職業(yè)教育論文-智能輔助教學(xué)系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)與展望 .doc

職業(yè)教育論文-智能輔助教學(xué)系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)與展望摘要：近年來，智能輔助教學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)成為國內(nèi)教育技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，本文首先闡述了智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展歷程，其次對(duì)智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的模型進(jìn)行了構(gòu)建，再次預(yù)測了智能教學(xué)系統(tǒng)的未來趨勢，最終指出這個(gè)有著誘人發(fā)展前景的領(lǐng)域，值得人們進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)。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(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)以智能，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在一定程度上代替教師實(shí)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，BoltNeranekNewman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(shí)應(yīng)用人工智能技術(shù)在計(jì)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(píng)測的系統(tǒng)很少。最近幾年則發(fā)展較快，一些計(jì)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(duì)我國的教育改革起到積極的推動(dòng)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(duì)大量知識(shí)進(jìn)行選擇、判斷與處理，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更有針對(duì)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(gè)模塊：1知識(shí)庫作為智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分，知識(shí)庫主要提供一個(gè)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(gè)學(xué)科知識(shí)提供規(guī)范的知識(shí)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(shí)體系，使各類知識(shí)應(yīng)用能夠有一個(gè)好的開發(fā)和集成基礎(chǔ)。另外，核心的教學(xué)領(lǐng)域知識(shí)將被分解為相互聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)，形成知識(shí)樹，提供可視化的、操作性好的知識(shí)樹編輯界面，方便教師將教學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)輸入到知識(shí)庫。例如，有的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中的知識(shí)庫，是從知識(shí)表示入手，在SC文法知識(shí)表示體系和知識(shí)樹映射方法的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、自適應(yīng)、交互式知識(shí)庫模型。模型包括基于SC文法的知識(shí)點(diǎn)表示方法、知識(shí)樹結(jié)構(gòu)、知識(shí)樹映射、知識(shí)點(diǎn)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(shí)例化設(shè)計(jì)和運(yùn)用，可以表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)教/學(xué)、領(lǐng)域無關(guān)、人機(jī)交互、自適應(yīng)、個(gè)別化、可擴(kuò)展等智能特點(diǎn)。2學(xué)生模型學(xué)生模型就是用于表示學(xué)生實(shí)際認(rèn)知狀況，并通過解釋學(xué)生的活動(dòng)得出他對(duì)領(lǐng)域知識(shí)和技能的掌握情況。系統(tǒng)中每個(gè)學(xué)生有唯一的ID標(biāo)識(shí)，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(shí)現(xiàn)在于如何動(dòng)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(shí)樹模型來表示學(xué)生對(duì)領(lǐng)域知識(shí)的掌握情況。例如，可以設(shè)學(xué)習(xí)中的整個(gè)領(lǐng)域知識(shí)樹為DKT；學(xué)生已學(xué)習(xí)過的知識(shí)樹為SKT，未學(xué)過的知識(shí)樹為SNKT；學(xué)生已掌握的知識(shí)樹為GKT，未掌握的知識(shí)樹為GNKT。則SNKT=DKT-SKT、GNKT=SKT-GKT，如果SNKT和GNKT皆為空時(shí)，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(shí)，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(jí)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(diǎn)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(duì)于每一個(gè)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(yàn)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(yàn)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(chǔ)；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(shí)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(cè)外，還實(shí)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(duì)話內(nèi)部處理、知識(shí)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(shí)現(xiàn)協(xié)商、辯論、會(huì)話等教學(xué)形式的應(yīng)用提供了一個(gè)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(jì)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智能代理技術(shù)的應(yīng)用智能代理技術(shù)是能自動(dòng)執(zhí)行用戶委托任務(wù)的計(jì)算實(shí)體，從技術(shù)的角度來看，智能代理技術(shù)應(yīng)當(dāng)是由各種技術(shù)支撐著的，許多實(shí)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(jià)值，從而達(dá)到能自動(dòng)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)生可以使用智能代理技術(shù)進(jìn)行搜索、導(dǎo)引來查詢有效知識(shí)。由于它具備學(xué)習(xí)的功能，能夠主動(dòng)、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(shí)選取效率，加強(qiáng)交互學(xué)習(xí)和自主能動(dòng)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(shí)信息處理中的核心課題。長期以來人們對(duì)計(jì)算機(jī)理解自然語言頗感興趣，計(jì)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(jì)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(duì)輸入文本的反映作為衡量計(jì)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(yùn)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(shí)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(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)知識(shí)庫的知識(shí)查找和知識(shí)利用；利用機(jī)器翻譯技術(shù)，可以開展跨語言的知識(shí)學(xué)習(xí)。3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是由多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)以及計(jì)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(shí)體驗(yàn)和基于自然技能的人機(jī)交互。而教學(xué)是一個(gè)傳授知識(shí)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(shí)，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(yàn)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(shí)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(gè)部分接觸，為增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)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(gè)被動(dòng)地記錄外界信息的過程，而是一個(gè)主動(dòng)建構(gòu)的過程。它要求學(xué)生由外部刺激的被動(dòng)接受者和知識(shí)的灌輸對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓庸さ闹黧w、知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)者。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，主動(dòng)地選擇一些信息，忽視一些信息，并運(yùn)用原有的經(jīng)驗(yàn)和具體情況去理解新的信息。現(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(shí)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(dòng)性，更能滿足學(xué)生的個(gè)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(shí)踐的系統(tǒng)則更少，這個(gè)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(jì)。參考文獻(xiàn)：1莫贊等智能教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展與前瞻J計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002，（6）：7-82肖雯人工智能技術(shù)在計(jì)算機(jī)