教育的信息化科學(xué)化與智能化

教育的信息化科學(xué)化與智能化第1頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一主要內(nèi)容對(duì)教育的理解教育信息化模型與演變E-learning的效率與局限性教育過(guò)程的有效性驗(yàn)證教育的科學(xué)化與智能化將來(lái)的趨勢(shì)與期望第2頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人類與世界獲取知識(shí)記憶知識(shí)利用知識(shí)解決問題實(shí)際世界(人,社會(huì),自然)知識(shí)世界認(rèn)識(shí)和實(shí)踐方法:教+學(xué)+實(shí)驗(yàn)人的模型教育的作用第3頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教育的因素及其關(guān)系教育內(nèi)容教育手段教育者受教育者教育理論教育技術(shù)學(xué)習(xí)理論學(xué)習(xí)技能效果知識(shí)+能力教學(xué)設(shè)計(jì)關(guān)于世界的知識(shí)方法、策略、工具內(nèi)容設(shè)計(jì)+環(huán)境設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)程:復(fù)雜的主動(dòng)過(guò)程狀態(tài)-1:心智+身體狀態(tài)-2:心智+身體教學(xué)設(shè)計(jì)第4頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教育的目的：知識(shí)及能力推理判斷概念表象知覺感覺感覺器官，運(yùn)動(dòng)器官感性知識(shí)及其獲得能力理性知識(shí)以及獲得能力

解決問題的能力環(huán)境描述性知識(shí)與程序性知識(shí)知識(shí)的分類第5頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一解決問題的能力個(gè)人(1)個(gè)人(1)個(gè)人(1)社會(huì)環(huán)境自然環(huán)境利用知識(shí)解決問題:(1)個(gè)人問題:

身體生存

精神感受(2)社會(huì)問題:

人與人之間的關(guān)系和矛盾等(3)自然界問題:現(xiàn)實(shí)與希望之間的差別222333第6頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一如何獲得知識(shí)和能力？教學(xué)內(nèi)容

世界的知識(shí)知識(shí)表示教師工作內(nèi)容設(shè)計(jì):如何編排內(nèi)容環(huán)境設(shè)計(jì):物理的精神的教育實(shí)施教學(xué)手段教育方法，教育策略教育工具學(xué)習(xí)獲取知識(shí)、技能知識(shí)獲取的能力解決問題的能力目標(biāo)支持改進(jìn)學(xué)習(xí)活動(dòng)學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)理論教育活動(dòng)教育方法教育理論教與學(xué)環(huán)境和工具第7頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教育的層次結(jié)構(gòu)教育方法、教育策略教育理論：解釋教育哲學(xué)：應(yīng)該是什么？應(yīng)該如何做？一般哲學(xué)目標(biāo)：學(xué)生獲得知識(shí)和能力學(xué)習(xí)活動(dòng)：主體學(xué)生教學(xué)活動(dòng)：主體教師教和學(xué)的實(shí)際環(huán)境教學(xué)設(shè)計(jì)教育技術(shù)：實(shí)際的對(duì)象具體的教育內(nèi)容、學(xué)生、工具等教育理論：抽象的對(duì)象對(duì)所有對(duì)象所適合的方法和模型。以教育總體為研究對(duì)象以整個(gè)世界為研究對(duì)象教育信息化的主要內(nèi)容第8頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教育信息化國(guó)外也稱為e-learning是一種教育技術(shù)通過(guò)使用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)（InformationandCommunicationTechnology,ICT）來(lái)增強(qiáng)教育的技術(shù)。第9頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教育信息化（e-learning）的內(nèi)容學(xué)期計(jì)劃經(jīng)過(guò)教育的人教育評(píng)估人招生入學(xué)畢業(yè)結(jié)業(yè)學(xué)習(xí)成績(jī)大學(xué)教育過(guò)程教授活動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)課程考核教學(xué)過(guò)程教務(wù)管理教育管理課程計(jì)劃管理改革教學(xué)評(píng)估教學(xué)設(shè)計(jì)N教學(xué)內(nèi)容第10頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教育信息化(e-learning)模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)課件設(shè)計(jì)受教育者內(nèi)容呈現(xiàn)交互反饋教育評(píng)估教育理論教育方法教育研究教育者教育服務(wù)器課件資源教育理論教育方法教育研究信息技術(shù)通信技術(shù)教育研究教育研究教育實(shí)踐教育媒介ICT技術(shù)教學(xué)服務(wù)器替代教師的部分工作提高了教學(xué)效率（是否提高了學(xué)習(xí)質(zhì)量？）完成內(nèi)容傳輸和交互為教育內(nèi)容和教育行為建立模型第11頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一E-learning技術(shù)隨ICT的演變處理技術(shù)表示技術(shù)Data-LevelInformation-LKnowledge-LDataProcessInformationProcess(SQL)MetadataMetadataProcess(XML)KnowledgeProcess(OWL)通信技術(shù)WiredWirelessUbiquitousMobile網(wǎng)絡(luò)技術(shù)BinaryProtocolTCP/IPTextProtocolHttpMetadataProtocolWWWSemanticProtocol數(shù)據(jù)層元數(shù)據(jù)層。。。知識(shí)層次機(jī)器理解知識(shí)處理智能工具網(wǎng)絡(luò)教育移動(dòng)教育普適教育教育語(yǔ)義網(wǎng)第12頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一移動(dòng)教育、普適教育

