導語：應用人工智能進行遠程教學的系統(tǒng)探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:為了有效解決任課教師和學生之間的線上教學的互相交流問題，在校園良好的網(wǎng)絡環(huán)境下，有必要建設一個便利高效的遠程互動平臺。本文基于人工智能，結(jié)合Agent的遠程教學系統(tǒng)，提出了一種遠程教學系統(tǒng)，能夠為學生的學習提供個性化的學習功能，還實現(xiàn)了智能化教學的在線互動。本文主要闡述系統(tǒng)的總體功能設計，并對功能模塊展開分析。仿真實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)更適用于現(xiàn)階段的教學。

關(guān)鍵詞:人工智能；遠程教學；系統(tǒng)設計；智能教學；網(wǎng)絡教育

1引言

隨著我國現(xiàn)代化進程和終身學習體系的建立，遠程教育正步入快速發(fā)展的新階段。網(wǎng)絡技術(shù)在現(xiàn)代教育領域的應用，不僅為學生提供了大量的學習機會和豐富的學習資源，還為遠程教學提供了強有力的技術(shù)支撐。由于當前遠程教學系統(tǒng)無法針對不同層次的學生實施個性化教學，因此如何運用高新技術(shù)來提升現(xiàn)代遠程教學水平就擺在教育工作者面前。為能夠有效提高遠程教學的同步效率，本文以人工智能技術(shù)為基礎，設計了遠程教學系統(tǒng)，闡述系統(tǒng)的總體功能設計，并對功能模塊展開了分析。仿真實驗結(jié)果表明，采用該遠程教學系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景，證明了該系統(tǒng)設計的可行性，同時可為遠程教學質(zhì)量的提升提供相應的參考[1]

2需求分析

2.1功能需求

遠程教學系統(tǒng)的功能設計反面主要包含教師、學生以及管理員三個部分。管理員能夠?qū)處?、學生、班級和課程等方面進行管理；教師可以對視頻、課件、作業(yè)布置等教學資源和學生的申請進行操作。而學生只能夠進行選擇課件和選課情況、學習資料下載以及留言等操作。

2.2系統(tǒng)性能需求

該系統(tǒng)的設計具有實時響應、超大存儲空間以及安全控制等性能。2.3遠程教學在遠程教學系統(tǒng)設計過程當中，Agent可以有效提高系統(tǒng)的智能型，從而幫助該系統(tǒng)組成問題答疑、作業(yè)發(fā)布以及考試交互等功能，通過數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)教學資源共享。而計算機輔助教學(ComputerAidedInstruction，CAI)則可以通過對學生自身的情況和相應的因素分析學生的特征，然后為其安排合理的教學內(nèi)容和方法，以滿足學生的個性化需求，從而促進教學效率和質(zhì)量的提升[2]。

3總體功能設計

3.1Agent技術(shù)和設計原則

Agent技術(shù)又被稱為智能代理技術(shù)。作為一種人工智能技術(shù)，它可以通過從外部環(huán)境中以主動的方式來獲取相關(guān)知識。然后，在自我不斷的訓練和改變下，進一步提高自身的能力。因此，本文基于人工智能技術(shù)設計的遠程教學系統(tǒng)，不僅可以對學生的學習能力進行檢測，還能夠通過人工智能實現(xiàn)對學生進行針對性的訓練。因此，基于該技術(shù)的遠程教學系統(tǒng)，既可以給用戶提供個性化的教學方式，還促進了遠程教學質(zhì)量的提升。但在遠程教學系統(tǒng)設計過程中，需要充分滿足學校、學生對該系統(tǒng)的需求，并能夠做到及時更新。同時，在功能方面需要具備多樣化的功能。如在該教學系統(tǒng)設計過程中，還需要將學生的考試成績以及各方面的教學信息等統(tǒng)一錄入電子檔案中，并利用該系統(tǒng)對信息存儲進行安全保存[3]。

3.2系統(tǒng)總體框架設計

利用B/S三層架構(gòu)模式和模塊化技術(shù)等實現(xiàn)系統(tǒng)多功能模塊的構(gòu)建和協(xié)同工作。該系統(tǒng)的總體框架設計可以劃分為數(shù)據(jù)層、服務層及表現(xiàn)層等，如圖1所示。通過三層架構(gòu)模式，有效促進了該系統(tǒng)的拓展性，還可以實現(xiàn)跨系統(tǒng)的工作。同時，遠程教學系統(tǒng)的設計，對應了web瀏覽器能夠直接面向用戶。中間層則包含了該系統(tǒng)的多個智能模塊，如學習模塊、教師模塊等。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫層實現(xiàn)了對學校相關(guān)教學資源的管理與服務。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫層還實現(xiàn)了對教學資源、數(shù)據(jù)庫資源等具體資源的存儲任務。業(yè)務邏輯層實現(xiàn)了對學生Agent、教師Agent及教學管理等Agent的管理，并通過相應的瀏覽器實時顯示用戶界面。

