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篇1

關(guān)鍵詞：人工智能；智能化計算機(jī)輔助教學(xué)；專家系統(tǒng)；知識庫

中圖分類號：TP18文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2007)12-21667-02

The Application of Artificial Intelligence in Education

HU Ji-li,YIN Yun-xia

( Anhui University of Traditional Chinese Medicine, Hefei 230038,China)

Abstract:As a result of the interpenetration of older branches into each other, scientific theories and their application of Artificial Intelligence have expanded into nearly all the areas of human activity. This paper introduces the application of Artificial Intelligence in education, especially deals with Intelligence Computer Aided Instruction based on the artificial Intelligence.

Key words:Artificial Intelligence;CAI;expert system;knowledge base

1 引言

人工智能作為當(dāng)今世界三大尖端技術(shù)(空間技術(shù)、能源技術(shù)和人工智能技術(shù))之一，是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，它的目標(biāo)是構(gòu)造能表現(xiàn)出一定智能行為的。人工智能是一門極富挑戰(zhàn)性的科學(xué)，從事這項工作的人必須懂得計算機(jī)知識、心理學(xué)和哲學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、計算機(jī)視覺等?？偟恼f來，人工智能的目的就是讓計算機(jī)這臺機(jī)器能夠像人一樣思考。人工智能的研究更多的是結(jié)合具體領(lǐng)域進(jìn)行的，主要研究領(lǐng)域有專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別、自然語言理解、自動定理證明、自動程序設(shè)計、機(jī)器人學(xué)、博弈、智能決定支持系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它總的來說是面向應(yīng)用的，隨著人工智能的誕生和發(fā)展， 人們開始把計算機(jī)用于教學(xué)領(lǐng)域。同時， 自七十年代以來， 有教學(xué)能力的專家系統(tǒng)得到研制。人工智能技術(shù)與專家系統(tǒng)的成就， 促使人們把問題求解、知識表示這些技術(shù)引入計算機(jī)輔助教學(xué)(CAI) ， 這便是智能型計算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)。

近幾十年來， 隨著人工智能技術(shù)的日漸成熟， 它的一些研究成果被陸續(xù)應(yīng)用到教學(xué)領(lǐng)域， 推進(jìn)了教育發(fā)展改革和教學(xué)現(xiàn)代化進(jìn)程。人工智能在教學(xué)系統(tǒng)的重要性也已形成共識。

2 人工智能在教育中的作用

目前在教育技術(shù)中涉及到AI的主要有以下領(lǐng)域：

2.1 知識的表示與訪問

基于人工智能的知識表示是以知識為對象，以計算機(jī)的軟硬件和計算機(jī)科學(xué)及人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)為工具，以哲學(xué)、心理學(xué)和邏輯學(xué)等為方法和指導(dǎo)，將知識表達(dá)成計算機(jī)可以直接處理的“知識庫”，使用“計算機(jī)的智能”來模擬人類專家或“人類智能”，對知識進(jìn)行快速、精確、自動、科學(xué)的處理。它不屬于通常的“數(shù)據(jù)管理或信息管理”的“數(shù)據(jù)”層次，而是屬于“知識處理”或“知識”的智能化層次。其主要內(nèi)容是對于知識進(jìn)行形式化的表示、自動化的推理，智能化的教學(xué)或創(chuàng)造。計算機(jī)輔助教育是其中重要的組成部分。

2.2 符號計算

符號計算包括數(shù)值計算、符號計算和函數(shù)作圖。其代表軟件是Mathematica，當(dāng)該軟件在1988年第一次，對科技及很多其他領(lǐng)域的計算機(jī)使用方式產(chǎn)生了深刻的影響。Mathematica 1.0時，商業(yè)周報將其列入當(dāng)年最重要的十大新產(chǎn)品名單。這標(biāo)志著現(xiàn)代科技計算的開始。Mathematica也被大量地用于教育:有成百上千的課程，從高中課程到研究生課程用它作基礎(chǔ)。隨著各種學(xué)生版的，Mathematica也已成為全世界各種不同專業(yè)學(xué)生的重要工具。

2.3 對學(xué)生錯誤的自動診斷

采用人工智能技術(shù)，使得教學(xué)過程中系統(tǒng)可以自動診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，不僅能發(fā)現(xiàn)學(xué)生的錯誤，而且能指出學(xué)生錯誤的根源，從而做出有針對性的輔導(dǎo)或?qū)W習(xí)建議。而且根據(jù)學(xué)生的特點自動選擇教學(xué)內(nèi)容，自動調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，自動選擇教學(xué)策略與方法。

2.4 實現(xiàn)智能性超媒體教學(xué)系統(tǒng)

超媒體系統(tǒng)有理想的教學(xué)環(huán)境，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，但不能保證達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)目的，而且由于不了解所要教的對象，所以不能做到有針對性的指導(dǎo)，不能因材施教。智能輔助教學(xué)系統(tǒng)正好與此相反。將二者結(jié)合起來，就可實現(xiàn)性能互補(bǔ)，從而研究制出新一代高性能的智能超媒體教學(xué)系統(tǒng)。

3 人工智能應(yīng)用于教育的新方向：ICAI

3.1 傳統(tǒng)CAI的不足

傳統(tǒng)的CAI由于其集成性、交互性、多媒體性等特點，在教學(xué)中可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，提高教師的教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。但在使用過程中，CAI的一些弱點也逐漸暴露出來。主要表現(xiàn)有:

(1)缺乏人機(jī)交互能力

現(xiàn)有CAI 大多以光盤作為信息的載體， 將教材中的內(nèi)容以多媒體的形式展現(xiàn)出來， 教學(xué)信息是按預(yù)置的教學(xué)流程機(jī)械式地提供給學(xué)生的， 學(xué)生接受起來很被動。而且在課堂教學(xué)中， 一般也只能通過教師按預(yù)定的課件流程進(jìn)行操作， 無論學(xué)生還是教師都不能很好地參與教與學(xué)的過程， 因此人機(jī)交互沒有很好地實現(xiàn)。

(2)缺乏教師與學(xué)生的互動

現(xiàn)有的CAI 課件在學(xué)生自學(xué)、進(jìn)行操作使用時，如何學(xué)習(xí)都是學(xué)生自己的事。教師不能完全了解學(xué)生的情況，學(xué)生在碰到問題時，也不能向教師求助，師生之間是互相封閉的，軟件所起的積極效果大打折扣。同時由于缺乏網(wǎng)絡(luò)支持，現(xiàn)有的絕大多數(shù)CAI 課件是在單機(jī)環(huán)境下運行的，它們無法利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢使知識內(nèi)容快速更新，也更無法提供便捷的學(xué)習(xí)討論空間、隨時隨地的師生交流方式以及遠(yuǎn)程教學(xué)實現(xiàn)的條件。

(3)缺乏智能性

要想面對不同情況的學(xué)生進(jìn)行不同程度的教學(xué)過程， 使學(xué)生的學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃樱?并能由系統(tǒng)自動地提供助學(xué)信息而有選擇地學(xué)習(xí)，要想使教師的教學(xué)能積極地參與進(jìn)去并根據(jù)系統(tǒng)提供的信息按照學(xué)生的認(rèn)知模型為其準(zhǔn)備最適合的學(xué)習(xí)內(nèi)容， 給予不同方式的教學(xué)模式與方法， 沒有智能性的CAI 課件系統(tǒng)， 是很難實現(xiàn)以上目的并達(dá)到良好教學(xué)效果的。由此可見，現(xiàn)有的CAI 隨著人們要求的提高， 已經(jīng)不能盡如人意。因此以智能CAI 為代表的新的計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)將是教師在教育技術(shù)上需要不斷探求、努力實現(xiàn)的發(fā)展方向索。

3.2 ICAI－人工智能與多媒體技術(shù)的結(jié)合

為了克服傳統(tǒng)CAI的缺點，需要在知識表示、推理方法和自然語言理解等方面應(yīng)用人工智能原理。因此很多專家提出了智能計算機(jī)輔助教學(xué)(ICAI)，智能計算機(jī)輔助教學(xué)(Intelligence Computer Assisted Instruction－ICAI)以認(rèn)知學(xué)為理論基礎(chǔ)。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于CAI，是智能化的CAI。在ICAI系統(tǒng)中，允許學(xué)生與計算機(jī)進(jìn)行較自由的對話，學(xué)生的應(yīng)答不限于數(shù)字或簡單的短語。系統(tǒng)能夠判定學(xué)生應(yīng)答的正確程度，并給予適當(dāng)?shù)姆答仯皇呛唵蔚卣f“對”或“錯”。ICAI的宗旨在于利用現(xiàn)有計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)較好的人工智能，模仿人類的交互方式、思維習(xí)慣及情緒流動，修飾和掩蓋計算機(jī)的缺陷。

3.3 ICAI的優(yōu)點

(1)將教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)策略分開，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知模型提供的信息，通過智能系統(tǒng)的搜索與推理，動態(tài)生成適合于個別化教學(xué)的內(nèi)容與策略。

(2)通過智能診斷機(jī)制判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，分析學(xué)生產(chǎn)生錯誤的原因，同時向?qū)W生提出更改建議、以及進(jìn)一步學(xué)習(xí)內(nèi)容的建議。

(3)通過對全體學(xué)生出現(xiàn)的錯誤分布統(tǒng)計，智能診斷機(jī)制將向教師提供教學(xué)重點、方式、測試重點、題型的建議。

(4)為教師提供友好的教學(xué)內(nèi)容、測試內(nèi)容維護(hù)界面，無需改變軟件的結(jié)構(gòu)即可調(diào)整教學(xué)策略。

(5)通過對學(xué)生認(rèn)知模型、教學(xué)內(nèi)容、測試結(jié)果的智能分析，向教學(xué)督導(dǎo)人員提供對任課教師教學(xué)業(yè)績評價的參考意見。可以說，一個理想、完美的ICAI系統(tǒng)就是一個自主、優(yōu)秀的“教師”。

3.4 ICAI的標(biāo)準(zhǔn)

以現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)水平而言，短時期內(nèi)顯然無法實現(xiàn)具備上述全部功能的ICAI系統(tǒng)。一般認(rèn)為，只要具有下列一個或幾個特征的CAI系統(tǒng)就可以稱之為ICAI系統(tǒng)。

(1)能自動生成各種問題與練習(xí)。

(2)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平與學(xué)習(xí)情況選擇與調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容和進(jìn)度。

(3)在了解教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上自動解決問題，生成解答。

(4)具有自然語言生成與理解能力，以便實現(xiàn)比較自由的教學(xué)問答系統(tǒng)，提高人機(jī)交互的主動性。

(5)對教學(xué)內(nèi)容有解釋咨詢能力。

(6)能診斷學(xué)生錯誤，分析原因并采取糾正措施。

(7)能評價學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。

(8)能評價教師的教學(xué)行為。

不難看出，ICAI與傳統(tǒng)的CAI相比，更加符合教育教學(xué)的規(guī)律，切合學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣，具有明顯的優(yōu)越性。

3.5 ICAI的結(jié)構(gòu)

ICAI主要由三個模塊組成:專家系統(tǒng)模塊、教師模塊和學(xué)生模塊。

(1)知識庫

知識庫是實現(xiàn)知識推理與專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而建造知識庫的前提則是要解決知識的形式化，人工智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用表示以及知識的訪問與調(diào)用問題。因此，知識的表示與訪問是人工智能的核心技術(shù)之一，也是將AI引入教育領(lǐng)域必須首先解決的一個難題。

ICAI中的資源庫應(yīng)該包括以下一些內(nèi)容:

①多媒體素材庫:包括所要呈現(xiàn)的知識的一些素材，包括:文本、圖像、聲音、動畫及數(shù)字影象等多媒體教學(xué)資源。這些用于多媒體數(shù)據(jù)庫管理，便于分類、增刪、修改及查詢等操作。

②教學(xué)內(nèi)容庫:教學(xué)內(nèi)容庫用于存放教學(xué)內(nèi)容，包括領(lǐng)域知識庫(含輔助知識庫、提示幫助庫、練習(xí)題庫，和測試題庫)。這些教學(xué)內(nèi)容，包括習(xí)題和試題分章、節(jié)、課及知識點等有序存貯。供專家決策系統(tǒng)調(diào)用。

(2)學(xué)生模塊

學(xué)生模塊主要包括以下三個模塊:學(xué)生登陸模塊、學(xué)生水平評價模塊和學(xué)生監(jiān)督模塊。

①學(xué)生登陸模塊:利用該模塊主要用于學(xué)生使用ICAI時登錄，第一次登錄時學(xué)生輸人姓名、性別、年齡、學(xué)歷等相關(guān)信息，然后對學(xué)生進(jìn)行詢問，選擇合適的測驗題對學(xué)生進(jìn)行初測推薦學(xué)習(xí)計劃。當(dāng)再次登錄時，系統(tǒng)根據(jù)保存的信息安排合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

②學(xué)生水平評價模塊:學(xué)生水平測試模塊用于評價某一教學(xué)單元學(xué)習(xí)完后測試成績。通過測試等因素分析，可以比較確切地了解學(xué)生的具體情況，從而制定出合理的教學(xué)策略和教學(xué)過程

③學(xué)習(xí)監(jiān)測模塊:學(xué)習(xí)檢側(cè)模塊用于監(jiān)測記錄學(xué)生的日常學(xué)習(xí)情況，記錄學(xué)生學(xué)習(xí)某教學(xué)單元時的參數(shù)值，并記錄在學(xué)生檔案中。包括:學(xué)生目前學(xué)習(xí)單元號；學(xué)習(xí)方式；正常學(xué)習(xí)、練習(xí)、提前瀏覽、學(xué)后復(fù)習(xí)；學(xué)習(xí)時間；學(xué)生提示問題的類型和次數(shù)；學(xué)生本次練習(xí)出錯次數(shù)。

(3)專家決策模塊

CAI中的專家決策系統(tǒng)可以看作專家系統(tǒng)中的推理機(jī)。專家系統(tǒng)是目前人工智能中最活躍、最有成效的一個研究領(lǐng)域，它是一種具有特定領(lǐng)域內(nèi)大量知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)，模擬人類專家求解問題的思維過程求解領(lǐng)域內(nèi)的各種問題，其水平可以達(dá)到甚至超過入類專家的水平。計算機(jī)中存有人類專家的知識并具有推理能力，從而可解決診斷、規(guī)劃、調(diào)度、預(yù)報、決策等要靠人類專家才能完成的任務(wù)。

成功的例子如:① DENDRL系統(tǒng)的性能已超過一般專家的水平，可供數(shù)百人在化學(xué)結(jié)構(gòu)分析方面的使用;②MYCIN系統(tǒng)可以對血液傳染病的診斷治療方案提供咨詢意見經(jīng)正式鑒定結(jié)果，對患有細(xì)菌血液病、腦膜炎方而的診斷和提供治療方案已超過了這方面的專家。

ICAI根據(jù)學(xué)生模塊提供的學(xué)生學(xué)習(xí)情況，通過智能系統(tǒng)的搜索與推理，得出智能化的教學(xué)方法與教學(xué)策略，能夠較科學(xué)地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，還可以通過分析學(xué)生以往的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)習(xí)慣，預(yù)測學(xué)生的知識需求和常犯錯誤，動態(tài)地將不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法與不同的學(xué)生匹配，智能地分析學(xué)生錯誤的原因，進(jìn)而有針對地提出合理的教學(xué)建議、學(xué)習(xí)建議以及改進(jìn)方法，既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的滿意度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也對教師教學(xué)提供了客觀的依據(jù)和科學(xué)的方法。

4 結(jié)束語

由此可見人工智能技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于計算機(jī)輔助教學(xué)中，與教學(xué)現(xiàn)代化有著密切的關(guān)系。人工智能技術(shù)的發(fā)展也必將會對ICAI 的發(fā)展起到巨大推動作用。近幾年來，人工智能的研究者們嘗試著使學(xué)生脫離“輔導(dǎo)學(xué)習(xí)”的過程來接受新知識，而采用“通過活動進(jìn)行學(xué)習(xí)”的方式。在教學(xué)的其他方面，人工智能技術(shù)還可以建立人類推理模型學(xué)習(xí)工具等諸多的運用， 展示出越來越好的實用性。隨著Internet 的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的廣泛應(yīng)用， ICAI 也將得到進(jìn)一步的完善。21 世紀(jì)的教育教學(xué)手段將是以智能化CAI 為主線，多學(xué)科、多方位發(fā)展的新技術(shù)的體現(xiàn)。這種手段產(chǎn)生了人機(jī)交互、人機(jī)共生等全新概念，使人類擴(kuò)展了自己的能力，促進(jìn)了教育領(lǐng)域方方面面的改革。

參考文獻(xiàn)：

[1]王萬森.人工智能原理及其應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2000.

