组成，如何完成对电机的控制；利用单轴或双轴控制平台实现基本搬运装配作业。

3）综合创新类实验注重培养学生从理解问题域开始，获取数据和知识、开发原型智能系统、开发完整智能系统、评估并修订智能系统、到整合和维护智能系统六个阶段构建智能系统。如开展人工智能技术在智能制造中的应用包括产品设计加工、智能生产调度、智能工艺规划、智能机器人、智能测量等；直角坐标机器人实现码垛搬运、多关节串联机器人、弧焊机器人实训等。

4）科技竞赛、与企业协同创新，通过观察记录待智能化升级的工厂生产过程，发现定义问题、提出假设、搜集证据检验假设、发表结果、建构理论等实验过程设计的能力。培养学生掌握基本创新的方法，团队协作管理能力、表达沟通能力等。如嵌入式设计大赛、机器人大赛等科技竞赛；以及针对自动化生产线的嵌入式工业控制系统设计；针对原材料制造企业的集散控制、制造執行集成应用；针对装备制造企业的敏捷制造、虚拟制造应用；工业机器人在汽车、电子电气、机械加工、船舶制造、食品加工、纺织制造、轻工家电、医药制造等行业的应用。

2实验教学保障

智能科学与技术实验平台建设以人工智能与机器人实验室建设为核心，结合目前学院嵌入式系统实验室、自动控制实验室、传感器技术实验室、通信原理实验室资源，仪器设备共享共建的原则，系统化筹备购置。人工智能机器人实验室主要针对智能系统设计开发和机器人应用，基于计算机系统的人工智能技术学习应用包括人工智能技术在智能制造应用和工业机器人仿真软件ABB Robot Studio。基于“探索者”机器人系统控制实训箱Rino-MRZ02（包含履带机器人、双轮自平衡机器人、5自由度机械臂、6自由度机械臂等）

可以开展的项目有：利用启发式算法、遗传算法、蚁群算法等模糊数学理论对工业产品设计进行性能模拟、运动分析、功能仿真与评价；利用人工神经网络自学习、自组织构造产品加工过程新能参数预测模型。利用模式识别、机器学习、专家系统、多智能体系统进行感知、并对环境的改变进行解读、动作进行规划和决策；利用专家系统、遗传算法、模糊逻辑集中式解决生产调度多目标性、不确定性和高度复杂性的问题，寻求最优规则，提高调度的速度；利用蚁群算法、遗传算法分布式多智能体系统进行问题分解、彼此协商、任务指派、解决冲突。

履带机器人可开展电机控制实验；运动控制实验；HD轨迹控制实验；无线通信实验。双轮自平衡机器人呢可开展自平衡模块实验；倒立摆算法实验；双轮载具运动实验。6自由度双足机器人可开展双足运动控制实验；步态规划实验；双足平衡实验；机构改装实验。5自由度机械臂可开展机械臂运动控制实验；颜色分拣实验。可扩展为8自由度双足机器人、轮腿式机器人等技能提高类课程设计。

通过ABB公司的机器人仿真软件RobotStudio进行工业机器人的基本操作、功能设置、二次开发、在线监控与编程、方案设计和验证的学习。

3结束语

智能制造是基于人工智能的研究，机器人是实现智能制造的重要基础。所以面向智能制造智能科学与技术专业实验平台的建设要把人工智能技术在智能装备、智能系统中的应用和机器人技术与应用作为专业知识技能培养的重点，更要让实验平台既能帮助学生理解掌握所学的基础理论知识，培养学生的实际动手能力，掌握学习研究的方法，基本的科学实验技能外，又要调动学生学习的主观能动性，进行创新实践。

人工智能教学实验平台 第2篇

摘要：随着信息技术的发展，传统的机房建设方案已凸显越来越多的问题，比如设备分散，缺乏集中管理，教学安排和调整不灵活等。为了降低机房的建设成本，提高机房利用率，方便机房管理人员的管理与维护，本文提出了采用虚拟化桌面技术构建教学实验平台的方案。

关键词：虚拟桌面；实验平台

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）12-0042-02 传统机房建设存在的问题

1）设备分散，缺乏集中管理：高校机房往往由于各种客观原因，分布在不同校区，不同楼层，缺乏统一的维护，因此迫切需要一套安全、便捷的机房管理。

2）教学安排和调整不灵活：由于电脑容量，运行速度等客观条件的制约，机房管理员不可能将所有需要的软件都安装在一个机房内，如果要进行教学安排和调整，将受到很大的局限。

3）缺乏个性化的实验环境：目前，机房为保护操作系统和上课软件不被恶意破坏，通常采用了系统还原的保护模式，在这样的环境下，学生无法个性化自己的实验环境，也只能通过移动存储介质保存自己的实验结果，很不方便。

4）机房更新频繁，资源浪费严重：随着信息技术的发展，软件运行也需要越来越高配置的硬件支持，通过传统的购入新电脑以满足软件需求，难免造成硬件资源浪费。

桌面云的优势

桌面云（Workspace）是一种运用云计算方式，提供虚拟Windows桌面与应用服务，学生通过云桌面可以突破时间、地点、终端的限制，随时随地接入到数据中心的桌面云。桌面云的优势主要包括以下几点：

