基于Ｗｅｂ的《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》智學(xué)教學(xué)研究淺探

摘要：傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）模式忽視學(xué)生的主體性和差異性，不能根據(jù)學(xué)生的各自特點(diǎn)實(shí)施因材施教。而智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)（ICAI）堅(jiān)持“以人為本、學(xué)生第一”的教育原則，尊重學(xué)生的個(gè)體差異性，實(shí)現(xiàn)因人施教、自適應(yīng)性教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。本文針對(duì)《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》教學(xué)中存在的不足，結(jié)合智能教學(xué)系統(tǒng)特點(diǎn)，研究并給出了一種基于Web的《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》的智能教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造原型。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式；知識(shí)模型；學(xué)生模型；教師模型；智能教學(xué)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)12-20ppp-0c

The Research of the Intelligent Tutoring Systems of Computer Foundation Course Based on the Web

QIN Yue-xing1，2

(1. College of Computer Science Information Engineering， Guangxi Normal University， Guilin 541004， China; 2. Department of Mathematics and Computer Science， Qinzhou College， Qinzhou 535000， China)

Abstract: Because of the neglect of the students' leading role and differences， the traditional CAI teaching pattern couldn't teach students in accordance with their aptitude. While ICAI pattern follows the principle of \"people oriented， student first\"， with the purpose of teaching students in accordance with their characteristic and the fulfillment of the self-adapted teaching， it respects students' individual differences and attaches great importance to the students' central role. Through the combination of the characteristic of ICAI， this paper puts forward a structural model for the intelligent teaching of Computer Foundation course based on the Web.

Key words: teaching pattern; knowledge model; student model; teacher model; intelligent tutoring systems

1 引言

21世紀(jì)是一個(gè)信息社會(huì)的時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益普及和“信息高速公路”的開通將會(huì)給人類帶來一個(gè)嶄新的信息化社會(huì)，信息資源的共享更是當(dāng)今世界發(fā)展的大勢(shì)所趨。這就要求當(dāng)代大學(xué)生熟練掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過它學(xué)會(huì)獲取信息、加工、處理信息的能力，學(xué)會(huì)分析問題和解決實(shí)際問題的能力。《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》作為高等院校學(xué)生接受計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的入門公共課程，它的內(nèi)容是當(dāng)代大學(xué)生必須要掌握的計(jì)算機(jī)基本知識(shí)和基本操作，其目的是為了提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能，把計(jì)算機(jī)作為一種有效的工具，應(yīng)用到學(xué)習(xí)生活和以后的工作中。而目前《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》的上課主要是計(jì)算機(jī)＋大屏幕投影，采用以同一本教材、以教師為中心、學(xué)生圍著教師轉(zhuǎn)的“你教我學(xué)”的“演播式”教學(xué)模式。這種教學(xué)模式相對(duì)呆板，師生之間的交互性差，學(xué)生完全處于一種被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，而學(xué)生又都是來自全國(guó)各地，城鄉(xiāng)差別，地區(qū)差別較大，計(jì)算機(jī)水平參差不齊。教師把教學(xué)內(nèi)容“滿堂灌”式地傳輸給學(xué)生，而入學(xué)前計(jì)算機(jī)水平較高的學(xué)生則會(huì)感覺到課堂內(nèi)容太淺，沒有學(xué)習(xí)興趣；入學(xué)前計(jì)算機(jī)水平較低的學(xué)生卻又感覺課堂內(nèi)容太深，上課聽不太懂、跟不上，難以理解和消化。所以，實(shí)際上這樣的教學(xué)模式仍然沒有走出傳統(tǒng)上課的教師“教”學(xué)生“學(xué)”的舊有模式，學(xué)生過份地依賴于教師，沒有學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。這種模式忽視學(xué)生的主體性和差異性，泯滅學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，面對(duì)不同的學(xué)習(xí)對(duì)象，不能做到因材施教。而智能教學(xué)則堅(jiān)持“以人為本，學(xué)生第一”的教學(xué)原則，充分尊重學(xué)生的個(gè)體差異性，根據(jù)學(xué)生不同的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)因人施教，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生積極、主動(dòng)地去學(xué)習(xí)，在有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性基礎(chǔ)上，注重培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題和實(shí)踐創(chuàng)新的能力。為了實(shí)現(xiàn)《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》課最好的教學(xué)效果，使學(xué)生真正掌握到計(jì)算機(jī)知識(shí)與技能，本文提出了基于Web的《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》的智能教學(xué)并進(jìn)行了系統(tǒng)的簡(jiǎn)單研究與設(shè)計(jì)。

