人工智能的教育應用之研究框架

1、 的教育應用 之 研究框架1人工智能的教育應用 之研究框架AI教育應用的分類智能教學系統(tǒng)及其發(fā)展AI教育及其現(xiàn)狀機器人教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)AI的教育應用之研究框架2人工智能教育應用的分類人工智能的教育應用3什么是“人工智能”人工智能（Artificial Intelligence: AI）是研究運用計算機模擬和延伸人腦功能的綜合性學科是計算機科學的一個分支,也是一門交叉和邊緣學科人工智能研究處于信息技術發(fā)展的前沿，它的研究和應用在一定程度上反映了信息技術的發(fā)展方向。教育信息化是教育領域全面、深入地運用IT來促進教育改革的過程，新世紀教育信息化的風起云涌呼喚AI的教育與應用。4AI的教育應用之類型

2、從應用對象看，“計算機的教育應用”包括（3L）：學習計算機 (Learn about computer)；用計算機學習(Learn with computer)；從計算機學習(Learn from computer)。同理，“AI的教育應用”包括：學習AI(Learn about AI) 把AI作為學習對象，內容包括AI的基礎知識、基本技能及其對社會的影響等。用AI學習(Learn with AI) 學生把AI技術與工具作為學習工具，主要包括用AI來處理信息。從AI學習(Learn from AI) 教師把AI作為一種輔助的教學工具來輔助教學、輔助測試、輔助備課、管理教學等工作。5智能教學系統(tǒng)

3、及其發(fā)展 AI在教育中的主流應用人工智能的教育應用6智能教學系統(tǒng)及其特征智能教學系統(tǒng)是借助人工智能技術，讓計算機扮演教師的角色實施個別化教學，向不同需求不同特征的學習者傳授知識、提供指導的一種適應性學習支持系統(tǒng)。就本質上看，以下系統(tǒng)是相同的：ITS，Intelligent Tutoring System ICAI，Intelligent Computer-Assisted InstructionIIS，Intelligent Instruction SystemAIS，Adaptive Instructional Systems 智能教學系統(tǒng)的特征：能了解學生的學習情況能進行有針對性的教學可以

4、用自然語言交互學生模型教師模型智能接口7ITS系統(tǒng)的組成教師模型相當于專家系統(tǒng)的推理機ITS 也稱為 教學專家系統(tǒng)8ITS的國際研討會屆時間地點論文數(shù)7thAugust 30-Sept. 3, 2004Maceio, Alagoas, Brazil796thJune 2-7, 2002Biarritz, France andSan Sebastian, Spain985thJune 19-23, 2000Montreal, Canada674thAugust 16-19, 1998San Antonio, Texas, USA653rdJune 12-14, 1996Montreal, Can

5、ada752ndJune 10-12, 1992Montreal, Canada781st1988Montreal, Canada9ITS國際研討會的論文主題 10ITS實例： ADELE作者：美國南加利福尼亞大學信息科學學院功能：臨床醫(yī)學診斷的教學由模擬角色、解釋引擎、會話管理器三部分組成，可以利用因特網(wǎng)進行遠程教學。基于病例的臨床診斷： 系統(tǒng)向學生提供某一特殊的醫(yī)學條件和病例，讓學生通過練習和ADELE系統(tǒng)適當?shù)囊龑韺W習臨床醫(yī)學知識。 ADELEAgent for Distance EducationLight Edition11ITS實例：ZZ智能教學系統(tǒng)由中科院張景中院士主持開發(fā)的智

6、能教育系列軟件，包括初中代數(shù)、三角函數(shù)、解析幾何、立體幾何、初中物理、初中化學等多個軟件?；竟δ?能夠進行智能解題、人機交互、自動推理和動態(tài)作圖。該軟件已經(jīng)通過審定并作為教育部推薦軟件列入中小學教材圖書目錄。12ITS的發(fā)展：智能代理 代理（Agent）一種具有智能的實體,它具有自主性、反應性、適應性和社會性等基本特性。教師代理 運用自身的推理機制，在了解學生實際情況的前提下，產(chǎn)生恰當?shù)慕虒W策略。學生代理 充當學習者的學習伙伴或知心朋友，與學習者進行平等的討論、交流。實現(xiàn)智能化信息服務 可以充分發(fā)揮其主動性、智能性和協(xié)作性，為用戶提供方便簡單的信息搜索、處理手段，提高學習者的信息獲取、處理能