m-learning,u-learning技術(shù)實(shí)現(xiàn)課件設(shè)計(jì)受教育者內(nèi)容呈現(xiàn)交互反饋教育評(píng)估教育理論教育方法教育研究教育者教育服務(wù)器課件資源教育理論教育方法教育研究教育研究教育研究教育實(shí)踐數(shù)據(jù)表示元數(shù)據(jù)表示多種網(wǎng)絡(luò)類型無(wú)線、移動(dòng)多種類型設(shè)備內(nèi)容訪問任何設(shè)備、任何網(wǎng)絡(luò)、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)訪問第13頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一技術(shù)上的難題北京大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)課件目前使用手機(jī)或PDA無(wú)法瀏覽網(wǎng)絡(luò)課件統(tǒng)一資源訪問：（1）資源制作一次（2）不同設(shè)備都可以訪問該資源；第14頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一解決的基本原理PDA設(shè)備PC機(jī)資源：形式+內(nèi)容資源：內(nèi)容+形式內(nèi)容自適應(yīng)算法制作內(nèi)容形式內(nèi)容形式第15頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一用樹表示整體資源根內(nèi)容結(jié)點(diǎn)所選擇的結(jié)點(diǎn)之間語(yǔ)義相關(guān)較差每種設(shè)備具有特定的屏幕大小和應(yīng)用軟件所選擇的結(jié)點(diǎn)之間應(yīng)該具有可理解的語(yǔ)義關(guān)系如何保證？第16頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一內(nèi)容的表示應(yīng)該含有語(yǔ)義表示結(jié)點(diǎn)：基本概念或已經(jīng)定義的概念表示連接：基本關(guān)系或已經(jīng)定義的關(guān)系本體技術(shù)第17頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一內(nèi)容的表示：從數(shù)據(jù)到知識(shí)數(shù)據(jù)表示使用二進(jìn)制格式數(shù)據(jù)表示內(nèi)容，如doc、ppt文件局限性：計(jì)算機(jī)能處理；人和機(jī)器都無(wú)法理解語(yǔ)義元數(shù)據(jù)表示對(duì)數(shù)據(jù)表示的對(duì)象進(jìn)行信息描述，如文件描述信息局限性：計(jì)算機(jī)可以查詢、統(tǒng)計(jì)；人和機(jī)器可以了解部分信息，但無(wú)法理解具體內(nèi)容。知識(shí)表示（本體表示）對(duì)領(lǐng)域包含的基本概念和基本關(guān)系進(jìn)行規(guī)定和形式化表示---領(lǐng)域本體?；陬I(lǐng)域本體描述具體內(nèi)容。特點(diǎn)：人和機(jī)器都可以了解內(nèi)容，便于機(jī)器理解和智能處理第18頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例子：作業(yè)的知識(shí)表示（參考）課程作業(yè)標(biāo)題題干題肢類型描述內(nèi)容描述問題描述題目集合次級(jí)題目集作業(yè)本體：定義好的概念和關(guān)系語(yǔ)義Web工具：支持本體構(gòu)建；應(yīng)用對(duì)象的描述；應(yīng)用對(duì)象的理解；領(lǐng)域應(yīng)用的判斷和推理包含關(guān)系定義為包含關(guān)系類型題干題肢第19頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教育語(yǔ)義Web代碼行為模塊資源模塊MetadataStandards元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)人工開發(fā)教育應(yīng)用素材自動(dòng)組裝APIInterface教育本體邏輯推理，理解語(yǔ)義第20頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一基于語(yǔ)義web服務(wù)和智能規(guī)劃的