2 智能教學(xué)概況

智能教學(xué)，也稱智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，簡(jiǎn)稱ICAI (Intelligent Computer Assisted Instruction)是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模仿人類的教學(xué)能力，以學(xué)生為中心，計(jì)算機(jī)為媒介形成的一種開放式的交互教學(xué)。智能教學(xué)系統(tǒng)是以人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、思維科學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)和行為科學(xué)等為理論基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，自動(dòng)選取適合學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別化教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了教育界提倡的“因人施教”“自適應(yīng)教學(xué)”，讓學(xué)生積極、主動(dòng)地去獲取知識(shí)，體現(xiàn)了智能性。實(shí)際上智能教學(xué)就相當(dāng)于是賦予計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以智能，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在一定程度上代替人類教師實(shí)現(xiàn)最佳的教學(xué)效果。

智能教學(xué)系統(tǒng)最顯著的特征是它具有自適應(yīng)性。它能根據(jù)每個(gè)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)、水平和能力，制定相應(yīng)的學(xué)習(xí)計(jì)劃，面對(duì)不同個(gè)性的學(xué)生有針對(duì)性地進(jìn)行個(gè)別化指導(dǎo)，并在學(xué)習(xí)過程中根據(jù)學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況和進(jìn)度自動(dòng)調(diào)整適合學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)策略，以達(dá)到最好的教學(xué)效果。理想的智能教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)能夠根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況選取教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式，對(duì)學(xué)生實(shí)施個(gè)別化教學(xué)，做到“因人施教”，將教學(xué)資源、教學(xué)模式優(yōu)化組合起來，建立一個(gè)良好的教與學(xué)的互動(dòng)環(huán)境，激發(fā)教與學(xué)雙方的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

目前隨著Web技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)研究越來越受到人們的重視。在Web上構(gòu)建智能教學(xué)系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)的功能實(shí)現(xiàn)分布式教學(xué)，可以不受時(shí)間和空間上的限制，同時(shí)可以接受多個(gè)用戶的并發(fā)訪問，用戶可以隨時(shí)隨地享受教學(xué)資源，充分實(shí)現(xiàn)信息資源的共享，又可以在最大程度上滿足每個(gè)用戶的需求，真正做到“因材施教”，因此得到教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

3 基于Web的《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》智能教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的構(gòu)成

針對(duì)基于Web的《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》教學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文采用4個(gè)相互作用的模塊：知識(shí)模型、學(xué)生模型、教師模型和交互模型來設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。

3.1 知識(shí)模型

知識(shí)模型將領(lǐng)域知識(shí)以一種特定的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，根據(jù)不同的知識(shí)類型采用不同的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。知識(shí)庫(kù)作為智能教學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分，主要解決教什么的問題（教學(xué)內(nèi)容），表示教學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，以及相關(guān)問題的求解知識(shí)。實(shí)際上，知識(shí)表示是智能化系統(tǒng)首先要實(shí)現(xiàn)的部分。用于智能教學(xué)的教材內(nèi)容的組織不是簡(jiǎn)單地將書本電子化，而是通過對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊化來確定知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系和認(rèn)知順序。