篇2

【摘要】計算機(jī)輔助教學(xué)的實際需要應(yīng)用人工智能技術(shù)及復(fù)雜的程序,如自然語言理解、知識表示、推理方法等,一些人工智能技術(shù)的特殊應(yīng)用成果,同時以及理論證明等均被應(yīng)用于計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng),以提高其智能性和實用性。早期絕大多數(shù)計算機(jī)輔助教學(xué)技術(shù)被應(yīng)用于建立學(xué)習(xí)模塊。這種方法能控制調(diào)練策略并給出適合學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】人工智能計算機(jī)輔助教學(xué)教學(xué)與控制

一、人工智能的定義

人工智能也稱機(jī)器智能,它是計算機(jī)科學(xué)、控制論、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科互相滲透而發(fā)展起來的一門綜合性學(xué)科。從計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)角度來看,人工智能是研究如何制造出智能機(jī)器或智能系統(tǒng),實現(xiàn)模擬人類智能活動的能力,以延伸人們智能的科學(xué)。人工智能是一門交叉科學(xué),逐漸形成一門涉及心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、思維可循、信息科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和生物學(xué)科等多學(xué)科的綜合性技術(shù)學(xué)科。

二、計算輔助教學(xué)體系和現(xiàn)狀

計算救助教學(xué)是利用多媒體計算機(jī)的功能與特點,利用計算機(jī)輔助教師完成各個教學(xué)環(huán)節(jié),并通過與計算機(jī)之間的交互活動,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性,幫助學(xué)生更有效地學(xué)習(xí)。實用計算機(jī)輔助教學(xué),有利于認(rèn)識主體作用的發(fā)揮,它所提供的圖像、聲音、動畫等信息由利于學(xué)生知識的獲得與保持,達(dá)到提高教學(xué)教學(xué)的目的。

目前為止,所實用的絕大多數(shù)傳統(tǒng)以及理論證明等均被應(yīng)用于計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng),以提高其智能性和實用性。早期絕大多數(shù)計算機(jī)輔助教學(xué)將全部教學(xué)信息以編程方式預(yù)置于課件中,這樣的以及理論證明等均被應(yīng)用于計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng),以提高其智能性和實用性。因此現(xiàn)有的以及理論證明等均被應(yīng)用于計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng),以提高其智能性和實用性。早期絕大多數(shù)計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)面臨許多挑戰(zhàn),它主要存在以下幾個方面的問題。

1.計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的閉塞性

不具有開放性是目前以及理論證明等均被應(yīng)用于計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng),以提高其智能性和實用性。其弊端在于固定內(nèi)容的局限性使課件的適用面狹窄,而且設(shè)定的運行路線使授課缺乏自主性;授課的針對性不強(qiáng);無法利用新出現(xiàn)的資源在較高起點上進(jìn)行二次開發(fā)。

2.智能性的欠缺

現(xiàn)有的計算機(jī)智能輔助課件系統(tǒng)不能對不同何曾度的學(xué)生進(jìn)行有針對性的教育,學(xué)生的學(xué)習(xí)是被動的,不能由系統(tǒng)自動提供助學(xué)信息而使學(xué)生有選擇地學(xué)習(xí)。。

3.人機(jī)交互能力較弱

現(xiàn)有計算機(jī)智能輔助大多以光盤作為信息的載體,將材料中的內(nèi)容以多媒體的形式展現(xiàn)出來,教學(xué)信息是按預(yù)置的教學(xué)流程機(jī)械式地提供給學(xué)者,學(xué)習(xí)者使用計算機(jī)智能輔助課件學(xué)習(xí)是完全被動的。

4.教師與學(xué)生的互動在教學(xué)中的缺乏

現(xiàn)有計算機(jī)智能輔助課件在學(xué)生自學(xué)以及進(jìn)行操作使用時,如何學(xué)習(xí)都是學(xué)生自己的事。教師不能全完了解學(xué)習(xí)者的情況,學(xué)生在蹦到問題時不能向教師求教,師生之間互相封閉,談不上師生互動,因此課件所起的效果大打折扣。

5.課程特點沒有突出

各門課程在教學(xué)上有不同的要求,但現(xiàn)有課件對于這些不同要求完全不予理會。例如很多課程都要涉及到大量的曲線或曲面,對有些課程來說,將這些曲線或曲面給出了一個簡單的展示就足夠了,而有些課程這樣的展示不能達(dá)到教學(xué)目的的要求。

6.教學(xué)計劃的欠缺

在課件的開發(fā)過程中實際上離不開教學(xué)策略的設(shè)計,但課件的制作者往往并未意識到這一點。例如:現(xiàn)有的絕大多數(shù)課件都是單一的展播式,這樣的可見制作“精美”,但它不可逆、不能互動。實際上運用課件教學(xué)只是手段而不是目的,應(yīng)該在教學(xué)設(shè)計理論的指導(dǎo)下講求課件的實效性,著眼點在于學(xué)生學(xué)習(xí)新知識、掌握新技術(shù)、培養(yǎng)各種能力有幫助,而不是表面上的制作“精美”。

綜上所述,現(xiàn)有的計算機(jī)智能輔助存在許多問題,隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn),這些問題將使計算機(jī)智能輔助越來越不能適應(yīng)新的要求。因此以智能計算機(jī)智能輔助為代表的心的計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)將成為教育技術(shù)上需要不斷探求、努力實現(xiàn)的發(fā)展方向。

三、智能計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)

智能計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)(IntelligentComputerAidedInstruction),簡稱ICAI。教學(xué)過程是一個復(fù)雜的教與學(xué)的思維過程,它需要教師以專門知識和經(jīng)驗為依據(jù),經(jīng)過吸取、講解、推理、示例、綜合等多個步驟才能較好地完成。計算機(jī)輔助教學(xué)實際上是一個由計算機(jī)系統(tǒng)輔助教師進(jìn)行教學(xué)以及學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)并得以實現(xiàn)的系統(tǒng)。在智能ICAI中,教學(xué)思想、方法、學(xué)習(xí)內(nèi)容可用知識形式表示,如何解決知識的形式化表示以及知識的訪問與調(diào)用問題,是人工智能的核心技術(shù)之一,也是將ICAI引入教育技術(shù)領(lǐng)域中所要面臨的一個問題。知識庫是實現(xiàn)知識推理與專家系統(tǒng)的基礎(chǔ),可以用知識庫作為智能ICAI的構(gòu)建環(huán)境。在知識庫中,教學(xué)內(nèi)容等的有關(guān)知識可以用事實與規(guī)則表示,并存儲于知識庫內(nèi),教學(xué)與學(xué)習(xí)過程既是對知識庫中知識進(jìn)行推理,并最終得出所需結(jié)果的過程。ICAI系統(tǒng)的一般包括以下幾個模塊:

1.知識庫。知識庫是關(guān)于教學(xué)內(nèi)容的模塊,解決“教什么”問題。知識庫中的教學(xué)內(nèi)容有待于教學(xué)與控制模塊和學(xué)生模塊進(jìn)行選取、調(diào)用。

2.學(xué)生模塊。學(xué)生模塊是用于記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,對學(xué)生學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)信息進(jìn)行搜集,以便系統(tǒng)對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行自動評估,提出具有針對性的學(xué)習(xí)建議和個別化的輔導(dǎo)。學(xué)生模塊描述學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容理解、掌握的程度,系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生模塊的具體情況調(diào)整教學(xué)策略并提供適當(dāng)?shù)姆答仭?/p>

3.用戶接口模塊。這是系統(tǒng)與用戶交流的界面。整個系統(tǒng)依靠用戶接口模塊把教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)給用戶、接受用戶輸入的信息、并向用戶提供反饋。

篇3

【關(guān)鍵詞】 人工智能 農(nóng)村遠(yuǎn)程教育 高效

人工智能技術(shù)是在計算機(jī)科學(xué)日新月異發(fā)展的進(jìn)程中一大成果，由于其智能、高效、優(yōu)化的強(qiáng)大功能，為許多研究者所重視。部分教育領(lǐng)域的研究者，將人工智能技術(shù)引入教育行業(yè)，探討人工智能如何融入教育，促進(jìn)教育深度發(fā)展。研究者們將人工智能與職業(yè)教育、繼續(xù)教育、遠(yuǎn)程教育及教育技術(shù)結(jié)合，進(jìn)行探討，提出了一些很好的建議。農(nóng)村遠(yuǎn)程教育雖然也屬于遠(yuǎn)程教育范疇，但由于其自身具有許多特殊性，因此有必要單獨將其應(yīng)用于農(nóng)村遠(yuǎn)程教育進(jìn)行探討。

1 我國當(dāng)前農(nóng)村遠(yuǎn)程教育發(fā)展面臨的困境

我國農(nóng)村遠(yuǎn)程教育是伴隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展而在廣大農(nóng)村出現(xiàn)的一種新的教育模式。隨著上世紀(jì)70年代末，以廣播電視大學(xué)為代表的遠(yuǎn)程教育的興起，為我國教育的發(fā)展寫下了濃重的一筆，由于其不受時間、空間、學(xué)習(xí)者等要素的影響，充分體現(xiàn)了“時時能學(xué)、處處可學(xué)、人人皆學(xué)”的巨大優(yōu)勢。因此，本世紀(jì)初，國家將遠(yuǎn)程教育教學(xué)模式引入廣大農(nóng)村，于2003年推出了“農(nóng)村黨員干部現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育”、“農(nóng)村中小學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育工程”，于2004年依托廣播電視大學(xué)體統(tǒng)推出了“一村一名大學(xué)生”工程，這些遠(yuǎn)程教育工程對推進(jìn)農(nóng)村教育起到了舉足輕重的作用。但其發(fā)展也遇到了困難，具體說主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1 師資力量短缺

由于受我國長期以來的城鄉(xiāng)二元制經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的影響，導(dǎo)致城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡，直接造成了城鄉(xiāng)教育發(fā)展失衡。在農(nóng)村教育中，首先表現(xiàn)在教師配置上，由于農(nóng)村教育經(jīng)費投、教師工資水平均低于城市，造成了長期以來農(nóng)村教育師資力量短缺，遠(yuǎn)程教育更是如此。據(jù)相關(guān)研究表明，現(xiàn)我國農(nóng)村遠(yuǎn)程教育由于缺少懂計算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的專業(yè)人才，往往用不相關(guān)專業(yè)的人才作為替代，且大都為兼職人員。這就造成了對遠(yuǎn)程教育設(shè)備的維護(hù)、遠(yuǎn)程教育資源的管理及遠(yuǎn)程教育教學(xué)輔導(dǎo)等方面出現(xiàn)問題。以廣播電視大學(xué)系統(tǒng)為例，自2004年廣播電視大學(xué)開始招收“一村一名大學(xué)生”學(xué)員，雖然學(xué)員增長速度很快，但其教學(xué)點僅延伸至縣城，招收的學(xué)員往往為縣城周邊農(nóng)村的農(nóng)民，而廣大較偏遠(yuǎn)地區(qū)正真渴望接受教育的農(nóng)民缺少受教育機(jī)會，之所以沒有延伸至鄉(xiāng)鎮(zhèn)及行政村，根本原因是缺少師資力量。

1.2 資源建設(shè)不足

由于農(nóng)村遠(yuǎn)程教育是本世紀(jì)初才在農(nóng)村興起的一種新的教育模式，屬于新生事物，因此缺少前期的積累，主要體現(xiàn)在教學(xué)資源的積累上。我們知道，是否擁有豐富優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源是關(guān)乎遠(yuǎn)程教育成敗的關(guān)鍵。而長期以來，我們主要注重城市遠(yuǎn)程教育的發(fā)展，現(xiàn)城市遠(yuǎn)程教育已相當(dāng)成熟，擁有一大批優(yōu)質(zhì)的教育資源，吸引了大批學(xué)習(xí)者。但由于農(nóng)村遠(yuǎn)程教育與城市遠(yuǎn)程教育相比有其特殊性，廣大農(nóng)村學(xué)員需要掌握的不僅僅是理論知識，他們最迫切學(xué)習(xí)的是農(nóng)業(yè)實用新技術(shù)及掌握能夠改變自己生活現(xiàn)狀的一技之長，而這些課程資源在城市遠(yuǎn)程教育中設(shè)計不多。因此我們沒有現(xiàn)成的教育資源可供使用，需要另起爐灶進(jìn)行建設(shè)。但由于投入農(nóng)村遠(yuǎn)程教育的經(jīng)費有限，用于資源建設(shè)的經(jīng)費也不足。造成了現(xiàn)階段農(nóng)村遠(yuǎn)程教育資源依然短缺的現(xiàn)實。這不利于農(nóng)村遠(yuǎn)程教育進(jìn)一步發(fā)展。

1.3 課程設(shè)置不合理

如上所述，廣大農(nóng)村學(xué)員渴望學(xué)習(xí)的是改善自身生活的實用農(nóng)業(yè)新技術(shù)及一技之長，同時廣大農(nóng)村也需要培養(yǎng)一批懂管理的鄉(xiāng)村干部。因此在專業(yè)和課程設(shè)置上，客觀上要求向這些方面靠攏。雖然現(xiàn)在農(nóng)村遠(yuǎn)程教育在專業(yè)設(shè)置上慢慢轉(zhuǎn)向適合農(nóng)村學(xué)員的涉農(nóng)專業(yè)，但在課程設(shè)置上還是不盡如人意，往往只根據(jù)自己師資情況及資源情況來設(shè)置課程，這樣往往造成農(nóng)民學(xué)員需要的課程沒有涉及，而農(nóng)民學(xué)員缺乏興趣的理論課程所占比重過大的問題。這樣會嚴(yán)重挫傷廣大農(nóng)村學(xué)員學(xué)習(xí)積極性，對農(nóng)村遠(yuǎn)程教育發(fā)展極為不利。

1.4 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺存在不足

我國現(xiàn)階段遠(yuǎn)程教育的網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)教學(xué)平臺現(xiàn)階段的形勢往往通過QQ對話、Email郵件、BBS及一些音頻、視頻系統(tǒng)進(jìn)行。這些方式當(dāng)然是有效的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式，但存在問題也是十分明顯的，最主要問題在于如果沒有提前聯(lián)系，教師就不會及時回復(fù)學(xué)生提出的問題，缺少師生互動。學(xué)生的學(xué)習(xí)效果會大打折扣。

2 人工智能應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育的優(yōu)勢

2.1 人工智能的概念

人工智能是計算機(jī)學(xué)科的一個分支，是一門研究計算機(jī)模擬和延伸人腦功能的綜合性科學(xué)，部分研究者將其定義為：一個電腦系統(tǒng)具有人類的知識和行為，具有學(xué)習(xí)、推理判斷來解決問題、記憶知識和了解人類自然語言的能力。人工智能的產(chǎn)生過程：對于人類因問題和事物而引起的刺激和反應(yīng)，以及因此而引發(fā)的推理、解決問題及思考決策等過程，將這些過程分解成一些步驟，再通過程序設(shè)計，將這些人類解決問題的過程模擬化或公式化，使電腦能有一個系統(tǒng)的方法來設(shè)計或應(yīng)付更復(fù)雜的問題，這套能夠應(yīng)付問題的軟件系統(tǒng)，稱之為人工智能。

2.2 人工智能切合了遠(yuǎn)程教育的要求

有研究者指出：人工智能是研究如何構(gòu)造智能機(jī)器（智能計算機(jī)）或智能系統(tǒng)，使其模擬、延伸、擴(kuò)展人類智能的學(xué)科。人工智能在教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的最直接結(jié)果就是誕生了智能教學(xué)系統(tǒng)。而所謂的智能教學(xué)系統(tǒng)是以計算機(jī)輔助教學(xué)為基礎(chǔ)而興起的，它是以學(xué)生為中心，以計算機(jī)為媒介，利用計算機(jī)模擬教學(xué)專家的思維過程而形成的開放式人機(jī)交流系統(tǒng)。由于它綜合了知識專家、教師、學(xué)生三者的活動，因此，與之相對應(yīng)，智能教學(xué)系統(tǒng)一般分為知識庫、教學(xué)策略和學(xué)生模型三個基本模塊，再加上自然語言智能接口。人工智能的這些功能和模塊剛好切合了遠(yuǎn)程教育的特點及要求。我們開展的遠(yuǎn)程教育一直以來就強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，以學(xué)生自學(xué)為主，教師輔導(dǎo)為輔，教師通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對學(xué)生進(jìn)行實時和非實時輔導(dǎo)，以此來完成學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。因此人工智能適合應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育教學(xué)過程。

2.3 人工智能能夠有效加強(qiáng)對學(xué)生的管理，提高學(xué)習(xí)效率

長期以來遠(yuǎn)程教育為社會詬病的是，由于缺少師生間直接交流的機(jī)會，造成教師對學(xué)生的組織和管理方面的困難。如果我們僅僅依據(jù)學(xué)生登錄次數(shù)、登錄時間等方面來評價學(xué)生學(xué)習(xí)情況，這樣往往造成對學(xué)生學(xué)習(xí)的錯誤評價，但對遠(yuǎn)程教育的教師來說也只能做到這些。但如果我們將人工智能引入遠(yuǎn)程教育，它可以依據(jù)自己強(qiáng)大的功能，通過對學(xué)生情況的數(shù)據(jù)分析，科學(xué)提供學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、認(rèn)知特點及當(dāng)前的知識水平。更為重要的是，通過對這些信息的分析，它能為每位學(xué)習(xí)者制定適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)服務(wù)，切實提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，這是我們遠(yuǎn)程教育所倡導(dǎo)的最佳服務(wù)的效果。

2.4 人工智能可以從某方面解決農(nóng)村遠(yuǎn)程教育師資力量

如上所述，由于城鄉(xiāng)間經(jīng)濟(jì)差距，造成了長期以來城鄉(xiāng)教育發(fā)展失衡，廣大農(nóng)村地區(qū)師資力量較為薄弱，特別是遠(yuǎn)程教育方面。這一問題解決的根本途徑在于縮小城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)差距，但這并非一朝一夕就能解決的問題。因此農(nóng)村師資力量特別是遠(yuǎn)程教育師資力量的解決，需要一個過程。而人工智能技術(shù)利用了計算機(jī)模擬教學(xué)專家的思維過程而形成的開放式人機(jī)交流系統(tǒng)，它集知識專家和教師于一身。廣大學(xué)員可以通過自然語言系統(tǒng)，實現(xiàn)正真意義上的人機(jī)對話，完成適時的學(xué)習(xí)輔導(dǎo)過程，這從某種程度上解決了師資短缺的問題，為農(nóng)村遠(yuǎn)程教育的發(fā)展提供了一條新的發(fā)展思路。

2.5 人工智能能夠有效解決農(nóng)村遠(yuǎn)程教育資源建設(shè)問題

目前我國農(nóng)村遠(yuǎn)程教育在資源方面存在的問題除了數(shù)量較少，質(zhì)量也不高，許多網(wǎng)絡(luò)課程資源僅僅是課本的翻版，雖然資源制作者利用現(xiàn)代資源制作手段，以文字、視頻及圖片等手段來展現(xiàn)知識，但知識之間的邏輯聯(lián)系性方面存在不足。這給學(xué)習(xí)者有效學(xué)習(xí)帶來極大不便，影響了學(xué)習(xí)效果。而人工智能技術(shù)，能夠?qū)ΜF(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)課程資源進(jìn)行智能加工，對知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新構(gòu)建，對知識間的層次性、邏輯性進(jìn)行重新編排，為學(xué)習(xí)者展示學(xué)習(xí)重點、難點，切實提高學(xué)習(xí)效率。使資源更加優(yōu)質(zhì)高效。