1）管理集中，维护方便：通过机房管理人员在服务器端统一完成所有的安装维护工作，包括软件安装、补丁升级、安全更新等等操作，改变了过去分散、独立的机房环境，方便机房管理人员的维护。

2）使用方便，排课灵活：桌面云采用的批量生成、自由选择、远程交付的应用模式可以为每位学生个性化定制实验环境，学生上机不再受机房环境的制约，同时为教务人员进行教学安排和调整提供了便利。

3）效率提高，成本降低：采用桌面云以后，数据的运算、存储等操作都在学校的数据中心进行，本地终端只是提供接入服务而已。因此，那些配置不高的电脑都可以作为桌面云的接入端。这样，提高了设备使用效率，降低了教育成本。桌面云的实现

3.1桌面云的逻辑划分

基于校园网的网络结构，桌面云的整体架构由4部分组成，从下而上依次是：

1）硬件物理层：提供桌面云需要基础硬件设备，包括计算设备、存储设备和基于校园网的互联设备等。

2）环境资源层：通过虚拟化技术，创建虚拟资源池，按需分配资源，并提供云桌面服务。

3）用户管理层：通过身份认证，确定每位用户的访问权限。

4）设备接入层：提供各种本地终端的接入服务，包括智能手机，平板电脑，瘦客户机，机房电脑等设备的接入。

3.2桌面云的部署实现

3.2.1系统底层架构

如图1所示，整个系统通过VMware vSphere构建，VMware vSphere包括ESXI和VMware vCenter Server两部分，ESXI为运行虚拟桌面和应用程序提供了一个可扩展性高、可靠性强、稳定强健的应用平台，而VMware vCenter Server是ESXI集中管理组件，各种桌面管理服务通过VMware vCenter Server实现。

3.2.2 桌面管理服务

VMware View Manager

通过View Manager集中管理若干虚拟桌面，简化了机房管理员对虚拟桌面的部署、调配和管理操作。此外，一般用户也可以通过 View Manager安全、便捷的访问 VMware View虚拟桌面。

VMware View Composer

View Composer采用链接克隆技术，机房管理员可以通过链接克隆可以快速创建与父映像共享虚拟磁盘的桌面映像，并对其数据和设置予以管理。

VMware ThinApp

ThinApp应用虚拟化技术将用户应用与底层系统相分离，提高了兼容性，减少了底层系统与用户应用之间的冲突。此外，通过VMware ThinApp，机房管理员也可以根据用户需求快速为用户定制不同应用软件需求的虚拟桌面。

结语

桌面云在高校信息化建设在已是大势所趋，随着云计算技术的日益成熟，桌面云将逐步取代传统的分散、独立的机房环境，这将对加强计算机管理，使计算机更好地服务于教育工作，将起到重要作用。

参考文献：

人工智能教学实验平台 第3篇

PIE (Prolog Inference Engine) 是一个用Visual-Prolog编写的小型、免费、开放源代码的Prolog解释器。PIE使用标准Prolog语法，提供大多数标准内置谓词，并拥有简单易用、基于多文档窗口 (MDI) 的用户界面。与其它Prolog解释器 (如SWI-Prolog等) 相比，PIE具有用户界面友好、使用方便、安装简单等优点，非常适合Prolog初学者使用，因此，PIE在人工智能实验教学中得到广泛应用。由于PIE只支持整数运算，而许多人工智能研究需要进行实数运算，所以在PIE中实现实数运算功能非常必要。

1. PIE运算功能概述

Prolog的运算功能分成算术运算和比较运算。PIE用谓词is作为算术运算符，谓词is可以把一个自由变量例化为由加 (+) 、减 (-) 、乘 (*) 、整除 (div) 、求模 (mod) 等组成的算术表达式的结果，例如，目标"X is 3+2"的结果是自由变量X被例化为5；也可以将一个已绑定变量与算术表达式的结果进行相等比较，例如，当X的值为5时目标"X is 3+2"成功。PIE用谓词>、<、=、=<、<=、>=、><和<>作为比较运算符，运算符两边的表达式作为算术表达式进行计算，对其结果进行比较。例如，对于目标"A<B"，A和B作为算术表达式进行计算，若计算结果A的值小于B的值则目标成功，若A和B不是算术表达式则目标失败。

在PIE支持的整数算术、比较运算功能的基础上进行改进，使其支持实数的加、减、乘、除 (/) 、求负值、比较运算以及整数的整除、求模运算。Visual-Prolog中数据类型integer和real分别代表整数和实数，改进后PIE的算术表达式采用real，即所有算术运算均为实数运算。若算术表达式含有整除或求模运算，则将整除、求模运算结果转换为real。其它情况下先将算术表达式中整数转换为实数再进行运算。例如，对于目标"X is 3.4+5 mod 3"，先计算5 mod 3，其结果2为整数，再将2转换为2.0，最后计算3.4+2.0，其结果为X=5.4。进行比较运算时，运算符两边的表达式先转换为real后再比较，结果为true或false。