7、力。13ICAI的發(fā)展：知識庫系統(tǒng) 任務: 存儲記憶全部智能檢索所需要的知識，并利用知識庫的知識推導出新的知識?；竟δ埽?能理解自然語言，允許用自然語言提出各種詢問。具有較強的聯(lián)想能力，能根據(jù)對需求的大致描述找到有關知識。具有推理能力，能根據(jù)存儲的知識，演繹出所需的答案。具有較強的知識獲取能力，并具有自學功能。 目前的研究側重于知識檢索，即智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目的：提高對網(wǎng)上信息的管理和檢索能力熱點：數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘 14ITS的發(fā)展趨勢自組織與個性化的信息系統(tǒng)新的人工智能研究趨勢 New AI: Toward Self-Organizing and Personalized Inform

8、ation Systems 克勞斯.邁因策爾（德國奧克斯堡大學跨學科信息科學研究所所長）現(xiàn)代社會最能被預見到的特質就是它的不可預見性。 杜德斯達（美國密西根大學前校長）15ITS的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代學習理論的應用將現(xiàn)代學習理論用于ITS，可以激發(fā)學生的學習興趣和學習主動性，為學生建構知識提供有效的信息，滿足學生個性化學習的需求。智能代理技術的應用智能代理技術是由各種技術支撐著的，許多實用的應用特性的集合，系統(tǒng)正是利用這些特性來擴展并達到能自動執(zhí)行用戶委托任務的目的。自然語言處理技術的應用通過自然語言人機接口更加方便地進行人機交互；實現(xiàn)知識點之間的層次關系和復雜的語義聯(lián)系；技術實現(xiàn)知識的查找和利用；

9、進行跨語種的知識學習。虛擬現(xiàn)實技術的應用虛擬現(xiàn)實技術是多媒體技術的最新發(fā)展，在ITS中，可以通過在虛擬環(huán)境中的親身體驗，來達到演示、操作的教學目的，也為增強學生的學習實踐提供了方便、高效的途徑。16人工智能教育及其發(fā)展 以我國高中新課程為例人工智能的教育應用17普通高中新課程概況18多媒體技術應用 算法與程序設計數(shù)據(jù)管理技術 網(wǎng)絡技術應用 人工智能初步 信息技術基礎高中信息技術 新課程的構成必修（2學分）:選修(2+X學分):信息獲取信息加工與表達信息資源管理信息技術與社會1 2 3 4 519人工智能教育對于信息素養(yǎng)培育的重要作用 對多種思維方式的培養(yǎng)和信息素養(yǎng)的綜合鍛煉求解結構化問題的傳統(tǒng)

10、程序算法數(shù)據(jù)結構求解非結構化、半結構化問題的人工智能程序知識推理體驗人類專家解決復雜問題的思路，提高學生的邏輯思維能力 Jonassen認為：那些自行設計專家系統(tǒng)的學生將會在這種活動中受益匪淺，因為這是一個對所學知識進行深度加工的過程。 了解信息技術發(fā)展的前沿，激發(fā)對信息技術未來的追求 20高中教材: 人工智能初步第1章 初識人工智能1.1什么是人工智能1.2人工智能可以為我們做什么第2章 了解人工智能語言2.1了解Prolog2.2使用Prolog2.3人工智能語言第3章 用計算機表示知識3.1知識及其類型3.2知識表示入門3.3知識表示的常用方法第4章 用計算機推理4.1 什么是專家系統(tǒng)4

11、.2 專家系統(tǒng)如何工作4.3 如何開發(fā)專家系統(tǒng)第5章 用智能搜索解決問題5.1 可以通過搜索求解的問題5.2 窮舉式搜索5.3 啟發(fā)式搜索與博弈第六章 人工智能的發(fā)展與未來6.1 人工智能的發(fā)展6.2 人工智能的未來張劍平主編教育科學出版社2004高中人工智能教材的比較研究21機器人教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)人工智能的教育應用22機器人的教育價值作為家庭的益智玩具作為幼教工具與傳統(tǒng)的幼教工具相比有較強的交互性，交互形式多樣，不易產(chǎn)生厭煩感?？梢宰尯⒆映袚e綜復雜的探索并促成其全面發(fā)展。作為成人的益智玩具作為學校課外活動的載體教育機器人課外活動的形式：課外興趣小組各種機器人競賽作為基礎教育課程的載體2