2.6 人工智能能夠提供實時交流，解決網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的不足

由于人工智能集知識專家、教師與一身，可以通過自然語言系統(tǒng)，開展人機(jī)對話，通過討論解決學(xué)生遇到的問題。能改變傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺缺乏及時交互性的問題。能夠解決網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的不足。促進(jìn)農(nóng)村遠(yuǎn)程教育的發(fā)展。

3 結(jié)語

人工智能技術(shù)是計算機(jī)科學(xué)發(fā)展的成果之一，它具有智能、高效、優(yōu)化的強(qiáng)大功能，許多行業(yè)都利用人工智能技術(shù)提高效率。對我國農(nóng)村遠(yuǎn)程教育而言，如果能將人工智能引入，能從某種程度解決因為資金問題造成的師資力量缺乏問題；提高對遠(yuǎn)程教育學(xué)生的管理，為他們提供個性化的高效遠(yuǎn)程教育服務(wù)；能夠利用它強(qiáng)大的功能重新編輯網(wǎng)絡(luò)資源，讓它更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)；同時人工智能還能提供自然語言接口，打破以往網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的弊端。相信通過引入人工智能技術(shù)，我國農(nóng)村遠(yuǎn)程教育會迎來新的發(fā)展。

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篇4

關(guān)鍵詞： 智能； 教學(xué)系統(tǒng)； 模型

智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)是涉及人工智能、計算機(jī)科學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)和行為科學(xué)的綜合性任務(wù)，其研究的最終目的是由計算機(jī)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)起教育、教學(xué)的相關(guān)責(zé)任，即賦予計算機(jī)系統(tǒng)以智能，由計算機(jī)系統(tǒng)在一定程度上代替教師實現(xiàn)最佳教學(xué)。

一、智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展歷程

智能輔助教學(xué)系統(tǒng)興起于上世紀(jì)七十年代，Bolt Neranek Newman公司開發(fā)了Scholar系統(tǒng)，它被認(rèn)為是最早出現(xiàn)的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)時應(yīng)用人工智能技術(shù)在計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)中添加了學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、能力以及訓(xùn)練策略。同時人工智能技術(shù)還被用于建立學(xué)習(xí)顧問之中，即存放所要教授課程的問題和技能，控制訓(xùn)練策略并給出適合學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，使之產(chǎn)生根據(jù)學(xué)生的能力、弱點以及所喜愛的學(xué)習(xí)風(fēng)格進(jìn)行教學(xué)的軟件系統(tǒng)。

隨后又出現(xiàn)了Why 、Sophie、West、 Buggy、Neomycin等系統(tǒng)，并將知識表示、專家系統(tǒng)、問題求解、推理方法等人工智能技術(shù)用于智能輔助教學(xué)系統(tǒng)，取得了豐碩的成果。

我國智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的研究起步較晚，開始的研究工作主要集中在少數(shù)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)里斷續(xù)進(jìn)行，且多為研究和演示用的系統(tǒng)，經(jīng)過嚴(yán)格評測的系統(tǒng)很少。最近幾年則發(fā)展較快，一些計算機(jī)公司也投入其中，伴隨著智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，必將對我國的教育改革起到積極的推動作用。

二、智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的模型構(gòu)建

智能輔助教學(xué)系統(tǒng)是以認(rèn)知學(xué)為理論基礎(chǔ)，將人工智能技術(shù)應(yīng)用于CAI，是智能化的CAI。在智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)也可以借助于智能化的推理機(jī)制對大量知識進(jìn)行選擇、判斷與處理，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更有針對性，從而提高學(xué)習(xí)效果。

一般，智能輔助教學(xué)系統(tǒng)模型的構(gòu)建包括以下幾個模塊：

1．知識庫

作為智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分，知識庫主要提供一個指導(dǎo)性的、自適應(yīng)的、開放的、可操作的框架和服務(wù)設(shè)施。為各個學(xué)科知識提供規(guī)范的知識輸入和組織，其它教學(xué)資源，如題庫、課件、素材等，均依據(jù)它來組織管理，這將使用戶可以建立適用于自己的知識體系，使各類知識應(yīng)用能夠有一個好的開發(fā)和集成基礎(chǔ)。另外，核心的教學(xué)領(lǐng)域知識將被分解為相互聯(lián)系的知識點，形成知識樹，提供可視化的、操作性好的知識樹編輯界面，方便教師將教學(xué)領(lǐng)域的知識輸入到知識庫。

例如，有的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中的知識庫，是從知識表示入手，在SC文法知識表示體系和知識樹映射方法的基礎(chǔ)上，提出了一個動態(tài)、實時、自適應(yīng)、交互式知識庫模型。模型包括基于SC文法的知識點表示方法、知識樹結(jié)構(gòu)、知識樹映射、知識點學(xué)習(xí)循環(huán)等內(nèi)容， 模型在智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中經(jīng)過實例化設(shè)計和運用，可以表現(xiàn)出動態(tài)教/學(xué)、領(lǐng)域無關(guān)、人機(jī)交互、自適應(yīng)、個別化、可擴(kuò)展等智能特點。

2．學(xué)生模型

學(xué)生模型就是用于表示學(xué)生實際認(rèn)知狀況，并通過解釋學(xué)生的活動得出他對領(lǐng)域知識和技能的掌握情況。系統(tǒng)中每個學(xué)生有唯一的ID標(biāo)識，建立唯一的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)信息和特征數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)智能功能的實現(xiàn)在于如何動態(tài)地、正確地提取學(xué)生的主題特征。

一般，系統(tǒng)可以采用領(lǐng)域知識樹模型來表示學(xué)生對領(lǐng)域知識的掌握情況。例如，可以設(shè)學(xué)習(xí)中的整個領(lǐng)域知識樹為DKT；學(xué)生已學(xué)習(xí)過的知識樹為SKT，未學(xué)過的知識樹為SNKT；學(xué)生已掌握的知識樹為GKT，未掌握的知識樹為GNKT。則{SNKT}={DKT}-{SKT}、{GNKT}={SKT}-{GKT}，如果SNKT和GNKT皆為空時，則表示學(xué)生達(dá)到了學(xué)習(xí)的要求。其中，如果GNKT不為空，則學(xué)生不能進(jìn)入下一階段的學(xué)習(xí)，只能進(jìn)行重復(fù)學(xué)習(xí)和補(bǔ)充練習(xí)，直到GNKT為空時，才進(jìn)入下一階段的學(xué)習(xí)。

3．專家決策機(jī)制

該模塊可以看作智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中的推理機(jī)，它一般采用兩級推理相結(jié)合的方法，即基于語義網(wǎng)絡(luò)的推理和基于產(chǎn)生式規(guī)則的推理，其中基于語義網(wǎng)絡(luò)的推理用于確定教學(xué)內(nèi)容，而基于產(chǎn)生式規(guī)則的推理用于確定教學(xué)策略。

也有觀點認(rèn)為基于規(guī)則的推理是容易健忘的，即基于規(guī)則的推理對于每一個問題的求解都是從頭開始，而不管類似的問題以前是否遇到過。但日常的智力行為則不同，人們往往迅速地把事件或問題同以前的經(jīng)驗相聯(lián)系。與基于規(guī)則的推理不同，基于范例的推理被認(rèn)為是基于以前經(jīng)驗的推理。因此，在有的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中采用的是基于范例的推理。

基于范例推理的工作過程為：分析輸入，確定范例的索引，根據(jù)索引從范例庫中取出相近的范例，改善范例的問題求解方法并使之適應(yīng)于需要求解的新問題。如果成功，則創(chuàng)建索引、形成新范例并存儲；若不成功，則首先分析失敗的原因，修正解法，重新測試，或轉(zhuǎn)至重新指定索引進(jìn)行范例檢索。

4．智能接口模塊

該模塊實際上是作為系統(tǒng)與用戶交互作用的部件，它除了提供學(xué)生信息的輸入與注冊外，還實現(xiàn)了學(xué)生與系統(tǒng)之間的通信功能。與之相關(guān)的技術(shù)有自然語言處理、人機(jī)對話內(nèi)部處理、知識庫系統(tǒng)化維護(hù)、學(xué)生模型初始化、教師模型自適應(yīng)調(diào)整等。該模塊為實現(xiàn)協(xié)商、辯論、會話等教學(xué)形式的應(yīng)用提供了一個良好的環(huán)境。

三、智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的未來趨勢

智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展不是孤立、單一的，它的發(fā)展要涉及計算機(jī)科學(xué)、教育學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和人工智能等多門學(xué)科，就目前而言，其表現(xiàn)為以下幾方面的發(fā)展趨勢。

1．智能技術(shù)的應(yīng)用

智能技術(shù)是能自動執(zhí)行用戶委托任務(wù)的計算實體，從技術(shù)的角度來看，智能技術(shù)應(yīng)當(dāng)是由各種技術(shù)支撐著的，許多實用的應(yīng)用特性的集合，開發(fā)者正是使用這些應(yīng)用特性來擴(kuò)展應(yīng)用的功能和價值， 從而達(dá)到能自動執(zhí)行用戶委托任務(wù)的目的。在智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)生可以使用智能技術(shù)進(jìn)行搜索、導(dǎo)引來查詢有效知識。由于它具備學(xué)習(xí)的功能，能夠主動、高效地從網(wǎng)絡(luò)信息空間中發(fā)現(xiàn)和收集用戶所需要的信息，因此有助于解決使用單一關(guān)鍵字匹配查詢、搜索引擎引起的大量無關(guān)信息的涌現(xiàn)、信息檢索的精確度較低等問題，使得教師和學(xué)生在教與學(xué)的過程中，提高知識選取效率，加強(qiáng)交互學(xué)習(xí)和自主能動性學(xué)習(xí)。

2．自然語言處理技術(shù)的應(yīng)用

自然語言處理屬于高技術(shù)學(xué)科，是知識信息處理中的核心課題。長期以來人們對計算機(jī)理解自然語言頗感興趣，計算機(jī)專家采用人工智能的理論和技術(shù)，將設(shè)定的自然語言機(jī)理用計算機(jī)程序表達(dá)出來，構(gòu)造能夠理解自然語言的系統(tǒng)。他們從系統(tǒng)功能的角度出發(fā)，把輸出對輸入文本的反映作為衡量計算機(jī)理解語言的判別標(biāo)準(zhǔn)。在智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的研究開發(fā)中，特別是智能人機(jī)接口方面，可以結(jié)合運用多種自然語言處理技術(shù)的研究成果，提高系統(tǒng)的智能。例如，通過自然語言人機(jī)接口，可以實現(xiàn)更加方便的人機(jī)交互功能；利用語義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以充分實現(xiàn)知識點之間的層次關(guān)系和語義聯(lián)系；通過智能模糊查詢技術(shù)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)知識庫的知識查找和知識利用；利用機(jī)器翻譯技術(shù)，可以開展跨語言的知識學(xué)習(xí)。

3．虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是由多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而生成的一種交互式人工世界，它的根本目標(biāo)就是達(dá)到真實體驗和基于自然技能的人機(jī)交互。而教學(xué)是一個傳授知識的過程，通過親身經(jīng)歷能加速這一過程和鞏固所傳授的知識，在智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中，使用創(chuàng)建的虛擬環(huán)境，可以在一般人所不能親身體驗的情景中，達(dá)到演示、操作的教學(xué)目的。它允許學(xué)生與現(xiàn)有的各種信息發(fā)生交互作用，學(xué)生可以在仿真過程中經(jīng)歷不同的時間和空間，可以與各種仿真物體接觸，還可以與虛擬境界的各個部分接觸，為增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)實踐提供了方便的途徑。

4．現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論的應(yīng)用

現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)不是一個被動地記錄外界信息的過程，而是一個主動建構(gòu)的過程。它要求學(xué)生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓庸さ闹黧w、知識意義的主動建構(gòu)者。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，主動地選擇一些信息，忽視一些信息，并運用原有的經(jīng)驗和具體情況去理解新的信息?，F(xiàn)代學(xué)習(xí)理論在智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用，能為學(xué)生建構(gòu)知識提供充足的信息，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，更能滿足學(xué)生的個性化要求。

在當(dāng)今教育改革的大環(huán)境下，智能輔助教學(xué)系統(tǒng)將顯示出越來越重要的作用。目前，我國在這方面的成果還不多，真正能投入教學(xué)實踐的系統(tǒng)則更少，這個有著誘人發(fā)展前景的領(lǐng)域，值得我們進(jìn)一步研究和設(shè)計。

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篇5

一、新課改阻力因素的系統(tǒng)性分析

新課改旨在改變傳統(tǒng)課程過于注重單向知識傳授（知識灌輸）的傾向，要求教師在教學(xué)過程中充分尊重“學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體”這一客觀事實，并引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生開展自主、合作、探究式學(xué)習(xí)，使學(xué)生在獲得基礎(chǔ)知識與基本技能的過程中學(xué)會學(xué)習(xí)，形成正確的價值觀及健康的人格，以適應(yīng)未來生存及發(fā)展的挑戰(zhàn)。

光陰荏苒，新課改已走過十五個年頭，很多學(xué)校在推進(jìn)新課改方面做出了積極的努力和有益的探索，并取得了一定成果。但總體情況不容樂觀：以“知識灌輸”和“機(jī)械訓(xùn)練”為主的教學(xué)方式在很多學(xué)校仍然大行其道；很多學(xué)校對推行新課改依然顧慮重重，徘徊不前；也有一些地區(qū)在推行新課改時，急于求成，用力過猛，從而引發(fā)教師的抵觸情緒及家長的反對，騎虎難下。

毋庸置疑，新課改的目標(biāo)指引、價值主張、內(nèi)在邏輯及其所倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式都是正確的，而且至今仍未過時，可為什么在推進(jìn)過程中卻阻力重重呢？有人認(rèn)為是“片面追求升學(xué)率”的思想阻攔了新課改的步伐；也有人認(rèn)為“教師的墨守成規(guī)”是新課改的最大掣肘；還有人認(rèn)為“對分?jǐn)?shù)高度敏感，對課改又充滿誤解的家長”才是推進(jìn)新課改的最大壓力源。以上這些觀點都具有一定的客觀性及合理性，但仍屬于零散的、單一維度的、表層化的看法，缺乏對新課改阻力因素的系統(tǒng)性分析，也因此難以理清各種阻力之間的矛盾，也就難以找到化解復(fù)雜矛盾的突破口。如果找不到化解矛盾的突破口，新課改的相關(guān)者就會陷入“公說公有理，婆說婆有理”，各執(zhí)一詞，互不相讓的困局，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的內(nèi)耗，誤了新課改，誤了區(qū)域教育的發(fā)展，誤了學(xué)生！

為了不誤課改，不誤學(xué)生，讓我們用思維導(dǎo)圖來系統(tǒng)地梳理一下新課改的阻力因素（見圖1）。

如圖1所示，新課改的阻力主要源于現(xiàn)實壓力、思維誤區(qū)、能力局限三個方面。所謂“現(xiàn)實壓力”主要是指家長對學(xué)生成績的高度敏感以及學(xué)校對升學(xué)率的高度關(guān)注。這當(dāng)然是可以理解的，但理解不等于認(rèn)同，因為新課改與學(xué)生成績和升學(xué)率并非對立的關(guān)系，新課改主張“讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)”，試問會學(xué)的學(xué)生與不會學(xué)的學(xué)生相比，哪個成績會更好？新課改倡導(dǎo)“探究式學(xué)習(xí)”，反對“死記硬背”與“機(jī)械訓(xùn)練”，試問前者與后者相比，哪種效能更高？不言自明！其實家長與學(xué)校（校長與教師）所擔(dān)心的并非是推行新課改，而是擔(dān)心改不好。而這種擔(dān)心又是源于他們沒有看到或者沒有找到可以確定能夠保證“學(xué)生成績不會下滑”的有效策略。

阻礙新課改實施的“思維誤區(qū)”主要是指推動者的“二元對立”思維及參與者教學(xué)認(rèn)知上的“路徑依賴”。而在“二元對立”思維中最突出的問題當(dāng)屬把“教”與“學(xué)”對立起來，把“師”與“生”對立起來。之所以如此，是由于在新課改的推進(jìn)過程中，一些激進(jìn)的推動者陷入了兩大誤區(qū)：一個是急于求成，另一個是矯枉過正。急于求成是因為沒有把新課改參與者（教師、學(xué)生、家長）的認(rèn)知水平、能力基礎(chǔ)、思維慣性考慮進(jìn)去，一刀切，急轉(zhuǎn)彎，結(jié)果大家適應(yīng)不了，欲速而不達(dá)；矯枉過正是指片面強(qiáng)調(diào)“生主體”及“學(xué)中心”，完全否定“師”的作用及“教”的價值，甚至機(jī)械地限制“教”，結(jié)果把相互依存、相互轉(zhuǎn)化、相互促進(jìn)的辯證統(tǒng)一關(guān)系搞成了完全對立關(guān)系。教學(xué)認(rèn)知上的“路徑依賴”是指教師、學(xué)生、家長基于先前的經(jīng)驗，已經(jīng)習(xí)慣了“死記硬背”和“機(jī)械訓(xùn)練”的學(xué)習(xí)方式，雖然深受其苦，但是在缺乏新的、更高效的、可以掌握的學(xué)習(xí)策略支持下，他們對自主、合作、探究式學(xué)習(xí)缺乏信心。

所謂“能力局限”主要包括兩個方面：一是推動者缺乏對新課改的領(lǐng)導(dǎo)力，二是參與者（主要是教師）缺乏對新課改的支持力。領(lǐng)導(dǎo)力是指新課改的推動者對教學(xué)本質(zhì)、課改本質(zhì)、教師素養(yǎng)等相關(guān)要素的認(rèn)知水平以及與課改參與者的溝通協(xié)調(diào)能力。支持力是指教師在新課改理念引領(lǐng)下，對教法與學(xué)法的升級能力。

綜合以上分析，我們會發(fā)現(xiàn)：紛雜的矛盾只是表象，其實一切沖突都指向“缺乏能夠被各方所認(rèn)可和接受的有效支持策略”這一癥結(jié)，只要打開這一癥結(jié)，所有問題便會迎刃而解，諸多矛盾也會煙消云散。