2. PIE源代码的主要模块

PIE源代码的主要模块和功能说明如表1。

3．用户程序在PIE内部的执行流程

用户程序在PIE内部的执行流程包括词法分析、语法分析和解释执行三个主要环节。

3.1 词法分析

词法分析模块将用户程序转换成符号表。该模块通过谓词scanner::maketok识别符号, 定义论域scanner::cursortok和scan ner::tokl分别表示符号和符号表。

3.2 语法分析

语法分析模块将符号表转换成静态项 (用户程序的内部表示形式) 。该模块通过谓词parser::s＿basisterm识别静态项，定义论域parser::sterm和parser::sterml分别表示静态项和静态项表。

parser::sterm能够描述用户程序的各个语言成份，每个算符分别表示由变量、复合对象、表、空指针、独立原子、整数、字符串、字符构成的项。Prolog子句可用复合对象项描述。谓词parser::s＿basisterm的声明如下：

用户程序被转换成静态项并存储在事实数据库clauseChain::clause＿fact (clauseChain::clause) 。论域clauseChain:clause用于表示一个完整的Prolog子句，定义如下：

例如，子句"add (A, B) :-B is A+1．"表示为

3.3 解释执行

当PIE执行一个Prolog目标时，该目标被推理机模块转换成活动项。活动项中的自由变量可以被赋值，当它与事实数据库clauseChain::clause＿fact中某个静态项一致化时，该静态项便成为新的活动项，新的活动项可以与其它静态项匹配合一。推理机模块定义论域pie::term和pie::terml分别表示活动项和活动项表。

静态项仅作为实际运行时项的一个模式。静态项中的自由变量由其名字 (字符串类型) 表示，而活动项中的自由变量由指向某个variable对象 (variable是程序包pie中定义的一个类，能够模拟Prolog变量的行为) 的指针表示。

推理机模块在执行算术和比较运算时均调用了谓词pie:call。pie::call接受两个参数，第一个参数是被调用的谓词名称，第二个参数是传递给谓词的参数列表。例如，谓词is和<在pie:call的定义如下：

其中，pie::evalInt是一个返回值为整数的递归函数，实现了整数的加、减、乘、整除、求模和求负值等功能。

4．实现技术

在词法分析、语法分析和推理机模块中添加处理实数运算的代码。

(1) 添加表示实数的算符realtype (real)

在论域scanner::tok中添加算符realtype (real) ，即：tok=……；realtype (real) ．

在论域parser::sterm中添加算符realtype (real) ，即：sterm=……；realtype (real) ．

在论域pie::term中添加算符realtype (real) ，即：term=……；realtype (real) ．

(2) 添加识别实数符号的子句

在谓词scanner::maketok中添加识别"实数符号"的子句，即:

(3) 生成实数静态项的子句

在谓词parser::s＿basisterm中添加生成"实数静态项"的子句，即：

(4) 修改函数pie::evalInt，保留处理整除、求模的子句，即：

(5) 添加谓词eval

谓词pie::eval实现了实数算术运算，谓词声明和定义如下：

(6) 修改谓词pie::call

将实现谓词is的代码修改为call ("is"，[R, T2]) :-!，unify (R, realtype (eval (T2) ) ) ．

在实现谓词>、<、=、=<、<=、>=、><、<>的代码中将evalInt替换为eval，例如：

call ("<"，[T1, T2]) :-!，evalInt (T1) <evalInt (T2) ．改为call ("<"，[T1, T2]) :-!，eval (T1) <eval (T2) ．

5．结束语

针对人工智能实验平台PIE不支持实数运算的缺点，在分析PIE运算功能和内部执行流程的基础上，提出在PIE中实现实数运算功能的方法和技术。阐述的方法、技术可以给其它PIE功能扩展提供借鉴作用。

参考文献

[1]雷英杰, 邢清华, 王涛.人工智能 (AI) 程序设计 (面向对象语言) [M].北京:清华大学出版社, 2005.

[2]雷英杰.Visual Prolog语言教程[M].西安:陕西科学技术出版社, 2002.

人工智能教学实验平台 第4篇

“Z十Z”问题的提出

在目前的中学教学中，很多教师认识到探究在学生学习中的重要性，并在积极引导学生进行探究型学习。但在像数学这样理论性很强，又没有专门的实验课的科目中，如何让学生进行探究型学习呢？在近两年的研究实践中，教师利用Z+Z智能教育平台，探索出了一些探究型学习的形式，并在教学中收到了良好的效果。

“Z+Z智能教育平台”即“智能化的知识型教育平台”，是指在某一知识领域内的一定层次上，能够满足人们引用知识、运用知识、传播知识、学习知识和发展知识需要的计算机系统。它既是一个与新课程教材配套的教学资源库，又是一个课件制作的强大工具。“Z+Z智能教育平台”应用了自动推理和智能工程研究领域的最先进的成果，具有动态作图、问题生成、交互推理、符号计算、动态测量、轨迹显示、图形运动和变换、文本与公式编辑、对象插入与链接等丰富的功能。平台系列软件包括三角函数、平面几何、初中代数、初中物理、立体几何、超级画板等10多个智能教育平台软件，“超级画板”是Z+Z智能教育平台系列软件中最成熟完善的软件。