服務(wù)自動(dòng)組裝平臺(tái)可用的基本服務(wù)服務(wù)執(zhí)行裝入教育本體包含領(lǐng)域知識(shí)直接插入已有的服務(wù)輸入需求自動(dòng)組裝產(chǎn)生新的服務(wù)OWL-S描述12345第21頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一基于本體的教育資源搜索引擎

提高查全率和查準(zhǔn)率標(biāo)引處理用戶接口提問處理/檢索匹配教育本體第22頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一基于本體的搜索引擎第23頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一基于本體的移動(dòng)教育平臺(tái)Interface-1Interface-0Interface-nInterface-2Interface-m教育服務(wù)Service系統(tǒng)/子系統(tǒng)DeviceBinding具體設(shè)備用戶界面SemanticWebService教育本體上下文感知組裝不同設(shè)備第24頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

PDA界面

PDA手機(jī)界面第25頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一E-learning認(rèn)知過(guò)程分析感覺器官運(yùn)動(dòng)器官工作記憶中央處理Thinking&Reasoning長(zhǎng)期記憶ComputerComputerNetI/OSoftware+DataCPUNetI/OSoftware+DataCPUComm..ProtocolMetadataKnowledgeProtocolMetadataKnowledgeSemanticWebWebHTTPOutputInput普適計(jì)算:透明的統(tǒng)一訪問OutputInput工作設(shè)備:PC,PDA,手機(jī)…移動(dòng)計(jì)算:任何時(shí)間,任何第點(diǎn)連接人WWWInternet第26頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一大腦中央處理機(jī)工作記憶長(zhǎng)期記憶工作設(shè)備WorldWideWeb傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備，圖書館等E-learning中的認(rèn)知存儲(chǔ)模型內(nèi)部存儲(chǔ)電子存儲(chǔ)物質(zhì)存儲(chǔ)天然接口人機(jī)接口人工接口通信技術(shù)大腦第27頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一學(xué)習(xí)過(guò)程中的例外事件大腦學(xué)習(xí):