二、找到化解新課改阻力的突破口

韓愈在其《進(jìn)學(xué)解》中說：“萬山磅礴必有主峰，龍袞九章但摯一領(lǐng)?！笨梢娫绞墙鉀Q復(fù)雜的問題，越不能眉毛胡子一把抓，而是要尋找到突破口，并以適應(yīng)之策略，巧妙化解之。

新課改所遇到的各種阻力，看似紛繁復(fù)雜，掣肘極多，其實只要牽住 “較快地讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)”這個牛鼻子，整頭牛便自然跟著你走了。因為只有學(xué)生會學(xué)了，新課改所倡導(dǎo)的“自主、合作、探究”式學(xué)習(xí)才能真正得以落實。所謂“會學(xué)”是指學(xué)生掌握了一些有效的學(xué)習(xí)策略，并且能夠運用這些策略來獨立建構(gòu)學(xué)科知識體系，獨立解決某些學(xué)科問題。在缺乏有效學(xué)習(xí)策略支持的情況下，所謂的“自主”只能是一種“自主支配學(xué)習(xí)時間的權(quán)力”而非“高效利用學(xué)習(xí)時間的能力”，有了“自主之權(quán)”而無“自主之能”，只能算是形式上的自主；在缺乏有效學(xué)習(xí)策略支持的情況下，合作學(xué)習(xí)雖然能夠培養(yǎng)學(xué)生的合作意識，發(fā)展學(xué)生的合作素養(yǎng)，但合作的效能與層次卻不會太高；在缺乏有效學(xué)習(xí)策略支持的情況下，探究的深度與效能都會受到影響，常常停在問題表層，探不進(jìn)去，隔靴搔癢，霧里看花，這樣的探究自然難以讓人歡喜。

當(dāng)然有些人會有這樣的假設(shè)：只要給學(xué)生足夠的信任，足夠的自，學(xué)生一定就能找到適合自己的有效學(xué)習(xí)策略。這個假設(shè)成立嗎？當(dāng)然不成立！這是一個理想化的模型，在現(xiàn)實中，能夠在有限學(xué)習(xí)時間內(nèi)悟出有效學(xué)習(xí)策略的學(xué)生畢竟只是少數(shù)，大多數(shù)學(xué)生還是需要被引導(dǎo)和指導(dǎo)的。相信“每個孩子都是天才”是教育者應(yīng)有的情懷，而承認(rèn)“并非每個孩子都是天才”才是教育者的理智。因此，能落實新課改的教師一定是能給學(xué)生提供“學(xué)法升級”支持的教師，而非讓學(xué)生無所依靠，放任自流的教師。

三、以思維可視化為支點撬動新課改

阿基米德曾說：“給我一個支點，我可以撬起整個地球?！倍季S可視化教學(xué)策略則可以成為撬動新課改的支點，因為它能滿足“較快地讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)”這一關(guān)鍵要求，而這正是化解新課改諸多阻力的突破口。

所謂“思維可視化”是指運用圖示或圖示組合把本不可見的思維路徑、思維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來的過程。而“思維可視化教學(xué)策略”則是指在教學(xué)實踐中師生共同運用思維可視化技術(shù)，通過“獨立思考”或“思維共振”的方式來建構(gòu)學(xué)科知識網(wǎng)絡(luò)、生成問題解決策略模型的教學(xué)策略。

為什么思維可視化教學(xué)策略能較快地讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)呢？其基本原理，大體可以概括為“一直觀、兩重于”。所謂“一直觀”是指借助圖示或圖示組合來提高思維信息傳遞及加工的效能，因為大腦對“圖”非常敏感，所以被畫出來的思維，更容易被理解、被評價、被遷移。所謂“兩重于”是指在教學(xué)過程中始終堅持“思維發(fā)展重于知識獲取”和“策略生成重于問題解決”的基本原則，使學(xué)生的學(xué)習(xí)從“識記主導(dǎo)”升級為“思考主導(dǎo)”，在知識網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)及問題解決策略模型建構(gòu)過程中發(fā)展出較強(qiáng)的提煉、概括、推理、分析、綜合等思維能力，并學(xué)會運用追問、比較、批判、轉(zhuǎn)換、發(fā)散、聚合等思考策略。

當(dāng)圖示的直觀性與思維的結(jié)構(gòu)性、嚴(yán)密性、概括性結(jié)合起來，便會形成互補(bǔ)優(yōu)勢：一方面，抽象復(fù)雜的思維過程變得一目了然；另一方面，簡明直觀的圖示被賦予豐富的思維，有了靈魂。在教學(xué)實踐中，如果能較好地運用思維可視化教學(xué)策略，一張圖就可以喚醒學(xué)生的思考意識，一張圖就可以讓學(xué)生領(lǐng)悟?qū)W習(xí)某類知識的關(guān)鍵策略。圖2說明了學(xué)生是如何通過一張圖示來獲得有效學(xué)習(xí)策略的。

如圖2所示，教師在運用思維可視化教學(xué)策略指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)初中地理“西雙版納”一課時，首先通過“設(shè)問引思”及“追問啟思”喚醒學(xué)生思考意識；接下來師生共同運用“逆向思考”策略，由果溯因，一步一步地理清旅游資源、自然資源、人文資源、植被特征、氣候類型、地理位置（緯度位置、海陸位置）、地形特征等地理要素之間的關(guān)系，最終生成一張簡明清晰的“西雙版納豐富旅游資源形成關(guān)系探究圖”，不但完成了這節(jié)課的核心知識建構(gòu)，而且領(lǐng)悟到“提要素――理關(guān)系――建結(jié)構(gòu)”這一重要學(xué)習(xí)策略的方法及意義。那么，這節(jié)課的教學(xué)價值就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了“西雙版納”，甚至超越了地理學(xué)科，它讓學(xué)生獲得的是可以跨學(xué)科遷移的有效學(xué)習(xí)策略，經(jīng)過多次強(qiáng)化（實踐運用），這一學(xué)習(xí)策略便可以被內(nèi)化為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

除了“能較快地讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)”這一優(yōu)勢，思維可視化教學(xué)策略還能為“合作學(xué)習(xí)”提供工具性支持：師生之間、生生之間、小組之內(nèi)、小組之間都可以借助“圖示”這個可視化媒介來進(jìn)行思想交流，思維碰撞?；凇八季S可視化”的交流，結(jié)構(gòu)清晰，一目了然，比單一的語言或文字交流的效能要高得多。

四、借助思維可視化應(yīng)對新挑戰(zhàn)

對于新課改而言，除了要有效化解舊阻力之外，還需準(zhǔn)備應(yīng)對新挑戰(zhàn)。“信息智能文明”時代的大幕正徐徐拉開，紛至沓來的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”、虛擬現(xiàn)實、人工智能等新科技對傳統(tǒng)教育產(chǎn)生了重大沖擊，人類的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方式及學(xué)習(xí)組織形式都將發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，新課改要如何與時俱進(jìn)？

辯證地看，新教育技術(shù)的崛起對新課改既有“?！币灿小皺C(jī)”：其中的“?！敝饕侵冈凇盎ヂ?lián)網(wǎng)恐慌”壓力及“教育技術(shù)創(chuàng)新”推力的雙重作用下，原來推動新課改的中堅力量會被“新技術(shù)熱”所裹挾，從而降低對新課改的關(guān)注度，陷入“形式大于本質(zhì)”的誤區(qū)。其中的“機(jī)”主要是指新教育技術(shù)可以為新課改所倡導(dǎo)的自主、合作、探究式學(xué)習(xí)提供有力的技術(shù)支持。例如各種形式的在線教學(xué)資源（微課、慕課）就為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了不受時空限制的內(nèi)容支持，使自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)變得更加便捷。

如何利用好新教育技術(shù)帶來的“機(jī)”，并且能化“?！睘椤皺C(jī)”，使“新教育技術(shù)浪潮”既不沖淡“新課改關(guān)注度”，又能助力新課改的進(jìn)一步落實呢？思維可視化教學(xué)策略可以實現(xiàn)二者（新技術(shù)與新課改）的無縫連接：一方面思維可視化教學(xué)策略與新教育技術(shù)的整合可以創(chuàng)生出“高思維含量”的優(yōu)質(zhì)課程資源，補(bǔ)足在線課程的短板（數(shù)量有余，品質(zhì)不足），為學(xué)生開展基于在線課程平臺的自主、合作、探究式學(xué)習(xí)提供精品內(nèi)容支持；另一方面，在線下運用思維可視化教學(xué)策略來發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，可以使學(xué)生更加適應(yīng)新技術(shù)支持下的自主、合作、探究式學(xué)習(xí)，從容應(yīng)對“信息智能文明”時代的挑戰(zhàn)。

篇6

關(guān)鍵詞 智能輔助教學(xué)系統(tǒng)；學(xué)生模型；認(rèn)知評價

一、引言

在智能輔助教學(xué)系統(tǒng)（簡稱ICAI系統(tǒng)）中，為了做到因人而異的個別化教學(xué)，必須了解當(dāng)前的教學(xué)對象，這就要求將學(xué)生的情況用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記錄下來，作為ICAI系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)決策的依據(jù)。這種用于記錄學(xué)生情況的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱作“學(xué)生模型”。學(xué)生模型反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、知識的熟練程度、存在的誤解以及與期望目標(biāo)之間的差距。這些信息被教師模塊作為教學(xué)決策的依據(jù)，使系統(tǒng)能正確評價學(xué)生的理解程度，診斷其錯誤，為每個學(xué)生提供最適合、有效的教學(xué)材料。可以說，學(xué)生模型在智能化的教學(xué)中扮演著非常重要的角色。

二、傳統(tǒng)學(xué)生模型的建立方法

目前有好幾種建立學(xué)生模型的方法，分別是：

1.覆蓋模型(Overlay Model)

覆蓋模型是最早的基于人工智能的學(xué)生模型，它是基于學(xué)生掌握的知識總是正確的專業(yè)領(lǐng)域知識的一個子集來構(gòu)建的?；谶@種模型的系統(tǒng)可以根據(jù)領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)圖和學(xué)生的知識狀態(tài)圖間的比較，得到學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)缺陷，推薦學(xué)生當(dāng)前應(yīng)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。覆蓋模型的優(yōu)點是比較容易構(gòu)造，不過，這種模型不能捕捉學(xué)生的錯誤知識。

2.偏差模型(Buggy Model)

偏差模型是通過把學(xué)生的錯誤概念表示為領(lǐng)域?qū)＜抑R的偏差而獲得學(xué)生行為的模型。為了解決覆蓋模型的缺點，許多研究者將研究集中在構(gòu)造一個學(xué)生誤解或偏差的數(shù)據(jù)庫，稱之為偏差庫(Bug Library )。該庫描述學(xué)生可能出現(xiàn)的所有偏差類型，并且針對每種錯誤類型，提供相應(yīng)的補(bǔ)救策略，這是此種模型的優(yōu)點，但這也是系統(tǒng)的難點。

3.貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型 (Bayesian Network Model)

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一種概率推理機(jī)制，它在概率論的基礎(chǔ)上進(jìn)行不確定推理。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)為在某一特定應(yīng)用領(lǐng)域中描述隨機(jī)變量之間的概率依賴性提供了一個圖形化的表達(dá)方式，以及利用這些依賴進(jìn)行復(fù)雜的概率推理的算法。這種方法是目前研究的熱點，它不僅能獲得學(xué)生的知識情況，而且還可以推出學(xué)生出錯的原因，比較適合于過程性知識。

4.認(rèn)知模型(Cognitive Model)

認(rèn)知模型是基于美國著名心理學(xué)家布盧姆的認(rèn)知理論建立起來的學(xué)生模型，主要反映學(xué)生認(rèn)知能力的模型。學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力怎樣以及處于什么階段，對學(xué)生和老師來說都是很重要的。學(xué)生需要了解自己哪一方面的能力差，有針對性的學(xué)習(xí)補(bǔ)救，而老師也只有在了解學(xué)生的認(rèn)知能力之后，才能確定學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，診斷犯錯的根源，以便采取相應(yīng)的教學(xué)策略和方法。

5.歸納法(Induction)

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，研究人員使用稱為歸納法的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來動態(tài)的補(bǔ)充偏差庫，或者是從零開始對學(xué)生的誤解和錯誤進(jìn)行建模。歸納法是以動態(tài)地對學(xué)生進(jìn)行建模，與動態(tài)偏差模型不同，歸納法不依賴于人的指導(dǎo)，但是歸納法需要大量的實例來保證產(chǎn)生正確的結(jié)果。

6.理論改進(jìn)(Theory Refinement)

理論改進(jìn)是一種較新的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，以解決歸納法中需要較多例子的缺點。它將理論分析與實際中的學(xué)習(xí)方法集成起來，獨立于知識域。它以有效利用以前的經(jīng)驗，以對多個學(xué)生中發(fā)現(xiàn)的共性問題進(jìn)行建模。但是缺點是算法復(fù)雜，實現(xiàn)非常困難。

三、改良的學(xué)生模型

從上面的分析可以看出不同的建立方法各有所偏重點，應(yīng)該說建立完整的學(xué)生模型時最好還是綜合采用幾種方法。在本文的研究中，考慮自身系統(tǒng)學(xué)生模型的建立需求，綜合采用了上述6大學(xué)生模型的建立方法中的覆蓋模型和認(rèn)知模型，并增加了一個測試評價模型：通過覆蓋模型反映學(xué)生的知識學(xué)習(xí)情況即知識水平，認(rèn)知模型則反映學(xué)生的認(rèn)知能力，測試評價模型作為一個輔助工具模型實現(xiàn)認(rèn)知水平的測試評價。這樣就構(gòu)成一個基本完整的學(xué)生模型。我們給出學(xué)生模型的完整形式化描述如下：

學(xué)生模型={基本信息模型，安全模型，學(xué)習(xí)狀況模型}

基本信息模型={學(xué)號，姓名，院系，專業(yè)，班級，年齡，性別，愛好，學(xué)習(xí)風(fēng)格…}

安全模型={學(xué)號，姓名，登錄賬號，密碼}

學(xué)習(xí)狀況模型={覆蓋模型，認(rèn)知模型，測試評價模型}

覆蓋模型={學(xué)號，姓名，課程，學(xué)習(xí)進(jìn)度，…}

認(rèn)知模型={學(xué)號，姓名，課程，識記能力，理解能力，應(yīng)用能力，評價能力，分析能力，綜合能力，總體能力}

測試評價模型={學(xué)號，姓名，練習(xí)時間，練習(xí)得分，測試時間，測試得分…}

改良后的這個學(xué)生模型不僅可以記錄學(xué)生的知識掌握能力和學(xué)習(xí)歷史，還可以記錄學(xué)生的認(rèn)知能力。更貼切地刻畫學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)行為，而且也方便實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙潔.基于認(rèn)知理論和隨機(jī)開放性測試的動態(tài)學(xué)生模型研究[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用.2003.(34):95～98

[2]劉爽英，閆瑩.ICAI系統(tǒng)中學(xué)生模型與教學(xué)策略的設(shè)計[J].華北工學(xué)院學(xué)報.2003， 24(4):291～293

篇7

關(guān)鍵詞：中學(xué)歷史課；計算機(jī)輔助教學(xué)；改進(jìn)方法與設(shè)想

計算機(jī)的問世，將人類文明推進(jìn)到信息時代，也必將引起教育領(lǐng)域深刻的革命。這場教育大變革不僅僅是教育形式和學(xué)習(xí)方式的重大變化，更重要的是將對教育的思想、觀念、模式、內(nèi)容和方法產(chǎn)生深刻影響。計算機(jī)為歷史教學(xué)提供廣闊的前景。陳至立在全國中小學(xué)信息技術(shù)教育工作會議上的講話中指出：“信息技術(shù)是最活躍、發(fā)展最迅速、影響最廣泛的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一。……信息技術(shù)極大地拓展了教育時空界限，空前地提高了人們學(xué)習(xí)的興趣、效率和能動性?！钡?，目前中學(xué)歷史教學(xué)中計算機(jī)功能的發(fā)揮是極其有限的，而且熱了一陣子之后，逐漸趨于降溫。本文著重論述目前中學(xué)歷史 (A1 教學(xué)中的主要缺陷，提出改進(jìn)的措施，以期推動計算機(jī)技術(shù)與新課標(biāo)下的歷史教學(xué)的整合，促進(jìn)歷史 CAI 教學(xué)的研究，推進(jìn)中學(xué)歷史多媒體教學(xué)的深入發(fā)展。

一、中學(xué)歷史課計算機(jī)輔助教學(xué)的現(xiàn)狀

計算機(jī)輔助教學(xué)可分為初級階段和高級階段。初級階段主要是框面型課件計算機(jī)輔助教學(xué)，高級階段是系統(tǒng)型人工智能軟件計算機(jī)輔助教學(xué)。目前國內(nèi)中學(xué)歷史課計算機(jī)輔助教學(xué)尚處于初級階段。

國外自 20 世紀(jì) 50—60 年代，美國的哈佛大學(xué)、 IBM 公司的沃斯頓研究中心、伊利諾斯大學(xué)和斯坦福大學(xué)等開始程序教學(xué) (Programmed Instruction) 以來， 70 年代微型計算機(jī)的研制成功，為多媒體教學(xué)的普及提供了條件。除美國外，法國、英國、加拿大、日本等國很快開展計算機(jī)教育。 80—90 年代多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及衛(wèi)星通訊技術(shù)迅速發(fā)展。各國的中小學(xué)掀起計算機(jī)輔助教學(xué)的新。出現(xiàn)了以“教”為主的美國計算機(jī)輔助教學(xué) (Computer Assisted Instruction ，簡稱 CAI) 、英國以 “ 學(xué) ” 為主的計算機(jī)輔助教學(xué) (Computer Assisted Learning 簡稱 CAL) 。目前，各國的計算機(jī)技術(shù)已應(yīng)用到教育系統(tǒng)的各個領(lǐng)域，除了上述的教學(xué)以外，還應(yīng)用于教育行政管理和教學(xué)管理。