3.3系統(tǒng)主要硬件設計

該系統(tǒng)設計最關(guān)鍵的地方在于針對學生的學習效果檢驗以及提出相應的建議，從而實現(xiàn)智能化教學和學習[4]。系統(tǒng)主要包括學生學習模塊、教師教學模塊、評估模塊以及人機交互模塊、知識庫模塊等多個模塊，如圖2所示。同時，該系統(tǒng)的組件均是在知識庫的支撐下才能夠?qū)崿F(xiàn)的。

3.3.1學生學習模塊設計

該模塊的設計，主要可以對學生自身的學習能力和技能水平進行精準的反饋，然后為學生的學習提供個性化教學。模塊由多個代理以及教學協(xié)調(diào)代理等共同組成，因此不同的教學代理自身具備了獨立解決問題所需要的相關(guān)知識和能力。可以將其看成一個人工智能個體。它可實現(xiàn)對教學材料的呈現(xiàn)、幫助解決問題，從而為學生的學習提供相應的意見。同時，利用協(xié)作機制，可以有效實現(xiàn)知識的共享。在教學過程中，利用協(xié)調(diào)代理還可以結(jié)合教學管理實現(xiàn)對學習大綱以及教學策略進行相應的調(diào)整[5]。

3.3.2教師教學模塊設計

該模塊的設計，能夠根據(jù)學校教學課程結(jié)構(gòu)相關(guān)知識，可以為學生所選擇的問題提供正確的答案，也可以實現(xiàn)對學生的學生行為進行監(jiān)督。同時，能夠?qū)崿F(xiàn)對個人交互方式的學習，并結(jié)合學習要求為學生的學習提供對應的教學方法。因此，整個教學的過程中，任課教師可以通過利用互聯(lián)網(wǎng)對學生的反饋信息進行收集，以此來促進教學策略庫的完善。系統(tǒng)能夠通過借助智能化的推理分析，實現(xiàn)對教學過程中存在的問題進行智能化的指導。最后，能夠結(jié)合教師教學模型數(shù)據(jù)，利用評估模塊實現(xiàn)為教師教學行為的評估提供相應的數(shù)據(jù)作為支撐，能更好更客觀地評價學生。

3.3.3評估模塊設計

該模塊的設計可以結(jié)合對應的評估機制，對學生學習以及教師的教學等進行判斷，并將最后的結(jié)果傳遞到相應的模塊中。同時，可以以人工智能推理的形式，實現(xiàn)對學生的學習行為、態(tài)度、效果等多個方面進行全面的綜合評估，以及教師在教學過程中學生反應的問題進行綜合評估。

3.3.4知識庫模塊設計

該模塊的設計可以將其劃分教學知識和教學策略知識等兩個部分。教學知識的構(gòu)架由總體線性和局部非線性等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。它可以結(jié)合課程的知識結(jié)構(gòu)，以超文件的文件形式實現(xiàn)存放，可以供學生學習和查詢。而非線性結(jié)構(gòu)可以將其看作結(jié)合課程教學內(nèi)容中的章、節(jié)中的知識點來劃分相應的層次。章為線性，而從節(jié)開始則為非線性。因此，在學習過程中，學生可以通過對學習內(nèi)容的選擇，形成教學策略知識并將其在對應的數(shù)據(jù)庫中進行存放[6]。

3.3.5人機界面模塊設計

該模塊的設計，主要實現(xiàn)了學生、教師以及系統(tǒng)等多方面之間的溝通交流。作為媒介，它還能夠為學生提供熟知的表達知識。同時，結(jié)合學生自身所具備的學習能力和歷史學習記錄，為學生選擇沒有學過或者教學的相關(guān)內(nèi)容，從而有針對性地為學生制定合理的學習方案。

4軟件設計

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務器為SQLServer2000型號服務器，并使用Internet5.1作為信息服務器。結(jié)合web瀏覽器，在不受硬件條件的約束下，實現(xiàn)了該系統(tǒng)的跨平臺使用，從而為學習在網(wǎng)絡中的學習提供各方面有效支撐，還為教師的教學提供支持和幫助。具體地，該系統(tǒng)的軟件設計可以劃分為遠程教學數(shù)據(jù)采集、遠程教學通信協(xié)議、AI智能課堂以及智能教學評價等。

4.1遠程教學數(shù)據(jù)采集

該部分的設計在于系統(tǒng)為遠程教學提供相應的數(shù)據(jù)流。該系統(tǒng)基于網(wǎng)絡，因此通過Web形式來實現(xiàn)網(wǎng)上的工作交互、文檔流轉(zhuǎn)，結(jié)合Web得出對應的遠程教學html語言。在此基礎上，通過對相應數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)了遠程教學數(shù)據(jù)的收集。并且，在對遠程教學數(shù)據(jù)的收集過程中，還可以通過利用采集端來確定遠程教學的數(shù)據(jù)，不用安裝任何軟件，也不需要進行任何相關(guān)配置，同樣可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集工作[7]。