發(fā)生在大腦內(nèi)部學(xué)習(xí)例外:發(fā)生在學(xué)習(xí)過(guò)程內(nèi)部，大腦不能解決的事件。學(xué)習(xí)中斷：來(lái)自學(xué)習(xí)過(guò)程的外部的中斷學(xué)習(xí)的事件。大腦中央處理機(jī)工作記憶長(zhǎng)期記憶工作設(shè)備www傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備，圖書館等第28頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一E-learning學(xué)習(xí)中的事件分析大腦學(xué)習(xí)大腦學(xué)習(xí)大腦學(xué)習(xí)大腦學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)例外外部事件學(xué)習(xí)中斷工作設(shè)備www傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備，圖書館等大腦中央處理機(jī)工作記憶長(zhǎng)期記憶第29頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一E-learning學(xué)習(xí)的效率分析學(xué)習(xí)任務(wù)例外/中斷開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間例外開銷:Teo啟動(dòng)開銷:Tei恢復(fù)開銷:Ter例外進(jìn)度:Tep大腦學(xué)習(xí):Tbl任務(wù)的大腦學(xué)習(xí)時(shí)間:Ttbl第30頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一E-learning的效率模型教育信息化(e-learning)能夠大大提高學(xué)習(xí)的效率E-learning減少了例外準(zhǔn)備和返回時(shí)間第31頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一個(gè)體的學(xué)習(xí)效果分析：內(nèi)部過(guò)程學(xué)習(xí)效率完成給定學(xué)習(xí)任務(wù)/需要的學(xué)習(xí)時(shí)間學(xué)習(xí)質(zhì)量掌握知識(shí)的程度（知識(shí)加工深度）利用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力知識(shí)獲取知識(shí)記憶知識(shí)應(yīng)用解決問題學(xué)習(xí)社會(huì)環(huán)境自然環(huán)境第32頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一學(xué)習(xí)的發(fā)生：心理角度來(lái)自密西根大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室注意需要?jiǎng)訖C(jī)信念毅力外部信息第33頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一信息工具的作用：認(rèn)知心理角度感覺運(yùn)動(dòng)工作記憶中央處理Thinking&Reasoning長(zhǎng)期記憶ComputerComputerNetI/OSoftware+DataCPUNetI/OSoftware+DataCPUComm..ProtocolMetadataKnowledgeProtocolMetadataKnowledgeSemanticWebWebHTTPOutputInput普適計(jì)算:透明的統(tǒng)一訪問OutputInput工作設(shè)備:PC,PDA,手機(jī)…移動(dòng)計(jì)算:任何時(shí)間,任何第點(diǎn)連接人WWWInternet需要?jiǎng)訖C(jī)信念毅力注意第34頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教育的質(zhì)量效果分析：教育角度E-learning的作用教的有效性學(xué)習(xí)的主動(dòng)性如何保證其有效性教育理論教育方法教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)現(xiàn)實(shí)際的教與學(xué)的過(guò)程第35頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一如何驗(yàn)證教學(xué)的有效性？學(xué)期計(jì)劃經(jīng)過(guò)教育的人教育評(píng)估人招生入學(xué)畢業(yè)結(jié)業(yè)學(xué)習(xí)成績(jī)大學(xué)教育過(guò)程教授活動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)課程考核教學(xué)過(guò)程教務(wù)管理教育管理課程計(jì)劃管理改革教學(xué)評(píng)估教學(xué)設(shè)計(jì)N教育信息化：能夠保證教學(xué)信息的快速反饋；但不能自動(dòng)分析問題原因；更不能給出改進(jìn)建議能不能：在實(shí)際教育之前就能科學(xué)預(yù)測(cè)？教學(xué)內(nèi)容第36頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一如何驗(yàn)證教學(xué)的有效性？這樣的教育為什么是有效的?邏輯證明:LogicmodelOfKnowledgeInstruction-DesignteachingLearning模擬:ComputationalModelofKnowledgeInstruction-designTeachingLearning教學(xué)試驗(yàn):Withrealpractice教育內(nèi)容