80 年代，我國的計算機(jī)輔助教學(xué)開始起步。北京大學(xué)、清華大學(xué)、華東師范大學(xué)、浙江大學(xué)等高校都投入研究開發(fā)工作，推出了 BASIC 語言系統(tǒng)、方正奧斯等一批研究成果。 80 年代中期，計算機(jī)輔助教學(xué)得到推廣。我國中小學(xué)計算機(jī)輔助教學(xué)起步雖晚，但發(fā)展甚快，與國際水平的差距日益縮小。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的中小城市的中小學(xué)普遍開展多媒體教學(xué)，其教師也大多掌握多媒體教學(xué)技術(shù)，能夠運用 PowerPoint 、 Authorware 、 Director 等多媒體寫作工具，制作出能夠脫機(jī)運行的教學(xué)課件。一批中學(xué)建立校園網(wǎng)，實現(xiàn)了輔助教學(xué)、教育行政管理和教學(xué)管理三位一體的計算機(jī)輔助教育 (CBE) 。這些學(xué)校的計算機(jī)輔助教學(xué)在教育教學(xué)諸多方面收到了顯著的效益。為進(jìn)一步開展計算機(jī)輔助教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。但是，由于起步晚，經(jīng)驗不足，也存在著許多問題，如：首先，沒有從本質(zhì)上突破舊的課堂教學(xué)模式，只是把板書制成多媒體教學(xué)框面，加上一些音像、聲響等多媒體；其次，缺乏新理念的指導(dǎo)，計算機(jī)輔導(dǎo)教學(xué)仍然依據(jù)斯金納 (B ． F ． Skinner) 的學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)的行為主義教學(xué)理論；第三，教師計算機(jī)技術(shù)不嫻熟，在制作課件時往往故弄懸虛，中問設(shè)置了許多超級鏈接，把教學(xué)課件搞得機(jī)關(guān)重重，上時經(jīng)常出現(xiàn)技術(shù)問題；第四，課件交互性欠強(qiáng)，教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的交流都難以在課件教學(xué)中實現(xiàn)，更不用說人機(jī)交互了；第五，缺少因材施教、隨機(jī)應(yīng)變的教學(xué)靈活性，一旦生成課件就只能運行，無法修改，不利于教師因材施教和臨場發(fā)揮。因此，歷史教師必須學(xué)習(xí)先進(jìn)理念和熟知優(yōu)秀教學(xué)課件的基本要求，并掌握一定的計算機(jī)教學(xué)技巧和嘗試人工智能軟件教學(xué)。

二、計算機(jī)輔助教學(xué)的改進(jìn)方法與設(shè)想

計算機(jī)技術(shù)在中學(xué)歷史教學(xué)中應(yīng)用與拓展，需要科學(xué)理論的支持，需要先進(jìn)理念的指導(dǎo)、先進(jìn)教學(xué)方法的采用與計算機(jī)技術(shù)的支持。筆者在教學(xué)實踐中得出一些改進(jìn)方法，并提出新的設(shè)想：

1 ．學(xué)習(xí)先進(jìn)教育理念

目前歷史計算機(jī)教學(xué)存在諸多問題的根本原因是教師缺乏科學(xué)理論和先進(jìn)理念作為理論基礎(chǔ)。對中學(xué)歷史計算機(jī)輔助教學(xué)的改進(jìn)具有指導(dǎo)意義的有：

(1) 三大傳播理論。 “ 四大要素決定論 ”—— 貝羅 (D ． K ． Berlo) 認(rèn)為，傳播過程有四個大要素：信源、信息、通道、受者。傳播的效果是由四個要素以及它們之間的關(guān)系共同決定的?！皞魇陔p向互動論”——施拉姆 (W ． Sehramm) 認(rèn)為，傳播過程是一種雙向互動的過程，傳者和受者都是傳播的主體。受者不僅接受信息而且對信息做出積極的反應(yīng)?！皞鞑ノ?W 論”——拉斯威爾 (H ． D ． Lasswall) 認(rèn)為：要描述什么叫做傳播，可以概括成五 W ： wh0 ，傳播者是誰； What ，傳播內(nèi)容說什么； Which Channel ，傳播的通道是么途徑； TO whom ，接受者是誰，即對誰說； With What Effect ，傳播達(dá)到什么效果。

(2) 兩種學(xué)習(xí)理論。 “ 認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論 ” 與 “ 建構(gòu)主義”，代表人物有皮亞杰、紐厄爾等，基本觀點： a ．學(xué)習(xí)是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成，要通過學(xué)習(xí)者的主觀作用來實現(xiàn)。新學(xué)習(xí)的知識必須附著在原有知識結(jié)構(gòu)的“附著點”上。只有學(xué)習(xí)者將外來的刺激同化于原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，才能發(fā)生有效的學(xué)習(xí)。 b ．學(xué)習(xí)憑智力與理解，絕非盲目的嘗試。 c ．學(xué)習(xí)過程是信息加工過程，人腦好似電腦，應(yīng)建立學(xué)習(xí)過程的計算機(jī)模型。認(rèn)知理論認(rèn)為新知識一定要以舊知識為附著或拋錯點，認(rèn)知的發(fā)展過程是同化、順應(yīng)、平衡。 [2] 這兩種新教學(xué)理論要求歷史教師開發(fā)教學(xué)課件時做到 a ．利用多媒體優(yōu)勢，幫助學(xué)生建立新舊知識的聯(lián)系。歷史教學(xué)軟件必須引導(dǎo)學(xué)生把已學(xué)的歷史知識與將要學(xué)習(xí)的歷史新知識建立起緊密地聯(lián)系。 b ．對舊歷史知識的整理科學(xué)越明晰，越有利于新知識附著，使計算機(jī)多媒體輔助教學(xué)優(yōu)勢充分發(fā)揮。 c ．教師以引導(dǎo)者的身份發(fā)揮教學(xué)的主導(dǎo)作用，參與學(xué)生的知識建構(gòu)過程。除幫助學(xué)生建立與舊有知識的關(guān)系 ( 同化 ) 外，還要在課件中揭示新舊歷史知識的矛盾，如新航路開辟帶有中西文化的沖突，資本主義萌芽與商業(yè)危機(jī)的矛盾，舊商路與新航道反差等等，并逐個問題加以解決，使學(xué)生知識結(jié)構(gòu)改變 ( 順化 ) ，最后進(jìn)行整合，達(dá)到平衡。

2 ．確定制作優(yōu)秀 CAL 教學(xué)課件的基本要求

運用計算機(jī)技術(shù)開發(fā)優(yōu)秀歷史課件必須具備如下優(yōu)點：

(1) 優(yōu)良的教育功能：即特效性、領(lǐng)先性、科學(xué)性。歷史是過去的陳跡，我們無法把學(xué)生帶入過去的歷史時代，但歷史總會遺留下一些文字資料，實物等遺跡，通過計算機(jī)技術(shù)一定程度上可以“再現(xiàn)”歷史，起到特有的、無以取代的歷史教學(xué)效果： a ．特效性。能為歷史教學(xué)提供一種最佳的、多維的表示，傳遞和處理歷史信息的方法和技術(shù)的途徑，使學(xué)生進(jìn)入了視聽并用，抽象邏輯思維與具體形象思維共同參與學(xué)習(xí)過程的多維動態(tài)環(huán)境。突破抽象邏輯思維的難點，用虛擬現(xiàn)實的概念與技術(shù)，把已過去的學(xué)生難以能及的歷史現(xiàn)象帶到學(xué)生面前，使教學(xué)活動更加符合人的自然思維，從而獲得特別優(yōu)良的歷史教學(xué)效果。 b ．科學(xué)性。教學(xué)內(nèi)容能準(zhǔn)確地反映歷史發(fā)展的客觀規(guī)律，突出重點。具體表現(xiàn)為教學(xué)目標(biāo)明確恰當(dāng)。對歷史大綱 ( 課程標(biāo)準(zhǔn) ) 、教材 ( 課本 ) 與學(xué)生 ( 教學(xué)對象 ) 三者的關(guān)系處理恰當(dāng)，各種媒體信息都必須為了表現(xiàn)某一個歷史知識內(nèi)容，為達(dá)到某一層次的教學(xué)目標(biāo)而設(shè)計。符合教學(xué)規(guī)律。優(yōu)秀歷史課件必須符合歷史教學(xué)的一般規(guī)律，處理好教學(xué)內(nèi)容的難度、深度、廣度三者之間的關(guān)系。 c ．領(lǐng)先性。體現(xiàn)當(dāng)代教育觀念、教學(xué)思想和多媒體課件發(fā)展方向。

(2) 嫻熟的計算技術(shù)：即技術(shù)性、藝術(shù)性、智能性。創(chuàng)作一個歷史教學(xué)軟件，要特別注意課堂教學(xué)的效率與效果，不可因計算機(jī)技術(shù)問題，影響了歷史教學(xué)的效度。 a ．技術(shù)性。課的可用性與可靠性。程序有較強(qiáng)的交互能力，保證教學(xué)過程不受干擾，不因?qū)W生錯誤操作而產(chǎn)生錯誤甚至停止運行。課件使用方便、教師調(diào)整靈活，學(xué)生控制靈活。能較好地利用計算機(jī)軟硬件資源，軟件容易維護(hù)，人機(jī)交互有較高水平，課件安裝或下載使用方便。 b ．藝術(shù)性。具有友好人機(jī)交互界面。窗口、菜單、按鈕、圖標(biāo)及快捷鍵都必須美觀并符合歷史教學(xué)規(guī)律。另外，教與學(xué)都是緊張的腦力勞動，盡量做到簡潔清新，切忌羅列繁煩復(fù)雜的知識條目。 c ．智能性。具有診斷、評價和反饋能力。

3 ．掌握一定的計算機(jī)教學(xué)技巧

教師扎實的專業(yè)知識和先進(jìn)的教學(xué)理念都必須落實到計算機(jī)技術(shù)之上。計算機(jī)技術(shù)主要體現(xiàn)在課件設(shè)計、采集資料、制作等各個環(huán)節(jié)。

(1) 課件的設(shè)計。課件的設(shè)計是課件開發(fā)的重要階段，是按課件的歷史教學(xué)需要及軟件工程的方法對課件進(jìn)行綜合全面的設(shè)計。主要是設(shè)計課件制作方案，課件演示方案。包括教學(xué)目的、流程的教學(xué)方案。 a ．設(shè)計好歷史教學(xué)方案。教學(xué)流程設(shè)計要體現(xiàn)歷史教學(xué)的規(guī)律，要歷史教學(xué)內(nèi)容劃分成若干教學(xué)單元，各單元之間或按歷史事件時間順序或按歷史時件的邏輯順序繪制出教學(xué)單元的流程圖。要考慮通過課件的教學(xué)能否在突出重點，突破難點，增強(qiáng)記憶，啟發(fā)思維方面收到傳統(tǒng)教學(xué)不能達(dá)到的效果。同時還要設(shè)計出在什么時候使用聲、文、圖、動畫多種媒體的合理組合，使這些多媒體資料為教學(xué)服務(wù)。 b ．設(shè)計課件制作方案。首先要考慮所開發(fā)的最后產(chǎn)品是什么。是用于班級課堂教學(xué)交互性教學(xué)，還是網(wǎng)上自學(xué)；是模擬演示還是資源積件。其次是考慮課件的結(jié)構(gòu)類型，是固定結(jié)構(gòu)型、生成型，還是智能型結(jié)構(gòu)，控制策略是線性型、分支型還是混合型。

(2) 素材的收集與編采。資料的搜集可以到圖書館、校園網(wǎng)、因特網(wǎng)、電視臺、校電教中心、 VCD 光盤及其他磁盤、自制數(shù)碼攝影，甚至于超市等收集。如要做中國的發(fā)展的教學(xué)課件，可以“ A 日擒雕牌 ” 煉乳為例，這只商標(biāo)是近代溫州民族資本家吳百亨同英商爭奪浙江市場中產(chǎn)生的，對中國產(chǎn)生的背景、民族資本家的革命性都很有說服力。歷史資料收集的主要網(wǎng)站有：人民教育出版社 ( 教材及大綱 )www . pep . tom . cl /。中學(xué)歷史教學(xué) http : //www . yb2hs . com . cn / teacher / net / his/。中學(xué)歷史教學(xué)資源網(wǎng) http ://ajl ． teacher ． 100point ． corn /。資料的采集指對已收集的資料進(jìn)行加工制作。聲音素材對采樣頻率，量化位數(shù)、聲道板進(jìn)行選擇。動態(tài)視頻圖像須對這些素材進(jìn)行混合、反向、回音、調(diào)節(jié)音量、修改頻率、轉(zhuǎn)換格式、修改聲道、移動割拼、添加文字等編輯。歷史課件會使用大量的原始圖片、圖表、錄象，這些素材的制作加工，尤要精美細(xì)致。

(3) 課件的制作與開發(fā)。課件設(shè)計和資料采集完成之后，就進(jìn)入課件制作與開發(fā)階段。根據(jù)歷史教學(xué)需要選用多媒體寫作工具。由于歷史課件需要展示大量的歷史圖片等資料，又加上時間緊迫，所以平時教學(xué)可用使用簡便、制作方便的頁面式卡片為基礎(chǔ)的幻燈型課件制作軟件，如 toolbook 。如果教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，課件結(jié)構(gòu)聯(lián)接較為復(fù)雜的課件，比如樹型結(jié)構(gòu)，可以用以圖標(biāo)為基礎(chǔ)的流程圖型 Authorware 和以時間為基礎(chǔ)的時基型軟件，如 Director 、 Action 。用于網(wǎng)上，可用遠(yuǎn)程多媒體課件制作工具 Frontpage 。

(4) 課件的美工修改。歷史課件最終都是以界面、框面的形式展示給學(xué)生。要把死的歷史變活，很大程度上處決于歷史軟件的界面與框面美感教學(xué)效果，因此，界面、框面的設(shè)計必須遵循美學(xué)法則。人的美感來源于視覺與聽覺。而視覺、聽覺效應(yīng)往往與人的生理、心理、情緒、文化素養(yǎng)有著緊密的聯(lián)系，課件的圖像、動畫、音像通過視覺與聽覺反映于神經(jīng)中樞，使學(xué)生感到友好、親切，產(chǎn)生美感，所以必須美學(xué)工藝知識同心理學(xué)知識緊密結(jié)合對課件修改。

(5) 嘗試人工智能軟件教學(xué)。只有開發(fā)人工智能教學(xué)軟件，才能使我國中小學(xué)的歷史計算機(jī)教學(xué)進(jìn)入一個新階段。人工智能教學(xué)軟件是指計算機(jī)能夠利用歷史史實等教學(xué)信息，生成教學(xué)問題，用較強(qiáng)的自然語言理解能力和邏輯推理能力回應(yīng)學(xué)生提出的歷史問題的教學(xué)工具。

基于人力、物力、時間和計算機(jī)技能因素，筆者只做了極為膚淺的嘗試，介紹如下：

借助 Frontpage 作為基礎(chǔ)，研制提供學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)的雙向互動和人機(jī)交互的計算機(jī)歷史教學(xué)環(huán)境。它分成學(xué)生學(xué)習(xí)模塊與教師教學(xué)模塊：在線學(xué)習(xí)的學(xué)生可以隨時打開教師教學(xué)模塊作為課堂教學(xué)的輔助與補(bǔ)充，教師可以隨時打開學(xué)生模塊，察看、監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)歷史的過程與結(jié)果。

整個過程是學(xué)生選定目標(biāo)，查看教師提供的學(xué)習(xí)建議，完成學(xué)習(xí)內(nèi)容，提交教師布置作業(yè)，分析計算機(jī)作出作業(yè)批改，最后上傳到教師模塊。

教師教學(xué)模塊把教學(xué)目標(biāo)也分為三等，系統(tǒng)會根據(jù)歷史教學(xué)目標(biāo)提議教學(xué)策略，并給出相應(yīng)的歷史教學(xué)內(nèi) 容。教師可對教學(xué)內(nèi)容任意增減。教學(xué)資料是根據(jù)課堂教學(xué)實際情況選用的資料。全部系統(tǒng)工作可通過計算機(jī)清晰地顯示給學(xué)生，體現(xiàn)出歷史教學(xué)過程中教師與計算機(jī)、教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生及學(xué)生與計算機(jī)的互動。

此外，還可以利用國外較為成熟的智能計算機(jī)教學(xué)軟件智能導(dǎo)師系統(tǒng) (ITS) 和人工智能化教學(xué)環(huán)境 (AIBLE) 在歷史教學(xué)中進(jìn)行嘗試，等等。

參考文獻(xiàn)：

篇8

關(guān)鍵詞： 專家系統(tǒng) 知識表示 概念圖 計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)

1.教學(xué)專家系統(tǒng)研究進(jìn)展

教學(xué)專家系統(tǒng)產(chǎn)生的歷史可以追溯到上世紀(jì)60年代的程序教學(xué)（Programmed Instruction，PI），隨后出現(xiàn)的基于計算機(jī)的訓(xùn)練（Computer-based Training，CBT）和計算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Assisted Instruction，CAI）在一定程度上有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)，但它們都沒有提供“一個學(xué)生對應(yīng)一個教師（One to One）”教學(xué)的個性化關(guān)注，而是采用“一種教學(xué)適合所有學(xué)生（One fit all）”的教學(xué)方式，其主要原因在于“傳統(tǒng)的CAI中的教學(xué)信息是按預(yù)置的教學(xué)流程提供給學(xué)生的”。［1］例如，一個練習(xí)中的教學(xué)策略“如果第8題回答正確，則轉(zhuǎn)向20題，否則轉(zhuǎn)向16題”，可見這種CAI系統(tǒng)并沒有考慮學(xué)習(xí)者的能力水平。換言之，傳統(tǒng)的CBT和CAI的不足之處在于：系統(tǒng)不了解學(xué)生的認(rèn)知風(fēng)格和認(rèn)知水平，不了解學(xué)生當(dāng)前的知識狀態(tài)，當(dāng)學(xué)生有學(xué)習(xí)困難時不能診斷原因并提出針對性的指導(dǎo)意見，也不能根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知風(fēng)格和認(rèn)知水平提供個性化的學(xué)習(xí)材料。