Z+Z教学设计模型的理论依据

“Z+Z教学设计模型”的主要理论依据是建构主义。建构主义学习理论要求学生在学习过程中善于用探索法、发现法去建构知识的意义；要求学生主动去搜集并分析有关的信息和资料，对所学习的问题要提出各种假设并努力加以验证；要求学生把当前学习内容所反映的事物尽量和自己已经知道的事物相联系，并对这种联系认真思考。建构主义学习理论要求教师成为学生建构意义的帮助者。具体来说，要能够激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机；通过创设符合教学内容要求的情境和提示新的知识之间联系的线索，帮助学生建构当前所学知识的意义；知识是认知主体与客观环境的相互作用而形成的，它不仅要求创设一个良好的学习情境，而且还要求学生在这种学习情境下由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为知识意义的主动建构者。Z+Z智能教育平台为建构主义理论在数学课堂教学中的运用提供了强有力的技术支持，对于高中数学新课程的教学来说，“Z+Z”正是建构主义学习理论中所需要的认知工具。

自主探究性教学模式（图1）

利用“Z+Z”创设现实问题或虚拟情景，明确数学实验的重点。学生在这些生动有趣的情景中发现问题，进而激发探究问题和解决问题的热情。学生被看做知识建构过程的积极参与者，学习的许多目标和任务都要学生主动、有目的地获取材料来实现。学生要通过现象发现问题、分析问题，明确探究的要点。让学生用“Z+Z”系列数学软件做实验，利用教师课前制作完成的课件独立探索或小组合作探究，以发现知识的内涵或规律形成的原理。

经过独立思考获得了问题解决的基本构思，独立或以小组合作的方式尝试解决问题，在解决问题中获得方法，检验构思是否科学，找出不足。归纳整理解决问题的思路，调整方法与路径，形成个人或小组解决问题的初步方案，准备交流探讨。利用“Z+Z”把各种思维方案通过梳理后清晰而生动地展示出来，引导学生分析比较、筛选，形成解决问题的方法，使学生深入理解数学知识的生成过程。利用“Z+Z”平台图文并茂、综合处理功能，将例题编制成一题多解的形式，让学生有选择性地加以演示，通过图形的变换、条件的变化等处理方法的比较，有意识地引导学生积极思考，增强学生创新思维和可持续发展的能力。

“Z+Z”操作的方便和数学化设计为课堂上教师与学生的整合创造了良好的环境，当堂制作课件，把教师和学生拉到同一条认识的起跑线上，拉进了教师、学生、教材之间的距离，为实现课堂中的三个要素的整合提供了可能性。既是教学资源库，又是课件制作的工具箱，它还能为学生提供科学实验的天地，“Z+Z”智能教育平台的引入，给教师实现信息技术和课程的相互渗透、有机整合带来了机遇。

“三角形全等的条件”教学设计

创设情景

电脑显示，小明画了一个三角形，怎样才能画一个三角形与他的三角形全等？我们知道，全等三角形三条边分别对应相等，三个角分别对应相等，反之，这6个元素分别对应，这样的两个三角形一定全等。但是，是否一定需要6个条件呢？条件能否可能少呢？对学生分类中出现的问题予以纠正，对学生提出的解决问题的不同策略，要给予肯定和鼓励，以满足多样化的学生需要，发展学生个性思维。学生分小组进行讨论交流。受教师启发，从最少条件开始考虑，一个条件、两个条件、三个条件……经过学生逐步分析，各种情况渐渐明朗，进行交流予以汇总归纳。

Z+Z平台演示，教师加以分析。学生分组讨论，互动合作。经过对各种情况的分析、归纳、总结，对学生渗透分类讨论的数学思想。

建立模型

按照三角形“边、角”元素进行分类，师生共同归纳得出一个条件：一角，一边；两个条件：两角、两边，一角、一边；三个条件:三角、三边，两角、一边，两边、一角。按以上分类顺序动脑、动手操作，验证。教师收集学生的作品加以比较，得出结论：只给出一个或两个条件时，不能保证所画出的三角形一定全等。想一想：对只给一个条件画三角形，画出的三角形一定全等吗？画一画：按照下面给出的条件做出三角形：1）三角形的两个角分别是：30°、50°；2）三角形的两条边分别是4 cm、6 cm；3）三角形的一个角为30°、一条边为3 cm。

剪一剪：把所画的三角形分别剪下来。比一比：同一条件下作出的三角形与其他同学作的比一比，是否全等。学生重复上面的操作过程，画一画，剪一剪，比一比。学生总结出：三个内角对应相等的两个三角形不一定全等，学生举例说明。Z+Z平台辅助直观演示，学生动手操作，通过实践、自主探索、交流，获得新知。