世界的知識(shí)知識(shí)表示教師內(nèi)容設(shè)計(jì):如何編排內(nèi)容環(huán)境設(shè)計(jì):物理的精神的教育實(shí)施教育手段教育方法，教育策略教育工具學(xué)習(xí)獲取知識(shí)、技能知識(shí)獲取的能力解決問題的能力目標(biāo)支持加強(qiáng)第37頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)證的局限性：非科學(xué)教育理論教育方法策略教學(xué)設(shè)計(jì)（+內(nèi)容）教學(xué)實(shí)現(xiàn)教學(xué)活動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)學(xué)習(xí)效果教學(xué)過(guò)程的有效性依賴學(xué)習(xí)效果教學(xué)效果能否證明教學(xué)過(guò)程有效性？隱式效果顯式效果短期效果長(zhǎng)期效果？很難定位到具體教學(xué)環(huán)節(jié)第38頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教學(xué)的有效性驗(yàn)證分析教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)際教學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程學(xué)習(xí)效果教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生特點(diǎn)等邏輯關(guān)系概念定義設(shè)計(jì)結(jié)果如何預(yù)測(cè)教學(xué)設(shè)計(jì)教的效果第39頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一早期：行為理論的定義什么是學(xué)習(xí)?行為的改變(Birkenholz,1999)以前：將人視為黑盒子對(duì)人類社會(huì)以及自然界了解不充分不能科學(xué)學(xué)習(xí)SensorMotorNervousSystemBrain（Control）Mind(Memory)環(huán)境（社會(huì)+自然界）輸出輸入decidedecidedecidePerson第40頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一對(duì)人的更深入研究和理解但現(xiàn)在：黑盒子正在打開心理學(xué):精神過(guò)程和行為腦科學(xué):物理過(guò)程自然知識(shí)越來(lái)越了解社會(huì)知識(shí)越來(lái)越了解人的知識(shí)越來(lái)越了解SensorMotorNervousSystemBrain（Control）Mind(Memory)環(huán)境（社會(huì)+自然界）行為輸出信息輸入decidedecidedecide學(xué)習(xí)的邏輯過(guò)程學(xué)習(xí)的物理過(guò)程都已經(jīng)并正在取得進(jìn)展我們渴望在不久的將來(lái)能夠獲得更科學(xué)詳細(xì)的表述第41頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一新環(huán)境下的教和學(xué)指導(dǎo)學(xué)習(xí)（教師、智能工具）教育將會(huì)是什么樣?信息技術(shù)起很么作用呢？SensorMotorNervousSystemBrain（Control）Mind(Memory)真實(shí)環(huán)境行為輸出展示，文字，聲音decidedecidedecide世界的知識(shí)：信息世界信息服務(wù)智能工具:信息技術(shù)支持知識(shí)處理基于人的智能原理代替心智處理邏輯推理，判斷決策等多媒體動(dòng)畫主動(dòng)性智能教育工具教師第42頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一信息工具的作用：認(rèn)知工具感覺運(yùn)動(dòng)工作記憶中央處理Thinking&Reasoning長(zhǎng)期記憶ComputerComputerNetI/OSoftware+DataCPUNetI/OSoftware+DataCPUComm..ProtocolMetadataKnowledgeProtocolMetadataKnowledgeSemanticWebWebHTTPOutputInput普適計(jì)算:透明的統(tǒng)一訪問OutputInput工作設(shè)備:PC,PDA,手機(jī)…移動(dòng)計(jì)算:任何時(shí)間,任何第點(diǎn)連接人WWWInternet需要?jiǎng)訖C(jī)信心毅力智能教育工具第43頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一信息工具的作用：大腦的延伸長(zhǎng)期記憶感覺器官工作記憶環(huán)境（社會(huì)，自然）中央控制器運(yùn)動(dòng)器官工作設(shè)備可靠自由連接普適環(huán)境，自然接口InferenceJudgmentOntologyMetadataUnicodeHTTPTCPIPComputer語(yǔ)義Web，知識(shí)網(wǎng)絡(luò)人智能應(yīng)用期望信息工具在教育中更多替代腦力勞動(dòng)第44頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一信息工具如何替代腦力勞動(dòng)？技術(shù)實(shí)際的世界：復(fù)雜多變抽象的世界：關(guān)心部分理論抽象和分類：把握本質(zhì)哲學(xué)改變世界物質(zhì)工具實(shí)現(xiàn)技術(shù)精神工具設(shè)計(jì)技術(shù)問題抽象問題抽象對(duì)象屬性對(duì)象關(guān)系腦力勞動(dòng)體力勞動(dòng)物質(zhì)工具信息工具應(yīng)用問題機(jī)器完成設(shè)計(jì)工作第45頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自動(dòng)設(shè)計(jì)的條件技術(shù)實(shí)際的世界：復(fù)雜多變抽象的世界：關(guān)心部分理論抽象和分類：把握本質(zhì)哲學(xué)改變世界物質(zhì)工具實(shí)現(xiàn)技術(shù)精神工具機(jī)器設(shè)計(jì)問題抽象問題抽象對(duì)象屬性對(duì)象關(guān)系應(yīng)用問題工具能理解規(guī)范化形式化形式化，可計(jì)算第46頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教學(xué)設(shè)計(jì)自動(dòng)化學(xué)生獲得知識(shí)和能力學(xué)習(xí)活動(dòng)：主體學(xué)生教學(xué)活動(dòng)：主體教師教和學(xué)的實(shí)際環(huán)境教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)方法、教學(xué)策略教育理論：解