正是針對采用傳統(tǒng)CAI和CBT計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的不足，學(xué)術(shù)界提出了基于領(lǐng)域知識和學(xué)生模型進(jìn)行決策和指導(dǎo)的智能軟件系統(tǒng)的研究與開發(fā)。該系統(tǒng)具備根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點、當(dāng)前的知識水平等特征表示教學(xué)材料的靈活性以及對不同學(xué)生需求的響應(yīng)能力，通過提供“怎樣按學(xué)生的信息進(jìn)行教學(xué)”的教學(xué)策略來實現(xiàn)系統(tǒng)的“智能”。研究的最終目的是由計算機(jī)系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)學(xué)習(xí)者的引導(dǎo)者和幫助者，即賦予計算機(jī)以智能，由計算機(jī)系統(tǒng)在一定程度上代替人類教師實現(xiàn)最佳教學(xué)［2］。

Hartley和Sleeman提出了教學(xué)專家系統(tǒng)的基本架構(gòu)，認(rèn)為教學(xué)專家系統(tǒng)必須處理三方面的知識：

（1）領(lǐng)域知識，即課程模型，它主要解決教什么的問題（What to teach），包含了系統(tǒng)試圖教授給學(xué)生的知識；

（2）學(xué)習(xí)者知識，即學(xué)生模型，它主要解決教誰的問題（Whom to teach），即指明學(xué)生已知道什么和不知道什么以及學(xué)生的認(rèn)知特點；

（3）教學(xué)策略知識，即導(dǎo)師模型（Tutor Model），它主要解決怎么教的問題（How to teach），主要提供有針對性的教學(xué)策略。

上述基本架構(gòu)對于教學(xué)專家系統(tǒng)的研究具有重要的指導(dǎo)意義。雖然在隨后的30多年里，教學(xué)專家系統(tǒng)研究一直沒有形成公認(rèn)的體系結(jié)構(gòu)，但上述架構(gòu)一直是教學(xué)專家系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)與核心，絕大多數(shù)研究工作都圍繞著這一基本架構(gòu)而展開。

2.基于概念圖的教學(xué)專家系統(tǒng)

2.1概念圖知識的形式化

概念結(jié)構(gòu)（concept stricture）［3］是由美國的John F.Sowa提出的基于語言學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)為一體的一種最新的知識表示方法。它不但能夠表示傳統(tǒng)知識表示方法所表示的知識，而且具有表達(dá)能力強(qiáng)、表達(dá)直觀、可靠性好、易于實現(xiàn)、接近自然語言等特點。因此，自從被提出后，就在美國得到了很高的評價。美國、加拿大、澳大利亞等國家有不少學(xué)者從事這方面的研究工作。國內(nèi)主要有西北大學(xué)計算機(jī)系人工智能研究室從事這方面的教學(xué)、研究與應(yīng)用開發(fā)工作，并取得了一些成果［4］。概念圖的形式化定義為：CGer（Concept，Relation，F(xiàn)），其中：

Concept={c1，c2，……，cm}，概念結(jié)點（Concept node）的集合；

Relation={rl，r2，……w}，關(guān)系結(jié)點（Relation node）的集合；

F（Concept×Relation）U（Relation×Concept），弧的集合。

概念圖以圖形表示就是一種有向連通圖，它包括兩種結(jié)點：概念結(jié)點和概念關(guān)系結(jié)點，弧的方向代表概念結(jié)點和概念關(guān)系結(jié)點之間的聯(lián)系。概念結(jié)點表示問題領(lǐng)域中的一個具體的或抽象的實體，概念關(guān)系結(jié)點表示概念結(jié)點之間的聯(lián)系。

在概念圖中，概念結(jié)點用方框表示，概念關(guān)系結(jié)點用圓圈表示，有向弧標(biāo)出了概念關(guān)系結(jié)點所鄰接的概念結(jié)點。例如，在信息技術(shù)課堂中，學(xué)生在剛開始學(xué)習(xí)Windows操作時，由于對文件和文件夾的概念沒有很好地理解，因而經(jīng)常會將建立文件夾錯建成文件，或?qū)⑽募e建成文件夾。而如果在教學(xué)中運用圖1這張有關(guān)文件和文件夾相關(guān)概念的概念圖來向?qū)W生講解它們之間的關(guān)系，就可以使學(xué)生清楚地認(rèn)識到，文件夾是用來存放文件或子文件夾的，而文件中存儲的才是具體的內(nèi)容，根據(jù)存儲的內(nèi)容的不同，可以將文件分為文本文件、圖像文件、聲音文件、動畫文件、視頻文件等，這些文件都可以存儲在各種磁盤上。這樣運用概念圖講授這個知識點，可以收到很好的教學(xué)效果，從而使學(xué)生在操作時少犯錯誤。

2.2概念圖知識的實現(xiàn)

概念圖可以變換為易于機(jī)器操作的內(nèi)部表示形式。文獻(xiàn)［5］用Prolog實現(xiàn)了概念圖及基于概念圖的規(guī)則。要表示一個概念圖，需三種類型的Prolog謂詞，一個規(guī)則用帶四個參數(shù)的謂詞rule/4表示：

rule（rulenum，and（r1，r2…），r，［［*x］］）

其中，rulenum表示規(guī)則號；（r1，r2…）為規(guī)則左邊的第一個圖；r為規(guī)則右邊的第一個圖；［*x］為約束變量，指出了不同概念結(jié)點具有相同值這一特性。一個概念結(jié)點用帶三個參數(shù)的謂詞concept/3表示：

concept（label，Ref，renamelist，Cid）

其中，label為概念的類標(biāo)號；ref為概念的所指域；renamelist為與該概念相連的關(guān)系名表；Cid為概念標(biāo)識符。一個關(guān)系結(jié)點用帶四個參數(shù)的謂詞relation/4表示：

relation（label：cid1，cid2，Rid）

其中，label為關(guān)系的類型標(biāo)號；cid1為與該關(guān)系相連的起始概念標(biāo)識符；cid2為與該關(guān)系相連的終止概念標(biāo)識符；Rid為關(guān)系標(biāo)識符。一個概念圖用帶四個參數(shù)的謂詞graph/4表示：

graph（Name，Clist，Rlist，Gid）

其中，Name為概念圖的名字；Clist為該圖中的概念標(biāo)識符表；Rlist為該圖的關(guān)系標(biāo)識符表；Gid為圖標(biāo)識符。

需要說明的是，規(guī)則的前提并不全是“and”運算，但總可以化成這種形式，這一點很容易做到。

2.3基于概念圖的教學(xué)專家系統(tǒng)框架

該教學(xué)專家系統(tǒng)基本組成如圖2所示：

系統(tǒng)的主要模塊以及功能說明如下：

知識源：主要來自于課本和教師的經(jīng)驗。

人機(jī)接口：是用戶和系統(tǒng)進(jìn)行通信的模塊，通過該模塊用戶將信息告訴系統(tǒng)，以便系統(tǒng)進(jìn)行分析整理，人機(jī)接口模塊設(shè)計的好壞也是系統(tǒng)的一個關(guān)鍵。系統(tǒng)管理主要包括個人信息（用戶名、密碼等）及系統(tǒng)登錄和增加刪除用戶等方面的功能。

解釋器模塊：是在推理過程中或者推理之后，向用戶解釋系統(tǒng)是如何得出結(jié)論的，一般的專家系統(tǒng)都具有該模塊，因為向用戶解釋推理的過程，可以增加對系統(tǒng)推理的可信度。

數(shù)據(jù)庫：相當(dāng)于記憶結(jié)構(gòu)，用來記錄系統(tǒng)推理過程中用到的控制信息、中間假設(shè)和中間結(jié)果及結(jié)論的數(shù)據(jù)庫或工作存儲器。

知識獲取模塊：用來把新的知識或事實添加到知識庫中去，或修改現(xiàn)存的規(guī)則知識，專家系統(tǒng)解決問題的能力主要取決于它所使用的知識的數(shù)量和質(zhì)量，建造專家系統(tǒng)的瓶頸也就是知識的獲取問題。

知識庫和推理機(jī)：是整個系統(tǒng)的核心部件，知識庫及推理機(jī)的構(gòu)建和知識表示的關(guān)系很大，系統(tǒng)采用概念圖知識表示，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了系統(tǒng)的知識庫和推理機(jī)。

3.基于概念圖的教學(xué)專家系統(tǒng)應(yīng)用效果

3.1教學(xué)質(zhì)量和效率

通過問卷調(diào)查方式，對運用該系統(tǒng)的“教改班”和沒有使用的“非教改班”進(jìn)行網(wǎng)上調(diào)查，了解了學(xué)生對自己所學(xué)知識掌握程度的評價，如圖3所示。在教改班中，有81%的學(xué)生認(rèn)為自己已經(jīng)大部分或完全掌握所學(xué)的知識；而在非教改班中，只有68.4%的學(xué)生認(rèn)為自己已經(jīng)大部分或完全掌握所學(xué)的知識。另外，教師對兩種類型學(xué)生同類作業(yè)的評價如圖4所示，在教改班中，有64.5%的學(xué)生作業(yè)為良好以上；而在非教改班中，只有32%的學(xué)生作業(yè)為良好以上。同時，我們計算機(jī)基礎(chǔ)課程的學(xué)時數(shù)只有30學(xué)時（其中已包含12個實驗學(xué)時），這在我省高校中學(xué)時數(shù)是屬于比較少的，要在有限的學(xué)時數(shù)內(nèi)學(xué)完教學(xué)大綱所規(guī)定的內(nèi)容是非常困難的，學(xué)時數(shù)嚴(yán)重不足是影響教學(xué)效果的一個主要原因，學(xué)時不足使原來教學(xué)計劃中的部分內(nèi)容只能改為學(xué)生的自學(xué)內(nèi)容，效果較差。采用了本系統(tǒng)之后，將部分原本課堂講授的內(nèi)容改為學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，大大節(jié)省了課堂的教學(xué)時間，使原本沒有時間在課堂上講授的內(nèi)容添加了進(jìn)來。在相同的時間內(nèi)，教改試驗班的學(xué)生比非教改班學(xué)生還要多做了一個綜合性的大型作業(yè)。這對教學(xué)無疑起到一定的促進(jìn)作用。

3.2學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性及興趣

過去以教師授課為主的教學(xué)模式，學(xué)生是被動學(xué)習(xí)，積極性不高?，F(xiàn)在采用了新的學(xué)習(xí)模式后，學(xué)生可以在教學(xué)網(wǎng)站中欣賞到其他同學(xué)及過去學(xué)生的優(yōu)秀作業(yè)，及時找到自己的不足，增強(qiáng)了競爭意識。同時通過參考他人作業(yè)也可以激發(fā)自己的創(chuàng)作靈感，從而制作出更好的作品。另一方面，由于增加了學(xué)生互評的評價方式，使學(xué)生在評價他人作業(yè)的同時自己也得到提高。其中原來對課程不太感興趣甚至完全不感興趣的學(xué)生中有54.7%轉(zhuǎn)變?yōu)楦信d趣，如圖5所示。

3.3學(xué)生接受的學(xué)習(xí)新模式

調(diào)查中我們還發(fā)現(xiàn)，學(xué)生通過這門課程的學(xué)習(xí)，已經(jīng)養(yǎng)成了一種良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)會循序漸進(jìn)、理論聯(lián)系實際和協(xié)同學(xué)習(xí)的方法，并在解決實際問題的時候具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力。另外，學(xué)會通過搜索網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)、通過網(wǎng)上論壇、留言、電子郵件等方式討論并解決問題的習(xí)慣。不少學(xué)生在不知不覺中將此方法應(yīng)用到其他課程的學(xué)習(xí)上，促進(jìn)了其他課程的學(xué)習(xí)。在掌握了這種學(xué)習(xí)方法后，有89%的學(xué)生表示會有意識地將這一方法用于其他課程的學(xué)習(xí)。而且在全國計算機(jī)等級考試通過率以近10%逐年提高，圖6為近三年來我們學(xué)生的等級考試通過率情況。同時，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中有充分的自由度，學(xué)生可以根據(jù)自己的水平自由選擇題目來完成作業(yè)，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造欲望。另一方面，由于我們提供了一個有充分網(wǎng)絡(luò)資源的教學(xué)網(wǎng)站，學(xué)生可以很快找到更多有用的信息，不斷提出問題，積極協(xié)商討論、使知識得以歸納重組。同時豐富的網(wǎng)絡(luò)資源使學(xué)生擴(kuò)大了視野，豐富了想象，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識、提高了創(chuàng)新能力，所有這些成績都可以通過學(xué)生的作業(yè)反映出來。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳天云，張劍平.智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）的研究現(xiàn)狀及其在中國的發(fā)展［J］.中國電化教育，2007，（2）：95-99.

［2］張劍平.現(xiàn)代教育技術(shù)理論與應(yīng)用（第2版）［M］.北京：高等教育出版社，2006：117.

［3］John F.Sowm，Conceptual structure［J］.UK：Addison-Wesley，1984.

［4］白振興.一種新的知識表示方法：概念結(jié)構(gòu)［J］.計算機(jī)科學(xué)，1992.

篇9

關(guān)鍵詞 ：網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、Agent 、對象模型、個性化教學(xué)

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用和信息技術(shù)的發(fā)展，我國互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量節(jié)節(jié)攀升。對于教育來說，由此帶來了教學(xué)模式的重大變化，從傳統(tǒng)課堂的“以教師為中心”擴(kuò)展到Internet環(huán)境下的“以學(xué)習(xí)者為中心”的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。通過對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)的研究可知，傳統(tǒng)的輔助教學(xué)系統(tǒng)能以數(shù)字方式將表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，通過對圖、文、聲、像、動畫以及活動影象等信息進(jìn)行計算機(jī)系統(tǒng)存儲、加工、傳輸和呈現(xiàn)，用戶可通過人機(jī)交互方式使用課件，以便輔助教師教和學(xué)生學(xué)。而借助于Internet的遠(yuǎn)程教育具有開放性、靈活性、學(xué)習(xí)終身性和資源共享性等優(yōu)點[1]。充分利用這些優(yōu)點不僅可以滿足學(xué)習(xí)者個性化學(xué)習(xí)需要，而且可以在很大程度上提高學(xué)習(xí)效率。但據(jù)初步調(diào)查表明，大多數(shù)學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)時，會遇到不同程度上的困難，主要原因是其普遍存在的一系列問題，包括：

（1）以呈現(xiàn)教學(xué)材料為主，在教學(xué)過程中學(xué)生被動學(xué)習(xí)，缺乏必要的交互手段；

（2）對不同認(rèn)知水平的學(xué)生采用相同的教學(xué)策略，缺乏智能性和適應(yīng)性，難以實現(xiàn)因材施教；

（3）由于知識結(jié)構(gòu)是松散無關(guān)的，掌握學(xué)習(xí)主動權(quán)的學(xué)習(xí)者面對眾多信息而無所適從，在學(xué)習(xí)過程中容易出現(xiàn)迷航而偏離學(xué)習(xí)目標(biāo)；

（4）采用了不同的數(shù)據(jù)資源管理標(biāo)準(zhǔn)，不利于教學(xué)資源共享以至于造成大量重復(fù)勞動。

（5）缺少有效、敏感的響應(yīng)與反饋、測試與評價系統(tǒng)，無法真正構(gòu)建出學(xué)生的主動學(xué)習(xí)環(huán)境。

Agent的概念最早出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代的人工智能中，80年代后期成長起來，目前已成為當(dāng)今計算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、信息工程領(lǐng)域和網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域十分活躍的前沿研究方向之一。Agent具有的自主性、反應(yīng)性、主動性等一些重要的行為特征對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)來說是很有意義的，因此Agent/多Agent 系統(tǒng)特別適用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)。

1 Agent概述

基于Agent的教學(xué)系統(tǒng)將人工智能的技術(shù)引入系統(tǒng)，軟件Agent是具有推理和決策能力的軟件，是一個有反應(yīng)的，主動性的，內(nèi)在激發(fā)的軟件實體 ，在面對變化的環(huán)境的同時，能采取一定的應(yīng)對措施。軟件Agent 也是一個計算機(jī)程序，它的內(nèi)部又可以細(xì)分出很多小的功能模塊，使程序具有模塊化和一定的彈性。其特點如下：

（1）自治性：Agent能夠根據(jù)知識庫中的事實和規(guī)則進(jìn)行推理，運行于復(fù)雜環(huán)境中的Agent還應(yīng)具有學(xué)習(xí)或自適應(yīng)的能力。

（2）自主性 Agent是一個獨立自主的計算實體，其動作和行為是根據(jù)本身的知識、內(nèi)部狀態(tài)和對外部環(huán)境的感知來進(jìn)行控制的，它的運行不受人或其他Agent的直接干涉；

（3）目標(biāo)導(dǎo)向：能夠根據(jù)高層的指示，負(fù)責(zé)決定如何來完成任務(wù)。

（4）社會性 Agent可以通過某種Agent協(xié)作語言與其他Agent或人進(jìn)行交互和通信，在多Agent系統(tǒng)中，Agent應(yīng)具有協(xié)作和協(xié)商能力；

（5）有彈性：完成任務(wù)的方式不固定，由實際情況來決定執(zhí)行順序和所要調(diào)用的程序，以反映外部環(huán)境的變化。

（6）適應(yīng)性：可以對先前的經(jīng)驗進(jìn)行積累，由使用者的喜好來決定自己的行動。

（7）移動性 Agent作為一個活體，它能夠在互聯(lián)網(wǎng)上跨平臺漫游，以幫助用戶搜集信息，它的狀態(tài)和行為具有連續(xù)性。

2 基于多Agent的教學(xué)模型

現(xiàn)實世界問題是極其復(fù)雜的，而單個Agent的功能是極其有限的，單個Agent一般很難完成給定的任務(wù)，此時需要通過適當(dāng)?shù)捏w系結(jié)構(gòu)把多個Agent組織起來形成多Agent系統(tǒng)，以共同承擔(dān)一個任務(wù)，來彌補(bǔ)單個Agent之不足，使得整個系統(tǒng)的能力超過單個的Agent。