本系統(tǒng)的知識(shí)模型模塊，對(duì)《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》教學(xué)內(nèi)容知識(shí)庫(kù)的表示，可以采用超文本表示方法，根據(jù)教學(xué)把課程內(nèi)容分解成小單元，設(shè)置相應(yīng)的內(nèi)容鏈接。其特點(diǎn)包括：教學(xué)內(nèi)容被組織成包含文字、聲音、圖形、圖像、動(dòng)畫和視頻等多媒體集成的超文本文件（HTML）文件，使教學(xué)內(nèi)容更為豐富、形象、生動(dòng)、充實(shí)。例如，《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》講解格式化磁盤或安裝操作系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)時(shí)，由于硬件和時(shí)間條件的關(guān)系，教師不可能把上課所用的機(jī)子格式化后重裝系統(tǒng)演示給學(xué)生看，一般都是口頭隨便講解，草草帶過。但學(xué)生對(duì)這些內(nèi)容又比較感興趣，這樣，想教無法教，想學(xué)又沒學(xué)到，教與學(xué)出現(xiàn)矛盾！但是現(xiàn)在通過智能教學(xué)系統(tǒng)，可以把這些知識(shí)點(diǎn)做成步驟詳細(xì)的flash動(dòng)畫作品掛在校園網(wǎng)上，學(xué)生通過校園網(wǎng)可以反復(fù)多次地觀看，甚至可以下載保存到自己的電腦上，這樣讓學(xué)生積極、主動(dòng)地去學(xué)習(xí)，從而達(dá)到掌握知識(shí)和形成技能的目的。通過智能教學(xué)系統(tǒng)，我們可以把一些在課堂上很難實(shí)現(xiàn)的知識(shí)很輕松、容易地教會(huì)學(xué)生，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.2 學(xué)生模型

學(xué)生模型是記錄學(xué)生的基本信息和學(xué)習(xí)情況的模塊，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、能力特征和個(gè)性特點(diǎn)智能教學(xué)系統(tǒng)要提供最適合學(xué)生需要的教學(xué)，針對(duì)不同的學(xué)習(xí)個(gè)體，做到因材施教，系統(tǒng)就必須充分了解當(dāng)前的學(xué)習(xí)對(duì)象，需要把學(xué)習(xí)對(duì)象的各種認(rèn)知特征、知識(shí)水平、學(xué)習(xí)能力等用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記錄下來，作為選擇教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的依據(jù)。

學(xué)生模型在ICAI中構(gòu)造了一種可靠的表示學(xué)生知識(shí)水平程度的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它記錄著學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，是學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的反映。學(xué)生模型監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，依據(jù)學(xué)習(xí)的進(jìn)度和學(xué)生的知識(shí)水平能力從試題庫(kù)中調(diào)出相應(yīng)的測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果的詳細(xì)情況存儲(chǔ)到學(xué)生信息庫(kù)中，方便教師模型對(duì)學(xué)生信息的調(diào)用。學(xué)生模型的構(gòu)造目的是評(píng)估學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)，并發(fā)現(xiàn)學(xué)生在認(rèn)知過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

本系統(tǒng)的學(xué)生模型模塊主要用于幫助學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的學(xué)習(xí)活動(dòng)。主要有兩個(gè)方面：(1)學(xué)生學(xué)習(xí)：系統(tǒng)提供多種學(xué)習(xí)方式供學(xué)生進(jìn)行選擇，根據(jù)學(xué)生的選擇系統(tǒng)提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)資料或課件，給出相應(yīng)的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。比如，如果學(xué)生選擇傳授式學(xué)習(xí)，那么整個(gè)學(xué)習(xí)過程都處于計(jì)算機(jī)導(dǎo)師的直接控制之下，相當(dāng)于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)下的學(xué)習(xí)；如果學(xué)生選擇探索式學(xué)習(xí)，那么計(jì)算機(jī)導(dǎo)師就會(huì)提出相應(yīng)的問題和提示，學(xué)生自主地瀏覽相關(guān)網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容，在這些問題和提示下，完成主動(dòng)性的學(xué)習(xí)；(2)學(xué)生練習(xí)：學(xué)生完成一個(gè)單元或階段的學(xué)習(xí)后，系統(tǒng)提供相應(yīng)的練習(xí)題給學(xué)生進(jìn)行練習(xí)；在學(xué)生提交練習(xí)結(jié)果后，系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，給出進(jìn)一步的學(xué)習(xí)建議，如果系統(tǒng)評(píng)估不過，則學(xué)生要重新進(jìn)行該練習(xí)，直到學(xué)生掌握了該知識(shí)點(diǎn)才能進(jìn)行下一步的學(xué)習(xí)，如果系統(tǒng)評(píng)估通過，則形成新的有針對(duì)性的練習(xí)，或者引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入下一單元的學(xué)習(xí)；同時(shí)建立學(xué)生的個(gè)性化知識(shí)庫(kù)，使系統(tǒng)能夠進(jìn)行有效的推理，形成啟發(fā)式的自學(xué)策略。

