智能教學(xué)系統(tǒng)淺析

摘要在闡述智能的本質(zhì)含義、智能教學(xué)系統(tǒng)的組成及運作原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析智能教學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)勢與局限性。

關(guān)鍵詞智能；智能教學(xué)系統(tǒng)；優(yōu)勢；局限性

中圖分類號 G434 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1671-489X（2008）08-0079-02

長期以來，許多教育者一直都提倡采用教學(xué)機器來實現(xiàn)個別化教學(xué)，在教學(xué)中實現(xiàn)因材施教。從簡單的教學(xué)機器到現(xiàn)在的智能教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用，輔助于課堂教學(xué)的教學(xué)軟件一直都在順應(yīng)教育的需求而發(fā)生變化。人工智能技術(shù)與計算機輔助教學(xué)相結(jié)合，形成了一個新興的研究領(lǐng)域——智能教學(xué)，于是為了實現(xiàn)因材施教的目標(biāo)，對智能教學(xué)系統(tǒng)的研究也提上日程。

1 智能及智能教學(xué)系統(tǒng)

智能是指現(xiàn)實中獲取目標(biāo)的能力運算部分，在人、許多動物和一些機器的身上會產(chǎn)生不同種類和不同程度的智能［1］。智能教學(xué)系統(tǒng)(Intelligence Tutoring System，簡稱ITS)到目前為止還沒有一個確切的定義，按照理解，智能教學(xué)系統(tǒng)是以認(rèn)知科學(xué)為理論基礎(chǔ)，綜合利用人工智能技術(shù)、教育心理學(xué)、計算機科學(xué)等多門學(xué)科的成果而形成的一種對學(xué)生實施有效教學(xué)的技術(shù)［2］。它屬于計算機輔助教學(xué)研究領(lǐng)域，是計算機輔助教學(xué)發(fā)展的新階段。智能教學(xué)系統(tǒng)是多個學(xué)科交叉應(yīng)用的結(jié)果，所以它的發(fā)展受多學(xué)科發(fā)展的影響。

智能教學(xué)系統(tǒng)中的智能則是指系統(tǒng)能夠識別學(xué)生的不同特征，包括心理特征、學(xué)習(xí)風(fēng)格、知識結(jié)構(gòu)等，并根據(jù)這些不同特征調(diào)節(jié)教學(xué)行為，為學(xué)生提供不同的學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)內(nèi)容和測試方案，達到因材施教。

2 智能教學(xué)系統(tǒng)組成與運作原理

2.1 智能教學(xué)系統(tǒng)組成 隨著新技術(shù)的應(yīng)用，ITS的體系結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地發(fā)生變化。Derry，Hawkes Ziegler在1988年提出了一種ITS結(jié)構(gòu)［3］，這種結(jié)構(gòu)主要包括3個模塊：教學(xué)模塊，解決如何教的問題，完成選擇教學(xué)策略、教學(xué)內(nèi)容和內(nèi)容呈現(xiàn)時間與呈現(xiàn)形式；專家模塊，主要解決教什么的問題，用來存放教學(xué)領(lǐng)域只適合教學(xué)專家的問題；學(xué)生模塊，主要解決交給誰的問題，為教學(xué)模塊提供關(guān)于學(xué)生的信息。

2.2 智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）工作原理 傳統(tǒng)的教學(xué)系統(tǒng)通過事實或概念來呈現(xiàn)知識給學(xué)習(xí)者，然后再通過測試檢測學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況；而ITS是通過解決問題來學(xué)習(xí)，它將學(xué)習(xí)者置于一種問題的解決環(huán)境或模擬訓(xùn)練中，要求學(xué)習(xí)者在問題解決過程中使用知識和技能，幫助學(xué)生記憶和使用這些知識和技能。系統(tǒng)通過學(xué)生模塊、教學(xué)模塊和知識庫來實現(xiàn)跟蹤、指導(dǎo)并提供教學(xué)反饋信息以幫助實現(xiàn)有效的教學(xué)。ITS通過問題解決發(fā)現(xiàn)學(xué)生的不足，采取相應(yīng)的適合于學(xué)習(xí)者的教學(xué)策略。系統(tǒng)選擇一個問題并且將該問題的解決方法同學(xué)生的解決方法進行比較，然后根據(jù)兩者的不同點來做出判斷，給出反饋，此后系統(tǒng)進行再評價，并且使用評價信息來更新學(xué)生技能部分，之后重復(fù)執(zhí)行該循環(huán)。

3 智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）的優(yōu)勢與局限性分析

3.1 智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）的優(yōu)勢 從智能教學(xué)系統(tǒng)的原理并結(jié)合教育教學(xué)的原理來分析，其成功之處表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）詳盡的反饋。良好的教學(xué)效果依賴于良好的反饋原理在教學(xué)中的應(yīng)用。課堂環(huán)境下，教師要根據(jù)學(xué)生所傳遞的反饋信息來調(diào)節(jié)教學(xué)的環(huán)節(jié)，使得教學(xué)效果朝著正向的方向發(fā)展。在智能教學(xué)系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的便是豐富的、詳細(xì)的針對問題解決的反饋，這種細(xì)致程度是所有的教師無法做到的。