基于多Agent技術(shù)的系統(tǒng)是指多個Agent相互通訊、彼此協(xié)調(diào)，共同完成作業(yè)任務(wù)的系統(tǒng)，它不僅具備一般分布式系統(tǒng)所具有的資源共享、易于擴(kuò)張、可靠性強(qiáng)、靈活性強(qiáng)、實時性好的特點，而且各Agent能夠通過相互協(xié)調(diào)解決大規(guī)模的復(fù)雜問題，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性、可靠性和自組織能力。在多Agent系統(tǒng)中，單個Agent是一個物理的或抽象的實體，能作用于自身和環(huán)境，操縱環(huán)境的部分表示，并與其他Agent通訊，具有感知、通訊、行動及控制和推理能力等基本功能。多Agent技術(shù)的這些特點，使得其在處理基于互聯(lián)網(wǎng)的知識問題方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)突出的特點表現(xiàn)在學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，其通過網(wǎng)上虛擬課堂進(jìn)行交互式的自主學(xué)習(xí)；教師則要通過課程設(shè)計，采取創(chuàng)設(shè)問題情景、在線專題討論、歸納總結(jié)、評價激勵等方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動機(jī)，促使他們理解和掌握知識體系，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進(jìn)行廣泛而又深入的學(xué)習(xí)。

由于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是一個復(fù)雜、龐大、不可預(yù)測的信息系統(tǒng)，一般會覆蓋教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，因此應(yīng)該將其劃分成子問題，并構(gòu)造多個具有一定功能的Agent，由這些Agent去分別處理子問題。當(dāng)子問題之間出現(xiàn)相互依賴時，系統(tǒng)中的Agent必須能通過協(xié)作來控制依賴性?；谝陨戏治觯覀儤?gòu)造的基于多 Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模型如圖1所示。

整個模型分為三個部分：界面，分析和建議。

界面：負(fù)責(zé)與用戶直接溝通，詢問的功能是記下使用者的基本資料。展示是將教材內(nèi)容通過輸出端口提供給用戶。診斷是判斷用戶的學(xué)習(xí)能力，知識結(jié)構(gòu)。記錄的功能是記錄下學(xué)習(xí)者與系統(tǒng)互動的所有歷程。界面由界面數(shù)據(jù)庫取得與某一用戶對話的模式和畫面。

分析：分析從界面中的診斷，記錄，詢問等三個子那里獲得的用戶資料，分析后再將所的結(jié)果存入其中的學(xué)生基本資料庫，學(xué)習(xí)成就資料庫和學(xué)習(xí)資料庫中。

建議：建議獲得分析資料庫的內(nèi)容，再由其評估分析出學(xué)習(xí)者之間的差異，建議根據(jù)這些差異來為不同的學(xué)習(xí)者提供不同的教學(xué)方法。

在此多系統(tǒng)中，為減少之間的直接溝通，故將相互的溝通信息放置在界面中的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中，由主控程序負(fù)責(zé)通知相關(guān)的模塊，當(dāng)然，主控程序也可以單獨形成一個模塊。

模型中涉及5個基本數(shù)據(jù)庫，即學(xué)習(xí)資源庫、系統(tǒng)全局知識庫、教學(xué)策略庫、界面庫和學(xué)生模型庫（含學(xué)生基本信息與學(xué)

習(xí)中間信息）；3類基本用戶，即教師、學(xué)生和管理者；6類Agent，即教師Agent、學(xué)生Agent、管理者Agent、人機(jī)交互界面Agent、教學(xué)Agent和管理Agent。下面具體介紹部分Agent的功能。

學(xué)生Agent。學(xué)生登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)以后，系統(tǒng)會自動生成一個學(xué)生Agent。它一方面要為對應(yīng)的學(xué)生提供交互界面，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)過程中根據(jù)學(xué)生的實際情況，通過教學(xué)Agent從教學(xué)策略庫中選擇合適的策略給學(xué)生以指導(dǎo)，在學(xué)習(xí)結(jié)束后將學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果返回學(xué)生模型庫。另一方面學(xué)生Agent還要調(diào)用目前登錄學(xué)生的學(xué)生基本信息和學(xué)習(xí)記錄，查看學(xué)生以往的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)這些記錄為學(xué)生本次學(xué)習(xí)呈現(xiàn)最初的學(xué)習(xí)資料。學(xué)生Agent在用戶的整個學(xué)習(xí)期間要不斷地通過人機(jī)交互界面Agent分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，為用戶下一步學(xué)習(xí)做相應(yīng)的準(zhǔn)備。同時還負(fù)責(zé)將本次學(xué)習(xí)的最終分析結(jié)果返還給學(xué)生信息庫以便為下一次學(xué)習(xí)提供資料。

教師Agent。教師登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)以后，系統(tǒng)會自動生成一個教師Agent。一方面，教師Agent負(fù)責(zé)教師與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的交互，通過教學(xué)Agent對教學(xué)的過程進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)和監(jiān)控，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)反應(yīng)，指出哪個學(xué)生的理解或答案是最好（或最壞的）并做出解釋。如果學(xué)習(xí)方向出現(xiàn)偏差，則予以及時糾正。此外，還可以從試題庫中抽取相關(guān)的問題進(jìn)行討論以加強(qiáng)理解。另一方面，教師Agent還是專業(yè)知識的資料庫和主動收集者，能對每一個學(xué)習(xí)者提供專業(yè)的最大的資源數(shù)據(jù)，建立相關(guān)的課程或課程框架（指包含教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)策略、教學(xué)步驟等）供教學(xué)Agent選擇。并可根據(jù)教師的干預(yù)和學(xué)生的反應(yīng)對本身的知識庫進(jìn)行主動的調(diào)整和擴(kuò)充，主動從網(wǎng)絡(luò)上獲取相關(guān)的信息，重組成為更有意義的知識。

管理者Agent。一般說來，教育教學(xué)活動包括一系列的管理，如課程管理、學(xué)籍管理、成績管理等等，因此有必要在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部建立管理Agent來負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的智能協(xié)調(diào)。管理者登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)以后，系統(tǒng)會自動生成一個管理者Agent。管理者Agent主要通過管理Agent負(fù)責(zé)對整個教學(xué)情況作宏觀的調(diào)控。管理Agent主動獲得其他Agent的數(shù)據(jù)和資料，并自動地生成相關(guān)的管理數(shù)據(jù)，如學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)時間、地區(qū)分布、學(xué)習(xí)者水平統(tǒng)計、教師工作統(tǒng)計等，協(xié)助管理者進(jìn)行有效而快速的反應(yīng)。同時，管理Agent還要擔(dān)負(fù)起諸如其他Agent的增刪管理、名錄和地址管理、通訊鏈條的管理職責(zé)。

人機(jī)交互界面Agent。人機(jī)交互界面Agent主要負(fù)責(zé)學(xué)生、教師、管理者與教學(xué)、管理子系統(tǒng)之間的交互聯(lián)系，并記錄交互過程。特別地，人機(jī)交互界面Agent要負(fù)責(zé)登記學(xué)生個體目前的學(xué)習(xí)狀態(tài)，以此掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)能力，觸發(fā)教學(xué)Agent，為不同的學(xué)生提供個性化教學(xué)。同時，人機(jī)交互界面Agent還要通過交互信息，監(jiān)控和評價學(xué)生的學(xué)習(xí)，給出提示、結(jié)論和參考信息，控制討論范圍和討論時間，對學(xué)生的非學(xué)習(xí)性瀏覽發(fā)出告警聲音，對學(xué)生的解答和知識探索給予激勵的評價。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

基于多Agent技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)是一個復(fù)雜、龐大、不可預(yù)測的信息系統(tǒng)，其設(shè)計與實現(xiàn)將涉及諸多關(guān)鍵技術(shù)。其中，最為重要的是數(shù)據(jù)模型的組織、Agent的構(gòu)建及開發(fā)技術(shù)的選取。

3.1 數(shù)據(jù)模型的組織

在教學(xué)系統(tǒng)中，主要涉及以下幾個對象，考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展性和移植性問題，在對象建模時，參考了“遠(yuǎn)程教育規(guī)范”和新課程改革的相關(guān)要求，并且每個對象都有相應(yīng)的擴(kuò)展。

（1） 知識點模型

知識點是描述教學(xué)領(lǐng)域知識的完整的教學(xué)單元，知識點之間存在的各種關(guān)聯(lián)及其關(guān)聯(lián)程度稱為知識點關(guān)系。若學(xué)習(xí)知識點A，必須先掌握知識點B，則B稱為A的前驅(qū)知識點，而A稱為B的后繼知識點，其關(guān)聯(lián)程度有強(qiáng)弱之分。知識點及其關(guān)系的集合稱為知識樹[7]。

知識點：：=。

在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中，知識點為基本學(xué)習(xí)單元，相應(yīng)某一學(xué)科的知識點編碼和知識樹如圖1：

這樣的知識點編碼和知識樹結(jié)構(gòu)，清晰的反映了知識點之間的相互關(guān)系，以某一知識點為例，可以方便的找到該知識點前驅(qū)和后繼知識點。樹中的每一個知識點都被賦予唯一的編碼，方便了知識點的查詢、增加和刪除。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)某一知識點時，ITS可以很容易的對其進(jìn)行前驅(qū)知識測試和后繼知識提示。根據(jù)Web日志挖掘出的頻繁訪問路徑[8]，調(diào)整知識樹結(jié)構(gòu)，形成適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的知識點關(guān)系網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)航。

轉(zhuǎn)貼于 （2）學(xué)習(xí)資源模型

學(xué)習(xí)資源的媒體類型分為：文本、圖形(圖像)、音頻、視頻、動畫五大類。

資源信息：：=< 資源標(biāo)識，知識點標(biāo)識，關(guān)鍵詞，描述，有效學(xué)習(xí)時間，大小，使用環(huán)境，反饋評價，擴(kuò)展基 >

資源標(biāo)識編碼如下規(guī)定：T開頭表示文本，P開頭表示圖形(圖像)，A開頭表示音頻，V開頭表示視頻，F(xiàn)開頭表示動畫，通過特定開頭字母確定素材類型。

（3） 學(xué)習(xí)者模型

定義：學(xué)習(xí)者模型是指對學(xué)習(xí)者屬性的詳細(xì)描述，包括個人信息，安全信息，學(xué)業(yè)信息，偏好信息，關(guān)系信息，學(xué)習(xí)行為六個元組。描述如下：

Student_Model_Dadabase=(Student_Model (i) | i=1…n)

Student_Model ={個人信息，安全信息，學(xué)業(yè)信息，偏好信息，關(guān)系信息，學(xué)習(xí)行為}

a. 個人信息是與學(xué)習(xí)者績效的度量和記錄沒有直接聯(lián)系，主要與管理有關(guān)的個人信息。一般說來，這類信息屬于個人隱私，是機(jī)密的。

個人信息：：=。

b. 安全信息是有關(guān)學(xué)習(xí)者安全憑證的信息。

安全信息：：=。

c. 學(xué)業(yè)信息是與學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)相關(guān)的一些簡要信息。

學(xué)業(yè)信息：：=。

d. 偏好信息描述可促進(jìn)人機(jī)交互的參數(shù)選擇。

偏好信息：：=。

e. 關(guān)系信息是描述學(xué)習(xí)者與其它系統(tǒng)用戶(如教師和其它學(xué)習(xí)者)之間關(guān)系的信息。

關(guān)系信息：：=。

f. 學(xué)習(xí)行為是描述學(xué)習(xí)者對所學(xué)知識點的相關(guān)操作信息(如作業(yè)信息、練習(xí)信息、測試信息、提問信息和媒體學(xué)習(xí)信息)。

學(xué)習(xí)行為信息={作業(yè)信息，練習(xí)信息，測試信息，提問信息，媒體學(xué)習(xí)信

息，擴(kuò)展基}。

作業(yè)信息、練習(xí)信息和測試信息的結(jié)構(gòu)相同，如下：

① 作業(yè)(練習(xí)、測試)信息：：=。

② 提問信息：：=。

③ 媒體學(xué)習(xí)信息：：=。

通常，理想的學(xué)生模型Student_Model由教師Agent產(chǎn)生。然后在學(xué)習(xí)過程中，相應(yīng)的教學(xué)Agent根據(jù)學(xué)生個性化思維特征及每個學(xué)生的活動進(jìn)展確定其學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)習(xí)慣、興趣愛好、學(xué)習(xí)進(jìn)度，從而建立當(dāng)前的學(xué)生模型。教學(xué)Agent要運用模糊理論處理學(xué)生模型Student_Model的模糊信息，挖掘模糊信息的內(nèi)在聯(lián)系，從而建立模糊關(guān)系。

（4） 規(guī)則模型

規(guī)則采用人工智能中加權(quán)不確定性推理方法得出，知識的不確定性表示形式如下：

R i：If Ei (ωi) Then Hi (CF ( Hi，Ei )，λ )

其中，Ei是知識的前提條件，它既可以是一個簡單條件，也可以是用AND及OR把多個簡單條件連接起來所構(gòu)成的復(fù)合條件。Hi是結(jié)論，它可以是一個單一的結(jié)論，也可以是多個結(jié)論。CF(Hi，Ei)是該條知識的可信度，稱為可信度因子(Certainty Factor)或規(guī)則強(qiáng)度。(可信度是對事物為真的相信程度的一個量化表示，其初始值由領(lǐng)域?qū)＜掖_定，閾值范圍為-1～1)。λ是閾值，它對相應(yīng)知識的可應(yīng)用性規(guī)定了一個限度，只有當(dāng)前提條件Ei的可信度CF(Ei)達(dá)到或超過這個限度，即CF(Ei)≥λ時，相應(yīng)的知識才有可能被應(yīng)用。ωi (i=1，2，…，n)是加權(quán)因子，ωi是閾值，其值均由領(lǐng)域?qū)＜医o出[9]。

條件信息：：=

結(jié)論信息：：=

學(xué)習(xí)者規(guī)則信息：：=

3.2 個性化學(xué)習(xí)Agent的功能結(jié)構(gòu)

個性化學(xué)習(xí)策略的實現(xiàn)建立在群Agent技術(shù)上，是一種特殊的移動，一般情況下需要特定上下文運行[3]。移動（多）運行期間在虛擬機(jī)之間遷移，不需要中止程序的執(zhí)行。該模型中應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器擁有移動（多）運行所需的運行上下文，在運行上下文移動（多）可以執(zhí)行任何合法的動作。采用Agent實現(xiàn)的個性化學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

管理Agent負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的管理工作，包括用戶的加入、登錄，處理交互、協(xié)作信息、分析行為、上傳下達(dá)等事務(wù)。教學(xué)Agent和存儲在數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的整體知識結(jié)構(gòu)模型、學(xué)習(xí)主體個性知識結(jié)構(gòu)模型相結(jié)合，實現(xiàn)教學(xué)中的教師模型[6]；學(xué)習(xí)Agent和存儲在數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)的學(xué)習(xí)主體個性知識結(jié)構(gòu)模型相結(jié)合，實現(xiàn)教學(xué)中的學(xué)生模型；協(xié)作Agent實際上是由參與協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者與網(wǎng)絡(luò)終端計算機(jī)進(jìn)行交互后，形成協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent。協(xié)作Agent根據(jù)協(xié)作學(xué)習(xí)者（學(xué)生模型）中提供的關(guān)于學(xué)習(xí)者的個人特點，按照一定策略，如學(xué)習(xí)水平、思維方式傾向等劃分而成的；通信Agent按規(guī)定的協(xié)議上傳或下達(dá)教與學(xué)過程中信息，完成各種教與學(xué)活動（移動）和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的通信。

教學(xué)Agent和學(xué)習(xí)Agent結(jié)合實現(xiàn)與學(xué)習(xí)主體的個性化教與學(xué)。協(xié)作Agent分配任務(wù)時，按照協(xié)作學(xué)習(xí)小組Agent的對外特性來確定任務(wù)的分配方式，并將任務(wù)具體到協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent，由學(xué)習(xí)者Agent具體實施或通過協(xié)作完成任務(wù)。管理Agent中的行為分析功能用來確定教與學(xué)事務(wù)的類型（教學(xué)、學(xué)習(xí)、協(xié)作等），并對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為（如認(rèn)知特征、操作方式等）和知識結(jié)構(gòu)動態(tài)分析，將其結(jié)果通過“上傳下達(dá)”操作提交應(yīng)用服務(wù)器，以便處理該學(xué)習(xí)個體的下一個活動指令。

3.3 Agent的實現(xiàn)技術(shù)與策略

目前，研制開發(fā)多Agent應(yīng)用系統(tǒng)可以采納CORBA(Common Object Request Broker Architecture，公共對象請求體系結(jié)構(gòu))、DCOM(Distributed Component Object Model，分布式組件對象模型)、Java RMI(Remote Method Invocation，遠(yuǎn)程方法調(diào)用)等多種分布式對象構(gòu)件技術(shù)。由于CORBA是一種開放的分布式對象計算框架標(biāo)準(zhǔn)，其不僅內(nèi)置了“軟件總線”，可方便地實現(xiàn)不同程序之間的通信，而無須考慮這些程序的設(shè)計方式、編程語言和運行平臺，而且提供了一種“即插即用”的軟件環(huán)境，能夠自動地完成許多一般性的編程任務(wù)，如對象的注冊、定位、激活，請求的分發(fā)和異常處理等。同時，CORBA中的接口定義語言IDL還提供了到Java、C++、Smalltalk等語言的映射，可以方便地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上不同平臺的對象相互之間的交互。因此，實現(xiàn)基于Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的最佳方案是采用CORBA與Java的相結(jié)合技術(shù)，并采用三層客戶／服務(wù)器模式，即：

⑴ 用戶界面層。即基于瀏覽器的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)用戶界面，使用普通的瀏覽器。Web瀏覽器作為客戶層，提供圖形用戶界面，負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互。它通過Http協(xié)議從應(yīng)用層的Web服務(wù)器下載超文本頁面，同時下載并執(zhí)行內(nèi)嵌在頁面中的Java Applet。這些Java Applet中CORBA客戶對象通過內(nèi)部通信機(jī)制同應(yīng)用服務(wù)器中有關(guān)教學(xué)Agent對象進(jìn)行互操作，教學(xué)Agent對象封裝了相關(guān)的操作，它們之間通過內(nèi)部協(xié)議彼此通信，并能夠訪問數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)庫對象，以協(xié)同完成客戶請求。

⑵ 管理服務(wù)器層。由傳統(tǒng)的Web服務(wù)器、管理信息庫和應(yīng)用網(wǎng)關(guān)組成。CORBA和Http組成的中間層幾乎可以由任何一種服務(wù)器平臺來支持。CORBA對象作為一個中間層應(yīng)用服務(wù)器，將業(yè)務(wù)邏輯封裝起來。同時，服務(wù)器端的CORBA對象還能與其它使用CORBA的客戶或服務(wù)器交互。