归纳总结

下面将研究三个条件下三角形全等的判定。

1）已知三角形的三个角分别为40°、60°、80°，画出这个三角形，并与同伴比较是否全等。学生得出结论后，再举例体会。

2）已知三角形三条边分别是4 cm、5 cm、7 cm，画出这个三角形，并与同伴比较是否全等。板演：三边对应相等的两个三角形全等，简写为 “边边边”或“SSS”。由上面的结论可知，只要三角形三边的长度确定了，这个三角形的形状和大小就确定了。学生模仿上面的研究方法，独立完成操作过程，通过交流，归纳得出结论。 

实物演示

由三根木条钉成的一个三角形框架，它的大小和形状是固定不变的，三角形的这个性质叫三角形的稳定性。举例说明该性质在生活中的应用。让学生动手操作，研究四边形有无稳定性，图形的稳定性与不稳定性在生活中都有其作用，让学生举例说明。鼓励学生自己举出实例，体验数学在生活中的应用。学生那出准备好的硬纸条，进行实验，得出结论：四边形、五边形不具稳定性。

学生练习 

Z+Z平台播放三角形稳定性及四边形不稳定性在生活中的应用。Z+Z平台显示题组练习，检测学生对知识的掌握情况及应用能力。

参考文献

[1]唐前军,刘文强.Z+Z智能教育平台支持中学数学探究型学习的探讨[J].德阳教育学院学报,2006,20(2):67-69.

[2]赵银生.智能教育(IE)：教育信息化发展的新方向[J].中国电化教育,2010(12):32-34.

[3]徐文龙.有效阅读教材充分挖掘文本:谈对学生阅读数学教材的指导[J].中小学教师培训,

2011(3):35-36.

[4]王峰.基于Z+Z智能教育平台的椭球面制作探讨[J].高等函授学报:自然科学版,2011(2):

17-19.

（作者单位：广州市番禺区洛溪新城中学）

人工智能教学实验平台 第5篇

【关键词】安全实验教学;虚拟化技术;云服务器

引言

人工智能教学实验平台 第6篇

云计算服务器(又称云服务器或云主机)，是云计算服务体系中的一项主机产品，用户申请云主机服务后，可自行根据用户需求进行配置，并可灵活的进行调整。用户申请的主机服务可以实现快速供应和部署(实时在线开通)，实现了集群内弹性可伸缩,云服务器根据用户选择不同的线路会配备不同数量的IP地址可实现远程访问。本文提及的教学平台可租用云服务器，在云服务器端上部署网络安全实验教学需要的环境。在云服务器中根据网络安全实验种类创建快照作为靶机镜像，具体有攻防渗透靶机、漏洞提权靶机、WWEB安全靶机以及可进行网络嗅探、口令破解等实验的.快照系统，操作系统可以是WindowsXP,windowsserver版本或者linux操作系统，因为靶机均建立在云服务器端，云服务提供的IP地址即为该教学平台的访问口，提供远程桌面登录功能供学生端远程访问。学生机群可接入LANA和LANB访问云服务器，根据学生人数接入多个学生主机，学生端主机操作系统不限，学生端需要安装Keil虚拟机供渗透提权实验使用。云服务器端可根据学生人数的最大值批量生成靶机系统，供学生端远程访问。云服务器还需加载云存储空间用来存储攻防实验软件和工具，供学生下载使用，实验成果也可云储存到云端，学生教师均可远程访问公有云平台上的信息安全教学平台，教师可实时上传实验指导书和下载实验成果,学生可提前预习和熟悉安全实验，由于云服务器的访问时间不受时间和空间的限制，学生可反复进行实验直至得到正确的实验效果，提高实验教学效率。

3结语

本文提出的信息安全教学平台不不额外购买信息安全实训设备，不改变现有高校实验室网络拓扑，简单易行。公有云服务的成熟化为本方案提供了技术支持，将安全靶机建立在公有云服务器上并根据需要生成镜像和快照。云计算技术的发展使信息安全教学平台的实现成为可能，根据该方案我们可快速部署靶机环境，统一实验、安全实验，大大提高信息安全类实验的教学效果。

人工智能教学实验平台 第7篇

1.引言

实践教学与理论教学具有同等重要的地位，是高校人才培养的重要组成部分，相对理论教学，实践教学更具有直观性、实践性、综合性和创新性。因此，现代化的实践教学体系应与理论教学平行而又相互协调相辅相成，应尽可能为学生提供开放的以及综合性、设计性、创新性比较强的实践教学环境。同时，实验室对学生开放，能够最大限度地发挥实验教学资源效益，给学生一个自主发展和锻炼的空间，有利于培养学生实践能力和创新精神，培养学生严谨的科学作风。

2.平台架构

邵阳学院电工电子实验室以培养创新型、应用型工程实用人才为目标，坚持“以基本能力训练为基础，以综合素质培养为核心，以创新教育为主线；进一步拓宽专业技能训练，加强工程教学的基础性和综合性，突出学生的创新能力培养”的指导思想，注重实践教学和工程实践能力培养的办学传统，在实践中培养学生严谨求实、科学客观、创新上进的工作作风，形成了以学生为本，知识、能力、素质协调发展，学习、实践、创新相互促进的教学理念。该实验室2009年通过湖南省基础课实验室合格评估，在此基础上，实验室提出了构建“开放式实验—综合式实验—创新式设计”三个层次递进的创新实验教学平台，强化实验课程的整体优化和综合水平。