12、3機器人教學的基本目標（供討論）知識與技能 了解機器人硬件結構、功能與應用等方面的基本知識；具備開展機器人活動的基本能力。過程與方法 能夠規(guī)劃、拼裝簡易機器人、進行相應程序編寫, 能進行機器人的使用和維護。態(tài)度、情感與價值觀 培養(yǎng)對人工智能技術的興趣； 認識到智能機器人對社會進步與經(jīng)濟發(fā)展的作用；有應用機器人、參加機器人競技活動的意識 。24機器人教育現(xiàn)狀3： 教育機器人產(chǎn)品 （據(jù)不完全統(tǒng)計） 25機器人教育面臨的問題教學目標的科學性不強小學、初中、高中機器人教育的教學目標問題教育行政部門的重視不夠目前主要由企業(yè)的積極性推動著相關活動的開展缺乏科學規(guī)劃與教學設計機器人“教材”大多是“產(chǎn)品說明書

13、”或“用戶指南”對于“智能” 概念的使用過于泛化缺少從教育視角進行的研究相關研究涉及多個領域，課題申報的難度較大機器人產(chǎn)品缺少規(guī)范教育機器人品牌繁雜，自成體系，互不兼容，開放度低教育功能完善且性能價格比高的教育機器人產(chǎn)品不多26推進AI&R教育的思考： 關于AI&R教育的研究研究意義為我國中小學開展人工智能與機器人（AI&R）教學提供可操作的教學與學習模式、教學評價方法，推進中小學人工智能與機器人教育的健康發(fā)展探索機器人作為人工智能教育的應用平臺，更好地與基礎教育課程改革相結合。課題指南27中國電化教育2006（12）專題文章：機器人教育：現(xiàn)狀、問題與推進策略開展機器人教學 培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神對

14、機器人學科教學目標與內容的認識 編者按： 隨著基礎教育教育信息化的不斷深入，目前機器人教育已經(jīng)在中小學逐步得到開展。教育部2003年頒布的高中技術課程標準中，把“人工智能初步”和“簡易機器人制作”設為技術領域的選修模塊，意味著我國的人工智能和機器人教育在大眾化、普及化層面上進入了一個新階段。 我國中小學人工智能與機器人教育剛剛起步，就廣大一線教師而言，一些相關問題尚有待進一步實踐和多視角的研究。其中包括：適合小學、初中、高中不同學段學生認知水平的機器人教育教學目標問題、如何為學生選擇合適的機器人產(chǎn)品、機器人教學資源建設問題、機器人教育活動的設計、組織與實施問題、相關的教學評價問題。更進一步，如

15、何將人工智能教育與當前的機器人教育有機結合等問題。為了有助于上述問題的探索，本刊特編發(fā)了下面一組文章。同時，我們還將繼續(xù)關注人工智能與機器人教育實踐與研究的進展，假如你也在進行著相關的探索，歡迎向本刊投稿。28人工智能教育的研究框架人工智能的教育應用29人工智能的教育應用 研究框架學人工智能 走進人工智能的神秘殿堂1、人工智能與高中人工智能課程2、人工智能語言與程序3、知識及其表示4、人機博弈與智能化搜索5、推理技術與專家系統(tǒng)6、機器學習與神經(jīng)網(wǎng)絡7、機器翻譯與自然語言處理8、人工智能的進一步探索教人工智能 課程改革視野中的人工智能1、人工智能教育概述 2、高中人工智能課程的目標與要求3、人工智能課程的國際比較4、人工智能課程的教學設計5、人工智能課程的教學策略6、人工智能課程的教學評價 7、教學平臺與教學案例8、人工智能教學存在的問題與對策 用人工智能 用人工智能技術優(yōu)化教學1、智能教學系統(tǒng)概述2、智能教學系統(tǒng)的結構與技術