⑶ 數(shù)據(jù)層。是CORBA對象能訪問的所有數(shù)據(jù)庫，包括系統(tǒng)所用到的所有數(shù)據(jù)及知識庫。

個性化學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)模型中的通信應(yīng)用程序采用組件技術(shù)開發(fā)，實現(xiàn)分布式系統(tǒng)中的通信編碼與解碼、前臺與后臺數(shù)據(jù)庫的連接等功能。這種數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)與以往的ADO/ASP技術(shù)相比，具有7個主要優(yōu)點：減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、減小網(wǎng)絡(luò)時延、支持協(xié)議封裝、異步和自治執(zhí)行、動態(tài)適應(yīng)、自然異構(gòu)以及健壯性和錯誤容忍等。個性化學(xué)習(xí)策略以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)[6]，依靠教學(xué)實現(xiàn)。系統(tǒng)針對某個在線學(xué)習(xí)者，教學(xué)通過管理的分析后提交的教學(xué)指令，獲取相應(yīng)課程知識結(jié)構(gòu)圖中的相關(guān)結(jié)點的內(nèi)容，如教學(xué)的概念、原理、方法、公式、問題、問題解讀、試題、答案，以及這些內(nèi)容的表達(dá)

方式、教學(xué)策略等[8]。在學(xué)習(xí)者與系統(tǒng)交互的過程中，管理不斷分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為，并與教學(xué)、學(xué)習(xí)的協(xié)調(diào)，即可動態(tài)調(diào)整或擴(kuò)張該學(xué)習(xí)者的個性化知識結(jié)構(gòu)圖，使其個性化的知識得到新的建構(gòu)，同時更新數(shù)據(jù)庫中的學(xué)生模型數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

基于多Agent技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)具有以下主要特征：⑴學(xué)生無需按照系統(tǒng)設(shè)計者的預(yù)定教學(xué)序列學(xué)習(xí)，教學(xué)序列是學(xué)習(xí)過程中優(yōu)化產(chǎn)生的；本文來自范文中國網(wǎng)fw789.com。⑵能提供具有智能性、自主性的Agent服務(wù)，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和學(xué)習(xí)興趣，根據(jù)其學(xué)生水平智能調(diào)整課程難度，這樣可最大限度挖掘每個人的潛力，從而能夠有效地指導(dǎo)學(xué)生更好地學(xué)習(xí)；⑶對于教師來說，能夠減少重復(fù)勞動，準(zhǔn)確把握學(xué)生對知識點的掌握情況，有針對性地進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)，提高教學(xué)效率。

當(dāng)然，基于多Agent技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)尚處于研究和實驗開發(fā)階段，相關(guān)領(lǐng)域的研究工作還有待進(jìn)一步深化，相信在不久的將來，更多符合中國國情、符合未來學(xué)習(xí)模式的人性化遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)必將開發(fā)成功。

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篇10

關(guān)鍵詞:智能CAI、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、遠(yuǎn)程教育、智能教學(xué)系統(tǒng)

伴隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)以及多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展,教育領(lǐng)域正在經(jīng)歷一場深刻的、全方位的變革。主要體現(xiàn)在計算機(jī)輔助教育系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。所謂計算機(jī)輔助教育(Computer Based Education),簡稱CBE,即指以計算機(jī)為主要媒介的教育教學(xué)活動。CBE在教學(xué)中的應(yīng)用形式一般為CAI或智能CAI(ICAI)系統(tǒng)。

1現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育與基于Web的智能CAI系統(tǒng)

1.1現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育及其特點

遠(yuǎn)程教育(Distance Education)是指利用各種媒體所進(jìn)行的非面對面教育。而現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育則是憑借現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與運用多媒體技術(shù)所進(jìn)行的遠(yuǎn)距離教育。[2]基于網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育具有以下的基本特點:

(1) 教與學(xué)不受時空地域限制。以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),運用多種媒體表現(xiàn)課程內(nèi)容,實現(xiàn)異地教學(xué)。

(2) 具有較好的互動性。師生之間可以互動交流,教師通過網(wǎng)絡(luò)答疑解惑。

(3) 節(jié)約資源,降低教學(xué)成本。利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué),無需場地、教室還可以減少教學(xué)管理人員,因此大為降低成本。

1.2基于Web的智能CAI系統(tǒng)

因為現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育在學(xué)習(xí)模式上最直接地體現(xiàn)了現(xiàn)代教育和終身教育的基本要求。所以,如何利用現(xiàn)代教育技術(shù)更好地實施遠(yuǎn)程教育便成為亟需解決的問題。目前,隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展普及,構(gòu)建基于Web的智能CAI系統(tǒng)并應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育不失為一種很好的方法。基于Web的智能CAI(以下簡稱ICAI)系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為載體,實現(xiàn)了智能化分布式教學(xué)。既提高了資源利用率,又不受時空和地區(qū)限制,特別是能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)識水平和學(xué)習(xí)情況確定教學(xué)策略、調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度,實現(xiàn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

2基于Web的開放式智能化遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

由于廣播電視大學(xué)屬于遠(yuǎn)程開放式教學(xué),學(xué)員僅有幾次面授輔導(dǎo)機(jī)會,課程學(xué)都依靠網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí),因此,迫切需要具有良好交互性的智能化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)。為更好地進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、積極性,提高教學(xué)質(zhì)量,筆者設(shè)計了一個實用智能型CAI遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)以“多媒體技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用”課程為實例進(jìn)行開發(fā),該系統(tǒng)具有交互功能、即時反饋功能、導(dǎo)航功能、信息過濾功能。并能針對不同能力與水平的學(xué)生實現(xiàn)個別化教學(xué),即因材施教。系統(tǒng)為開放式模塊化框架結(jié)構(gòu),可拼裝、可拆卸,可根據(jù)需要添加功能模塊,可以改變課程內(nèi)容以適應(yīng)不同課程教學(xué)的需要。下面就本系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)作一介紹。

2.1系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)建立在第三代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)模型(The 3th Generation Distance Learning Model,簡稱3GDL)的理論基礎(chǔ)之上,以網(wǎng)絡(luò)作為載體,綜合人工智能(專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)倉庫)、教育心理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等多門學(xué)科的知識,利用計算機(jī)模擬教學(xué)專家的思維,對教師提供協(xié)作式教學(xué)、對學(xué)生實施開放式學(xué)習(xí)的智能化教學(xué)過程。設(shè)計符合ICAI系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu),即由知識庫模塊以及系統(tǒng)管理員模塊、教師模塊、學(xué)生模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

(1) 系統(tǒng)管理員模塊。該模塊包括:系統(tǒng)權(quán)限管理、教師審核、公告管理等子模塊。

(2) 學(xué)生模塊。主要包括:課件學(xué)習(xí)模塊、提交作業(yè)模塊、考試模塊和在線交流四個子模塊。本系統(tǒng)建立的學(xué)生模塊采用的是具有學(xué)習(xí)歷史記錄的方法。對某學(xué)生已學(xué)習(xí)過的所有知識點,通過其所作過的練習(xí)題分類計算以下幾個平均值:

P=已做過的所有練習(xí)題得分的平均值;

Pj=已做過的所有難度為“簡單”的練習(xí)題得分的平均值;

Pi=已做過的所有難度為“較難”的練習(xí)題得分的平均值;

Pe=已做過的所有難度為“很難”的練習(xí)題得分的平均值。

根據(jù)這些信息建立學(xué)生檔案,并錄入“學(xué)習(xí)歷史記錄表”?？梢詫崿F(xiàn)個別化教學(xué),還可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況動態(tài)地修改,學(xué)生在進(jìn)行新知識學(xué)習(xí)時,系統(tǒng)要對其以往的學(xué)習(xí)歷史有一個評估測試,根據(jù)評估值確定學(xué)生學(xué)習(xí)新知識內(nèi)容的難易程度,使新知識內(nèi)容與學(xué)生的學(xué)識水平相匹配。本系統(tǒng)以各章練習(xí)的成績做為評估值,生成教學(xué)策略。各章習(xí)題類型有單項選擇、多項選擇、填空、簡答、操作等,分值和數(shù)目不定,難度不等,總分為100分。根據(jù)每題的難易程度、考查的不同知識點分配權(quán)值并在“題庫表”中的“權(quán)值”字段分配,這樣統(tǒng)計的分?jǐn)?shù)能較科學(xué)的反映學(xué)生的知識水平。系統(tǒng)學(xué)生模塊的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫的各個表中,例如:“學(xué)生信息表”記錄基本信息;“學(xué)生答案表”記錄學(xué)生的練習(xí)答案及所做練習(xí)題的正誤;“學(xué)生習(xí)題錯誤表”記錄學(xué)生的錯誤知識點及錯誤次數(shù);“點擊次數(shù)表”記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)次數(shù)等。

(3) 教師模塊。本系統(tǒng)教師模塊主要功能是根據(jù)學(xué)生模塊和知識庫模塊的教學(xué)策略知識作出智能化的教學(xué)決策并完成智能導(dǎo)航。包括4個子模塊,即課件管理、作業(yè)管理、考試管理、在線交流。系統(tǒng)可以及時收集學(xué)生的應(yīng)答信息,并加以分析處理,評判學(xué)生的成績;為不同學(xué)生選擇不同的教學(xué)內(nèi)容,分析學(xué)生出錯原因,判斷并標(biāo)志出學(xué)生當(dāng)前能夠?qū)W習(xí)的知識點;還可以提供有針對性的個別輔導(dǎo)和適當(dāng)?shù)难a(bǔ)習(xí)材料等。

(4) 知識庫模塊。知識庫包括兩部分知識,一是教學(xué)知識;二是教學(xué)策略知識。其中教學(xué)知識構(gòu)造為總體線性、局部非線性的結(jié)構(gòu)?？傮w線性結(jié)構(gòu)是按照課程的知識結(jié)構(gòu)組織的。教學(xué)知識以超文本文件形式存放,供學(xué)生學(xué)習(xí)、查詢。“多媒體技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用”課教學(xué)內(nèi)容共有6章26節(jié),按照章、節(jié)劃分知識點層次結(jié)構(gòu)是線性的,從節(jié)的層次開始是非線性的,學(xué)生可并行選擇學(xué)習(xí)的內(nèi)容,即節(jié)中的內(nèi)容包含一個以上的超鏈接。形成教學(xué)策略的知識以數(shù)據(jù)庫中表的形式存放,如:“知識點邏輯關(guān)系表”記錄整個課程各知識點之間的邏輯關(guān)系,為構(gòu)成不同的教學(xué)策略使用。

2.2系統(tǒng)功能及其實現(xiàn)

本系統(tǒng)是服務(wù)器端執(zhí)行的應(yīng)用系統(tǒng),在客戶端只需運行瀏覽器軟件,就可以完成所有的應(yīng)用、處理過程。

(1) 系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)。

系統(tǒng)前臺設(shè)計使用Dreamweaver8;Flash8;Fireworks8,后臺設(shè)計使用Microsoft Visual Studio2008以及C#程序設(shè)計語言,數(shù)據(jù)庫構(gòu)建采用SQL Server2005。

(2) 系統(tǒng)功能。

① 學(xué)習(xí)向?qū)Чδ堋Ｔ摴δ苤饕菍W(xué)生的學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行全面的量化評定,給出適當(dāng)建議。學(xué)生每次進(jìn)入系統(tǒng)時應(yīng)首先進(jìn)入此模塊,了解自己的學(xué)習(xí)狀況,查看系統(tǒng)建議,以便選擇下一步學(xué)習(xí)內(nèi)容,從而科學(xué)地進(jìn)行學(xué)習(xí)。系統(tǒng)能夠統(tǒng)計學(xué)生學(xué)習(xí)了哪些章節(jié),已做章節(jié)練習(xí)所獲得的分?jǐn)?shù)并以列表的形式顯示。

② 學(xué)習(xí)功能。系統(tǒng)學(xué)習(xí)功能模塊可自行統(tǒng)計出各章節(jié)學(xué)生已做練習(xí)的分?jǐn)?shù),然后據(jù)此確定哪些章節(jié)是該學(xué)生可以學(xué)習(xí)的,并顯示提示信息。如果某章節(jié)學(xué)生已做練習(xí)的分?jǐn)?shù)未達(dá)到要求,則屏蔽其后各個章節(jié),使該生無法進(jìn)入。學(xué)習(xí)功能主要以目錄和搜索方式實現(xiàn)。

③ 練習(xí)功能。練習(xí)模塊是形成學(xué)生模型的主要依據(jù)。練習(xí)題題型有:單選題、多選題、填空題、判斷題、操作題。學(xué)生可任做某章的習(xí)題,系統(tǒng)把學(xué)生的答案保留在“學(xué)生答案表”中,系統(tǒng)將其與題庫表中的正確答案進(jìn)行比較,判斷正誤,記錄錯題數(shù)目以及習(xí)題錯誤次數(shù),并把結(jié)果顯示出來。

在題庫表中,系統(tǒng)對所有習(xí)題都有標(biāo)注,已做過的題給出分?jǐn)?shù),未做的題標(biāo)注“未做”。題庫中的每題都涉及一個或幾個知識點,所以,若某題錯誤,系統(tǒng)到“錯誤知識點表”中去查看這些知識點是第幾次錯。當(dāng)某知識點錯誤是第一次,則知識點為超鏈接形式顯示。當(dāng)某知識點錯誤二次時,系統(tǒng)會打開“知識點解釋表”,給出此知識點的從不同于教學(xué)內(nèi)容的另一角度的解釋舉例。當(dāng)某知識點錯誤三次時,系統(tǒng)會打開“知識點邏輯關(guān)系表”,查找到此知識點的上位知識點,以超鏈接形式顯示。以便幫助學(xué)生了解錯誤原因,掌握該知識并對錯誤加以改正。當(dāng)某知識點錯誤次數(shù)大于等于四次時,系統(tǒng)給出建議,請重新學(xué)習(xí)全章或全節(jié)的內(nèi)容。

④ 測試功能。主要是自測試和考試部分,在系統(tǒng)中包括了安全可靠的組卷功能、自動閱卷功能和試題庫。利用測試功能,系統(tǒng)可進(jìn)行各章或全部內(nèi)容的測試,可以隨機(jī)組卷。學(xué)生任選某一試卷后,即可進(jìn)行答題,單擊“提交”按鈕后,系統(tǒng)會立即統(tǒng)計并顯示成績。成績的顯示以列表給出題號、學(xué)生答案、正確答案、正確答案解釋四項內(nèi)容,正確答案解釋一項為超鏈接形式,點中會顯示詳細(xì)的答案解釋。而且,可以選擇限時答卷方式,利用系統(tǒng)定時功能,當(dāng)時間到,停止答題,自動提交。

⑤ 課程討論區(qū)。系統(tǒng)設(shè)置了課程討論區(qū),實現(xiàn)討論與答疑功能,能夠支持教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的多模式交流(實時、非實時)形式,為網(wǎng)絡(luò)教育提供了真正的人與人直接交流的通道。學(xué)生與學(xué)生之間可以在討論區(qū)進(jìn)行交流,從而實現(xiàn)了學(xué)習(xí)者的交互。另外,教師還可以利用課程討論區(qū)定期或不定期地通過發(fā)帖來答疑解惑,彌補(bǔ)學(xué)生自學(xué)的不足,為師生交流提供方便。

⑥ 相關(guān)鏈接。學(xué)習(xí)者通過相關(guān)鏈接可以進(jìn)入其他學(xué)習(xí)網(wǎng)站或娛樂網(wǎng)站,以便學(xué)習(xí)相關(guān)知識或者在學(xué)習(xí)后稍事休息。

3應(yīng)用實例

開放式智能化遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于天津廣播電視大學(xué)河西分校的“多媒體技術(shù)及應(yīng)用”課程的教學(xué)過程。學(xué)生可以在任何地方任何時間通過網(wǎng)絡(luò)利用本系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí),首次進(jìn)入系統(tǒng)需要注冊,否則只需輸入學(xué)號、密碼登錄。進(jìn)入系統(tǒng)之后,可以根據(jù)需要選擇不同功能模塊。建議首先進(jìn)入學(xué)習(xí)向?qū)?閱讀系統(tǒng)提示和建議,然后再進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)。當(dāng)然,也可以直接進(jìn)入課件界面學(xué)習(xí)。學(xué)完一節(jié)內(nèi)容后,一般應(yīng)通過做作業(yè)或隨機(jī)測試來檢驗知識掌握的程度,當(dāng)完成測試題之后系統(tǒng)將給出成績,系統(tǒng)還將答題情況和結(jié)果進(jìn)行記錄并判斷學(xué)生是否可進(jìn)行下一步學(xué)習(xí)。如果在學(xué)習(xí)中遇到疑難問題,可以利用課程討論區(qū)進(jìn)行師生之間或?qū)W生之間的定時、不定時在線交流。目前,本系統(tǒng)使用情況正常,獲得學(xué)生好評。

4結(jié)語

本系統(tǒng)的特點是:支持多學(xué)科、多課程,在協(xié)作的基礎(chǔ)上,達(dá)到教學(xué)資源的交流、協(xié)作、互補(bǔ)、信息共享的目的。能使教師以簡單靈活的方式組織教學(xué)材料,通過網(wǎng)絡(luò)從視覺、聽覺、書面等多角度把相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容以最佳的表現(xiàn)方式展現(xiàn)給學(xué)生。能夠使教師做到因材施教、使學(xué)生能按需求學(xué),從而在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境下大幅度提高教師授課質(zhì)量以及學(xué)生學(xué)習(xí)的效率,而且可以節(jié)約教學(xué)資源。本系統(tǒng)特點之二是:開放式模塊化框架結(jié)構(gòu),可拼裝,可拆卸,能夠改變課程內(nèi)容以適應(yīng)不同課程的教學(xué),還可以根據(jù)各個學(xué)校各門課程的不同需要增加相應(yīng)的功能模塊。以滿足實際教學(xué)的要求。而且,系統(tǒng)配置移植比較方便,具有一定的推廣價值。

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The Design and Realization of the Open Type Intelligence Long Range Teaching System

SHAN Hong

(Department of Computer Science, Officers and workers’ University of Hexi District, Tianjin 300203, China)