3.平台建设的主要内容

(1)以开放式、综合式、创新式实践教学新体系为基础，以良好的创新实践环境和优质教学资源为支撑，以规范化教学管理和严格的教学质量监控体系为保障，构建一个能为学校理工类相关专业提供全方位、多功能实践教学服务，推进学生自主学习、合作学习、研究性学习，促进学生知识、能力、素质全面协调发展的综合实践教学平台，体现教学体系系统性、综合性、层次化、模块化，教学模式自主式、开放式的特点。

(2)集合我系动手及学习兴趣强烈的学生成立创新实验小组，由系指定教师进行定期培训，提高其动手及创新能力。创新实验小组的成员作为全国和湖南省大学生电子设计大赛、天华杯等各类竞赛的骨干力量。

(3)加强理论教学与实践教学的紧密结合和互动交流，形成一支专职实验教师为主，各专业理论教师和创新实验小组成员为辅的开放实验教学保障队伍，为保障实验平台的正常运行发挥重要作用。

(4)开放式实验培养学生的基本素质能力，以专业基础实验为主，通过基础实验项目全面训练，学生掌握实验的基本操作方法及技能，正确使用仪器，掌握正确的数据处理方法，正确写出实验报告，以此培养学生严肃认真的实验作风；综合式实验培养学生的技术基础能力，通过综合式实验项目，学生自己设计实验内容，能自主进行简易的实验，实验后总结经验，以此提高学生综合素质；创新式实验培养学生的专业能力，学生掌握了一定的专业理论知识和实验技能，通过实验培养学生的思维能力、动手能力以及在实验中发现问题、分析问题及解决问题的能力。

(5)实验室做到实验项目的开放、时间开放及地点和信息开放。学生可以自由选择实验项目，实验项目的来源可以多样化，实验时间采取自由、预约两种开放形式，实验地点可以在规定的电工电子实验室、创新实验室、综合仿真实验室、单片机实验室、PLC实验室等完成各类型的实验。

(6)青年教师每学期必须指导5-8名学生做1-2个创新式实验项目，实验项目要体现合适的难度，体现专业性，并且做好相应记录，以便进行考核。

(7)营造良好的创新实践环境，针对不同年级的同学开展分层次、多样化的学生课外科技活动，加强实验教学与学生科技实践活动的紧密结合，形成实验教学与科技创新活动良性互动机制。

4.平台建设效果

(1)提高了学生工程创新能力，把增强学生的工程意识、工程实践能力和工程创新能力贯穿于整个教学过程，学生的综合素质和创新能力得到了全面的提高，受到用人单位的欢迎，近年来，电气工程系各专业的毕业生就业率一直保持在90%以上，且就业单位较好。未就业学生大多数是准备再次考研而主动放弃就业。

(2)实现专业教师负责制、强化实践教学后，学生参加科研训练的人数明显增加。很大一部分学生参与教师科研项目或大学生创新等项目，其中学生参与教师科研课题4项，湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目有9项，校级学生科研项目6项，参与教师的科研课题、参加科技训练活动已成为学生的自觉行动。科研训练提高了大学生的创新能力，也取得了丰硕的成果，学生在《低压电器》、《仪表技术》、《邵阳学院学报》等期刊上发表科研论文12篇，获得软件著作权3项、实用新型专利1项。

(3)鼓励学生参加学科竞赛，重视竞赛的训练过程。近年来，学生积极参加学科竞赛活动并取得了较好的成绩。学生参加全国大学生电子设计竞赛获全国二等奖1项、湖南省一等奖1项、二等奖2项、三等奖2项，获第八届“挑战杯”湖南省大学生课外学术科技作品竞赛三等奖1项。

(4)进一步推动教学改革，形成了一批与生产实践紧密结合的设计型、综合型、创新型实验项目，同时，通过平台建设，实验室硬件设施得到了有力加强，保证了各类实验教学的顺利进行。在充分利用平台的同时，又促进了平台的建设。

5.结语

通过近年来的实践与探索，“开放式实验—综合式实验—创新式设计”三个层次递进的创新实验教学平台有力地推动了学生自主学习、合作学习、研究创新性学习，锻炼了学生创新思维和实践能力，真正体现出以人为本、重在人才培养的高等教育核心内涵。但是，建设一个以先进实验教学理念为基础的创新式实验教学平台涉及的内容很多，既有教育理念的问题，又有课程体系的改革，还有管理运行机制和队伍建设的问题，作为新建地方本科院校，还存在学科专业基础差、经费不足、缺乏地域优势等问题，因此，实验教学平台还有待进一步的研究和探索，还有许多问题需要解决。

参考文献

[1]袁勇,杨毅.加强实验室开放,搭建人才培养的实验教学平台[J].中国建设教育,2009,6.[2]陈咏梅,徐庆华.新建地方本科院校实验教学平台的构建[J].黄石理工学院学报,2007,12.[3]陈永平,熊自立,周建国.计算机学科开放实验教学平台的研究与设计[J].实验技术与管理,2009,4.[4]堵俊,吴晓,羌予践.电气类开放实验教学平台的建设与实践[J].实验室研究与探索,2009,5