2）智能導(dǎo)師控制下的學(xué)習(xí)。對于一些智能教學(xué)系統(tǒng)來說，在學(xué)習(xí)的過程中，雖然學(xué)生有選擇的權(quán)利，但是大多數(shù)的交互控制還是由軟件控制的。高度的導(dǎo)師控制蘊含了以下的原理：一個勝任的教師能夠做出學(xué)生有效地學(xué)習(xí)哪些知識和經(jīng)驗的決定，這些知識和經(jīng)驗是有效學(xué)習(xí)和掌握技能的關(guān)鍵所在，而這一點學(xué)生是很難做到的。當(dāng)然，這必須是在一定的前提下，要求教師掌握學(xué)生當(dāng)前詳細(xì)的知識狀態(tài)，例如擁有什么樣的知識，缺乏哪些知識。

3）困難驅(qū)使的訓(xùn)練。ITS之所以能夠取得有效的學(xué)習(xí)效果，另一個原因是系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生遇到的困難給出相應(yīng)的反饋行為。系統(tǒng)通過組織學(xué)生圍繞小型且答案簡短的任務(wù)，并通過選擇學(xué)生需求的任務(wù)，來提供最大解決困難的機會。但是對于大多數(shù)的ITS系統(tǒng)來說，針對困難來給出預(yù)先設(shè)定的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，或者幫助學(xué)習(xí)者設(shè)立學(xué)習(xí)目標(biāo)或者學(xué)習(xí)計劃是十分罕見的，其處理方式通常是提供針對問題的一些干涉措施。然而無論系統(tǒng)的推理能力如何，所有的系統(tǒng)都企圖識別學(xué)生所遇到的困難并幫助學(xué)生解決困難。困難驅(qū)使下的學(xué)習(xí)訓(xùn)練的設(shè)計思想符合教學(xué)原理中的反饋原理，多數(shù)ITS建立在這樣的一種假設(shè)上：好的學(xué)習(xí)系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)學(xué)生遇到困難不能繼續(xù)學(xué)習(xí)時，便會提供及時的詳細(xì)的反饋。在學(xué)習(xí)任務(wù)具有一定挑戰(zhàn)性，并且有一定提示的環(huán)境下學(xué)習(xí)，能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）的局限性 可以從它的組成部分上來分析其局限性，也就是領(lǐng)域知識庫的局限性、學(xué)生模型的局限性、教學(xué)組成部分的局限性以及界面的局限性。主要表現(xiàn)在以下2個方面：

1）科目的限制。有效的ITS系統(tǒng)需要一個虛擬的全知者，通曉學(xué)科知識以及了解學(xué)生有可能會產(chǎn)生的誤解。對于知識庫來說，成功的系統(tǒng)要能夠窮盡本學(xué)科的知識。目前，成功的系統(tǒng)主要是針對一些程序技能訓(xùn)練的科目，如數(shù)學(xué)、程序設(shè)計以及其他一些邏輯性較強的科目，因為認(rèn)知科學(xué)在這些科目上已經(jīng)做好了良好的鋪墊，這些科目所應(yīng)具備的能力早已被科學(xué)地分析過了。另外，ITS很難解決定義不明確的問題，也就是一些非具體的問題，這些問題常常存在于歷史和社科領(lǐng)域中。不確定的問題往往沒有固定可預(yù)測的專家建議，因此在社科領(lǐng)域的科目中構(gòu)建智能教學(xué)系統(tǒng)有一定的難度，認(rèn)知科學(xué)和人工智能技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用有望解決科目限制方面的問題。

2）教學(xué)方法的限制。ITS的第2個局限性就是教學(xué)策略庫的局限性，教學(xué)策略庫的局限性來自2個方面。其一，認(rèn)知心理學(xué)沒有提供詳細(xì)的任務(wù)分析，以及針對這些任務(wù)的教學(xué)方法策略的分析不足，所以教學(xué)策略庫無法做到窮盡所有，即沒有針對所有任務(wù)的方法。其二，因為ITS需要使用規(guī)則庫來確定什么時候以及如何教授學(xué)生，由此推測，ITS中的教學(xué)方法在使用的過程中是孤立使用的，沒有綜合使用多種方法，而真正的專家指導(dǎo)是應(yīng)用許多不同的教學(xué)方法來展開學(xué)習(xí)的。因此，如何建造豐富完備的教學(xué)策略庫及如何突破單一教學(xué)方法的限制，成為ITS需要解決的一個問題。

4 結(jié)束語

隨著諸如專家系統(tǒng)、知識表示、智能代理（Agent）、數(shù)據(jù)挖掘等人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，及其在教育中的應(yīng)用，在繼承現(xiàn)有系統(tǒng)優(yōu)勢并解決不足的過程中，智能教學(xué)系統(tǒng)逐漸走向成熟。相信不久以后，智能教學(xué)系統(tǒng)必將在教育中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻

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［2］劉明祥，朱書強.基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)評價［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2002(3):51

［3］李靜，周竹榮.智能教學(xué)系統(tǒng)新進展［J］.計算機應(yīng)用研究，2005(12):17

［4］莫贊，馮珊，唐超.智能教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展與前瞻［J］.計算機工程與應(yīng)用，2002(6):6-7

［5］Intelligent Tutoring Systems (ITS)［DB/OL］.http://coe.sdsu.edu/eet/Articles/tutoringsystem/start.htm