3.3 教師模型

教師模型是模仿人類教師工作的一組程序，存放指導(dǎo)教學(xué)序列和教學(xué)方法，通過人機(jī)交互對(duì)知識(shí)模型和學(xué)生模型的分析，啟動(dòng)推理機(jī)工作，評(píng)價(jià)學(xué)生領(lǐng)域知識(shí)的掌握程度，提供指導(dǎo)的教學(xué)序列，并在最適當(dāng)?shù)臅r(shí)候顯示最好的指導(dǎo)，進(jìn)行啟發(fā)式的高水平教學(xué)。

本系統(tǒng)的教師模型主要用于輔助教師編寫教案。主要包括：(1)教案生成管理：系統(tǒng)根據(jù)教學(xué)知識(shí)模型和學(xué)生模型，結(jié)合已有的教學(xué)資源，通過一定的推理機(jī)制生成相應(yīng)的教學(xué)策略，輔助教師作出有針對(duì)性的教學(xué)計(jì)劃，編寫個(gè)性化的計(jì)算機(jī)教案，同時(shí)提供教案庫(kù)的管理和維護(hù)功能；(2)素材組織：按照教學(xué)知識(shí)模型庫(kù)將各種類型的教學(xué)素材（如聲音、圖形、圖像、視頻等）進(jìn)行組織和管理，建立教學(xué)素材與教學(xué)知識(shí)點(diǎn)之間的有機(jī)聯(lián)系，并提供與常見多媒體課件編輯工具（如PowerPoint、Authorware、Flash）的鏈接，能夠在常見的課件編輯工具中有效地利用已有教學(xué)素材。

3.4 交互模型

交互模型實(shí)現(xiàn)學(xué)生與知識(shí)、系統(tǒng)之間的交流，是教與學(xué)雙向活動(dòng)的人機(jī)界面。交互模型包括學(xué)生交互界面和教師交互界面。

本系統(tǒng)主要有兩種基本的交流工具：(1)教師信箱：學(xué)生通過電子郵件的方式與教師之進(jìn)行交流；(2)電子白板:電子白板是一個(gè)虛擬的協(xié)同的交互空間，供教師和學(xué)生進(jìn)行同步或異步方式的交流。對(duì)在交流過程中產(chǎn)生的有價(jià)值的信息，用戶將其作為知識(shí)進(jìn)行提取存儲(chǔ)起來，供以后再利用。

4 結(jié)束語(yǔ)

《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》是一門基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、操作性比較強(qiáng)的學(xué)科，我們要找出一條適合《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》教學(xué)的新路子，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。目前，有關(guān)基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)的研究和開發(fā)逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，本文針對(duì)《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》這門課研究探討了一種基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造方法，希望能構(gòu)造出一個(gè)高效的基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)，從而真正實(shí)現(xiàn)《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》的智能化教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄒立坤， 藍(lán)嵐. 大學(xué)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考[J]. 保定師范專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2007，20(4).

[2] 紀(jì)莉莉. 人工智能教學(xué)系統(tǒng)的探討[J]. 福建電腦，2005，7.

[3] 謝忠新， 王林泉， 葛元. 智能教學(xué)系統(tǒng)中認(rèn)知型學(xué)生模型的建立[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2005，3.

[4] 李志平， 劉敏昆， 孫瑜. 基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2006，2.

[5] 劉寅， 黃燕. 基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)知識(shí)模型與學(xué)習(xí)控制[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，27(14).

[6] 王晶. 基于網(wǎng)絡(luò)的智能教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J]. 內(nèi)蒙古電大學(xué)刊，2005，1.

[7] 史玉珍， 陳和平. 基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)[J]. 福建電腦，2005，7.

[8] 羅梅， 王萬森. 基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 研究與設(shè)計(jì)，2006，22(9).

[9] 況少平. 基于事例推理的智能教學(xué)系統(tǒng)之探討[J]. 現(xiàn)代企業(yè)教育，2006，9.

收稿日期：2008-03-11

作者簡(jiǎn)介：覃月星（1981-），女，壯族，廣西欽州人，欽州學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)系助教，廣西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院在讀碩士，主要研究方向：人工智能。