人工智能教学实验平台 第8篇

随着信息社会的发展和进步，信息的产生和传播得到极大的促进，在国民生产的许多环节中信息化都是一个十分重要的因素，信息安全因此就成为了一个关系到社会整体利益的因素。密码学和密码芯片得以广泛的应用。而其自身的安全也对于整个系统来说十分重要。具体到密码芯片的安全性，在密码芯片的实现中，密码算法基于某个物理设备并采用软件或硬件方式实现，物理设备会与其环境发生物理交互作用。攻击者有可能主动策划并检测这种交互作用，进而产生有助于密码分析的信息，比如运行时间、功耗、电磁信息等侧信道(Side-Channel)信息，对密码芯片实施侧信道攻击。

本文以差分能量分析(DPA)为理论基础，结合Linux平台搭建了一个智能卡系统，对其实现DPA攻击。从而完整的展示了DPA攻击的全部过程。

此外，本文对测得的能量迹阶数不足的问题做了进一步深入的研究，结合Picoscope示波器工具，运用Matlab工具对测得的能量迹数据做进一步整理和提取，从而对于Linux不同平台测试导致了智能卡系统能量迹采集阶数不足的问题提出了新的解决思路。

1 差分能量攻击(DPA)

能量分析攻击是一种能够从密码设备中获取秘密信息的密码攻击方法，与其他攻击方法不同，这种攻击利用的是密码设备的能量消耗特征，而非密码算法的数学特征。能量分析攻击是一种非入侵式攻击，攻击者可以方便地购买实施攻击所需要的设备，所以这种攻击队智能卡之类的密码设备的安全性构成了严重的威胁。

DPA攻击在实现过程中需要大量的能量迹，这些能量迹记录了密码芯片在密钥操作的过程中的能量消耗，能量迹越多意味着对于密码芯片泄露的的密钥信息越多，因此破解密钥的可能性越大。运用DPA攻击可以基于能量迹恢复出密码设备中的密钥，如图1所示。

2 实验系统实现

2.1 智能卡系统的组成

本文针对付费电视系统设计了智能卡芯片系统。

智能卡芯片系统总体由3部分组成:视频服务器、电视视频终端以及Atmel-AES卡。

具体结构及工作原理如图2所示。

Atmel AES卡与PC视频终端由USB连接，Atmel-AES卡控制单元为ATMega744芯片，加密算法采用AES双层密钥加密，主密钥k M同时存储在视频服务器和Atmel-AES卡中，视频流以块d I为单位、并由块密钥k C(块密钥由视频服务器随机产生)AES加密后进行传输，工作原理由以下五步解析:

(1)视频服务器产生加密数据流传输至视频终端PC，数据流由三部分组成:

同步调整信号SYNC，由随机块密钥kC对主密钥kM进行AES加密产生的信息kCC，由随机块密钥kC对数据块dI进行AES加密产生的数据流dIC。

(2)PC将kCC信息传输至Atmel-AES卡。

(3)卡负责对信息kCC利用kM进行AES逆运算得到块密钥kC。

(4)卡将kC告之PC。

(5)PC利用kC对dICAES逆运算以得到原始数据块dI。

2.2 智能卡系统的配置

本智能卡密码芯片系统主要基于Linux平台搭建。服务器端和终端需要不同的文件配置，每个配置文件在工作过程中起到的作用不同。为实现视频流顺利从服务器端传输到终端，需要在Linux环境中做相应的调整，同时对于实验基础条件不够好的环境，选择合适的视频传输格式能产生更好的传输效果。

2.2.1 Linux环境下的服务器端配置

在Linux环境下的服务器端需要配置如下文件:“rc.local”“server_dienst”“tjcdhk_streamer”“streamer.py”，各个文件的作用如下:“rc.local”:从这里设置启动服务器端的服务，此文件保存在linux根目录下的/etc文件夹中，它确保了tjcdhk_streamer启动。

关键代码:nohup/usr/bin/tjcdhk_streamer&“server_streamer”:这个文件能启动不同的进程，它能对基于TCP/IP的20001到20006的端口作出反应，并调用相应的视频文件以实现视频传输。

关键代码:

“server_dienst”:这个文件是一个脚本程序，它启动了一个使用python编辑的服务端程序，即启动“streamer.py”程序。

关键代码:

“streamer.py”:这个文件是对传输视频流数据进行加密操作的主要程序，它保证了数据在传输过程中的安全性。程序设定主密钥和随机密钥，基于AES加密算法对每一个数据块进行双重加密操作。然后把数据块提交到发送端口发送给终端。

关键代码:

2.2.2 Linux环境下的终端配置

在Linux环境下的终端需要配置如下文件:“client”“receiver.py”，各个文件的作用如下:

“client”:这个文件启动终端解密程序，它通过调用“receiver.py”来发起一个接收数据的请求，并将解密后的数据用linux系统中的mplayer播放器播放出来。