4.2遠程教學通信協(xié)議

想要實現(xiàn)遠程教學，該系統(tǒng)的設計離不開遠程高級通信協(xié)議。只有這樣才能夠為學生或教師提供相應的服務。而能夠支持遠程教學的通信，還需要能夠允許該系統(tǒng)在網(wǎng)絡中構(gòu)建一個基于遠程移動端以及通信設備兩者支架的邏輯連接。這樣，就以利用web數(shù)據(jù)驅(qū)動相應的應用，實現(xiàn)對遠程教學數(shù)據(jù)的傳輸以及智能調(diào)頻。最后，通過通信協(xié)議，還可以將相關(guān)數(shù)據(jù)實時地發(fā)送到前端顯示界面，從而有效保證遠程教學數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

4.3AI智能課堂

該設計，能夠?qū)崿F(xiàn)自適應的學習視頻。它可以將優(yōu)質(zhì)的教學資源，結(jié)合系統(tǒng)制定合理的教學步驟和專業(yè)知識點，錄制成為所需的視頻切片。同時，結(jié)合不同的教學過程和情境，如問題的正誤回答等情況，為學生們提供不同的視頻學習內(nèi)容。此外，切片處理后的教學視頻資源，由于時間間隔短，可以減少視頻播放前加載時間，利用web服務器進行直播和點播，還能夠在多種教學情境中重復利用。其原因主要是基于人工智能，因此才能夠?qū)崿F(xiàn)視頻資源的自適應性展現(xiàn)。

4.4智能教學評價

智能教學評價設計，主要是結(jié)合課堂視頻中的學習情況進行問答抽取、錯題糾錯等?；谡Z音特征，從而對學生的問題回答實現(xiàn)層級劃分，從而量化學生在課堂中的表現(xiàn)。最后通過自動化形成對應的學習報告，以客觀的方式體現(xiàn)出學生的學習變化和成長。同時，在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，想要充分實現(xiàn)對學生的個性化教學，不僅要保障學生能夠自主性的學習，還要對其進行針對性的引導。通過對其教學內(nèi)容進行合理的調(diào)整和優(yōu)化，從而可以幫助不同層次的學生獲取符合自身水平的教學策略，因材施教。而基于人工智能的遠程教學模式，既可以從一定程度上激發(fā)學生自身的學習感官思維，促進其學習積極性的提升，還可以利用模塊化結(jié)構(gòu)技術(shù)，提高該系統(tǒng)的安全性。

5實施效果

為了進一步驗證基于人工智能技術(shù)提出的遠程教學系統(tǒng)的可行性，本文結(jié)合相應的仿真實驗對該系統(tǒng)進行了驗證。

5.1實驗準備

此次實驗以一些學校中學生與任課教師為對象，通過利用遠程教學系統(tǒng)進行遠程教學。為有效保證該系統(tǒng)的實時性要求，將遠程教學同步率作為實現(xiàn)的指標。同時，還通過新舊系統(tǒng)的對比分析，來驗證該系統(tǒng)的可行性。首先，該系統(tǒng)利用MODBUS軟件采集遠程教學同步率，并通過傳統(tǒng)系統(tǒng)實現(xiàn)遠程教學，對遠程教學同步率進行采集。然后，基于人工智能的遠程教學系統(tǒng)進行對比分析并記錄相應的結(jié)果。

5.2實驗結(jié)果分析

首先，在大數(shù)據(jù)的支持下，本文通過對傳統(tǒng)系統(tǒng)和人工智能的遠程教學系統(tǒng)之間的教學效果以及同步率進行相應的對比分析。結(jié)果顯示，基于人工智能的遠程教學系統(tǒng)效果要遠遠高于傳統(tǒng)系統(tǒng)。例如，將該校學生的成績進行劃分，在500分的基礎上，對該系統(tǒng)進行比較，具體結(jié)果如表1所示。從表1可以發(fā)現(xiàn)，相同學生人數(shù)的不同系統(tǒng)教學，傳統(tǒng)系統(tǒng)的學生成績低于本文遠程教學系統(tǒng)的成績；傳統(tǒng)系統(tǒng)不同人數(shù)（300-600）的情況下最高分為400分；基于人工智能遠程教學系統(tǒng)不同人數(shù)（300-600）情況下最高分為490；隨著學生人數(shù)的增加，傳統(tǒng)系統(tǒng)教學情況下學生的分數(shù)在逐漸降低，由此對這兩種系統(tǒng)的結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，基于人工智能的遠程教學系統(tǒng)，更加可以激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的學習成效。同時，通過實現(xiàn)對比剛開始這兩種系統(tǒng)均會受延遲的影響，使得其教學效率和質(zhì)量無法得到提高。但在人工智能技術(shù)的應用下，有效解決了遠程教學系統(tǒng)的延遲問題。綜上所述，經(jīng)試驗證明基于人工智能設計的遠程教學系統(tǒng)具有可行性[8]。

6結(jié)束語

綜上所述，遠程教學優(yōu)勢越來越受人們的重視。為了進一步對現(xiàn)有的遠程教學系統(tǒng)功能進行完善，本文利用人工智能技術(shù)有效解決了遠程教學系統(tǒng)的復雜性與并發(fā)性。而且，該系統(tǒng)還具有相應的人工智能學習能力，更加有利于輔助學生的學習。因此，基于人工智能的遠程教學系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景。

作者：張惠娟 單位：廈門工學院計算機科學與信息工程學院