“receiver.py”:这个文件调用了智能卡的T0传输协议，将加密的数据块发送给智能卡，由智能卡里存储的主密钥对数据块进行解密操作，并最终把解密后的数据块交由“client”程序处理。

关键代码:

2.3 系统实现结果

系统实现结果分为两部分，视频数据的播放和随机密钥的显示。在图3中可以看到整个智能卡系统实现的情况。在此基础之上，利用Picoscope示波器收集智能卡密钥操作过程中的能量迹，从而最终实现对于能量迹的DPA攻击。

3 能量迹测量数据的优化处理

3.1 DPA攻击不同Linux平台测量时的数据问题

DPA攻击需要在Linux系统平台下测试多组能量迹，而在不同的平台进行能量迹测试理论上具有一致性。然而在实测过程中，在对所有能量迹中提取出包含AES加密环节的能量迹的结果以后，发现提取出的能量迹会出现数据量不足的问题，即得到的AES能量迹的数据阶数不足，如图4所示。

理论而言，正常的AES能量迹应包含256阶数据，而图4中，AES的能量迹阶数明显少于256阶，因而无法完成完整的DPA攻击。为了方便观察阶数，可以将提取的能量迹以单点点阵的形式重新绘制图形，如图5所示。

图5中可以很明显地看出，得到的能量迹分为了许多点阵，而点阵阶数明显不够多。因此，这些能量迹不能作为DPA攻击的数据来源。

3.2 针对测量能量迹阶数不足的改进方法

针对以上能量迹不足的问题，需要分析多方面的原因。一种可能的原因就是Picoscope在测量的过程中对于信号的采样率不够高，采样点数不够多，因而需要在更小的电压幅度范围内对智能卡的能量消耗进行取值和采样。

而相对于Linux环境，在Windows环境下的Picoscope示波器采样数据的阶数有明显的增多。鉴于整个DPA平台都是基于Linux环境搭建，在Windows环境下重建平台费时费力。因而可以将能量迹测量和采集数据的环节在Windows环境下完成。以弥补在Linux采样阶数不足的问题。

3.2.1 能量迹数据的采集

在Windows环境下采集能量迹数据，需要用到Picoscope在Windows的平台软件:Picoscope 5204，这里使用的软件版本是:v.6.6.57.20。

在示波器中完成对原始数据的采样如图6所示。

图6中包含了两个通道的信号，一个是A通道，一个是B通道。A通道中包含了需要的能量迹和信道噪声，而B通道中由智能卡给示波器发出测量脉冲，每一个脉冲周期内示波器完成对包含AES加密操作的能量迹的测量和记录。并最终由Picoscope将所有的数据保存导出。

数据的最终导出形式是“.mat”格式文件。利用这一特性，可以再编写Matlab数据处理程序，来进一步去除信号中的噪声，提取出需要的能量迹，并将最终可供DPA使用的AES能量迹提取出来。

3.2.2 Matlab能量迹提取程序

由于Picoscope在一次测量当中将生成大量的“.mat”文件，因此，在数据处理的过程中，如何利用Matlab自动识别并读取这些文件十分重要。

在Matlab中，可以利用循环语句和dir函数、fullfile函数以及load函数互相配合使用，来循环加载文件夹目录下的各个文件，从而达到批处理的目的。

Matlab编写自动识别文件的核心代码如下:

之后可设定触发条件，对触发内的能量迹信号进行采样，并保存到“.mat”文件中。

经过如上处理的AES能量迹如图7-8所示。

与之前未经处理的AES能量迹对比可以看出，经过Matlab程序处理之后的AES能量迹点阵具有更多的阶数，因而更符合DPA对于数据的要求。

4 结束语

差分能量攻击提供了一种对密码设备攻击的新思路，而这种攻击的实现不仅需要可行的平台，也需要足够的能量迹数据。对于此类攻击的防范除了可以利用不同时间序列来干扰能量迹的产生以外，还可以在元器件层对于能量迹做隐藏和掩盖措施，以保证密钥信息不泄露。

除了用本文中提到的方法，还可以用其它的方法来优化AES数据的提取，例如结合Picoscope示波器的驱动和API对AES能量迹做更有效的采集等，这些还有待进一步的研究。

参考文献

[1]Mangard S,Oswald E,Popp T.Power Analysis Attacks:Revealing the Secrets of Smart Cards[M].1.Springer Science+Business Media,LLC,2007.

[2]Actel Corporation[Z].SmartFusion Intelligent Mixed-Signal FPGAs Datasheet(Revision 6),2011.

[3]Hagai Bar-El.Introduction to Side Channel Attacks[Z].Discretix Technologies Ltd.,2011.

[4]Eric Brier,Marc Joye.Weierstrass Elliptic Curves and Side-Channel Attacks[Z].In.

[5]张涛.面向密码芯片的旁路攻击关键技术研究[D].成都电子科技大学博士学位论文,2008.

[6]顾海华.椭圆曲线密码的快速算法及安全基础研究[D].上海交通大学博士学位论文,2010.

[7]樊海峰,严迎建,等.AES密码芯片的相关性功耗分析仿真[J].计算机工程与设计,2010,31(2):260-265.