基于專家系統的自適應遠程教育平臺的研究與實現

摘要:以計算機為中心的互聯網、多媒體技術的飛速發展正以驚人的速度改變著人們的工作方式、交往方式和生活方式，同時也對教育產生了深遠的影響。當前的網絡教學中普遍存在教學模式單一，智能化程度低等問題，由此帶來的是網絡教學平臺不能適應學習者個性需求的矛盾。本文提出利用專家系統構建一種自適應的遠程教育平臺，真正實現個性化網絡教學的目的。

關鍵詞:專家系統;個性化網絡教學;自適應遠程教育平臺

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)24-6600-02

Research and Implementation of Self-adaptive Distance Eduection Platform Based on Specialist System

WEN Guo-qi1， YANG Ke1，YING Guan-yi2

(1.Tianzhuang Coal Preparation Plant of Pingdingshan Tianan Coal Mining CO.，LTD， Pingdingshan 467013，China; 2. Wuyang Iron and Steel， Hebei Iron Steel Group Co.， Ltd， Pingdingshan 462500，China)

Abstract: The rapid development of the computer-centered internet and multi-media technologies is fundamentally changing our ways of work，association and life and in the meanwhile，it’s deeply influencing our education.The simple teaching mode and less intelligence are common problems in the net education， which brings contradiction between net teaching platform and students.The article introduces a self-adaptive learning platform of distance education which is based on specialist system，the aim is to achieve personal net education.

Key words: specialist system;personal net education;a self-adaptive learing platform of distance education

近十年來，科學技術的突飛猛進為人類社會帶來了一系列的深刻變革。信息技術在各個領域的應用改變了人們工作、生活和學習的方式，遠程教育的發展也面臨著前所未有的挑戰。

目前的網絡教學平臺主要是以“系統”為中心，沒有體現以“學習者”為中心的思想。為了解決這一矛盾，在網絡教學系統中引入了自適應學習概念。所謂自適應學習，就是指學習不是一個被動的接受知識的過程，而是主動發現知識的過程[1]。開發自適應遠程教育平臺就是要為每一個學習者提供適應其需求特點的學習資源，自動地調整系統內容以適應學習者的興趣，真正達到“因材施教”的目的。

1 現代遠程教育存在的不足

目前，基于Web的遠程教學系統在國內外已有不少，但是總體來說仍存在以下一些問題:

1) 目前網上的課程內容基本上是教師的教案，教學的重點，難點，例題分析，練習和測試題等，主要是幫助學習者鞏固課堂上所學的知識，很難實現真正的網上自主學習，更難進行自適應學習。

2) 不具備真正的“以學習者為中心”的網上教學管理功能。目前大多數的學習網站，除了對用戶進行注冊登記外，不再進行其他管理活動，不關心學習者的學習情況，而學習者也無法記錄和了解自己的學習情況，整個學習活動呈無序狀態。

3) 不能對學習者學習活動進行較客觀的評價。盡管有些網站設有對學習者學習活動的測試、考試及評價系統，可是絕大多數只是將傳統測試、考試試題電子化，并以此作為評價學習者學習能力及學習成績的手段，沒有很好的利用網絡技術及人工智能技術對學習者學習能力及學習成績做出客觀、及時的評價。因此，學習者難以進行自適應學習。

由此可見，要克服目前基于網絡學習中存在的問題，探討基于網絡的自適應學習系統是一項迫切而重要的工作。

2 專家系統介紹

2.1 專家系統的定義及其基本特征

什么是專家系統目前尚無統一定義的、精確的、公認的定義。但一般來說，所謂專家系統就是利用存儲在計算機內的某一特定領域內人類專家的知識，來解決過去需要人類專家才能解決的現實問題的計算機系統[2]。專家系統是計算機程序系統，但與一般的程序系統不同，其知識庫和程序是分開的，易于修改和增刪，其有很大的靈活性，而在一般程序中，知識是以隱式方式存在的，程序完成之后就確定了，一般不易修改。與數據庫不同之處在于，它與邏輯推理有聯系，具有啟發性，而一般的數據庫只是對大量數據進行組織和管理，提供檢索方法。

一個高性能的專家系統應具備如下特征[3]:

1) 具有專家水平的知識。專家系統間做的一個最重要的目標是達到一個專家在解決任務時所體現出的高水平的性能。

2) 符號處理。專家系統使用符號推理。

3) 一般問題的求解能力。

4) 復雜度與難度。

5) 具有解釋功能。

6)具有獲取知識的能力。

7) 知識與推機構相互獨立。

2.2 專家系統的結構

專家系統的一般結構，如圖1所示。該結構在目前專家系統建造中比較流行。包括六個部分[4]:知識庫、推理機、綜合數據庫、人機接口、解釋程序以及知識獲取程序。

2.3 專家系統的一般設計方法

設計專家系統的關鍵有兩大部分:一是建造知識庫，二是設計推理機制與策略。一般一個專家系統的設計可按三個步驟進行[5]。

1) 初步設計。分析要求解的領域問題，在領域專家的協作下明確專家系統期望實現的目標和專家系統如何從整個問題中分離出來，又怎樣與其它子系統嵌接起來;確定參與系統研制的合作專家和知識源;在領域專家的指導下，對專家系統求解的問題進行了解，通過各種知識源的知識獲取和領域專家的配合，專家系統求解目標任務的主要概念、關系、假設、約束等進行圖解形式的描述;選擇合適的知識表示方法，把圖解形式的內容形式化表達出來，并確定推理的控制方向等內容。

2) 開發原型系統。選擇合適的程序設計語言或專家系統開發工具，設計推理機制或借用工具語言已具備的推理機制，把形式化表示的知識以專家系統求解目標或圖解形式中的模塊為單元，逐個單元地把知識轉換為適合程序設計語言或工具能接受的內部編碼的形式，輸入知識庫。在不斷供給知識庫新的知識的同時，要不斷地對已有知識和新加入的知識的正確性及協調性進行用例測試。這種不斷擴充知識庫和不斷測試的過程一般可以發現已形式化的知識有許多不完善之處，從而需要在領域專家的配合下不斷調整。這一階段產生出可運行的專家系統雛形，包括知識獲取模塊和解釋機制等可交付使用[6]。

3) 知識庫的維護。當開發出原系統之后，讓領域專家選擇一些有代表性的試驗用例，在可能的情況下讓領域專家用這些試驗例子進行實際問題的求解，通過實際例子的運行可能出現新的問題，比如人機接口的輸入輸出模塊，知識庫中的知識不全或不精確等，甚至領域專家還會人為地需要完善知識庫中的某些知識。這一階段理想方式是在上一階段提供一個知識獲取模塊和解釋機制，讓領域專家或未來的實際用戶與知識庫直接打交道。

3 專家系統在開發本系統中的具體應用

3.1 智能答疑模型的設計

本答疑模型是一個自適應性的知識庫系統，分為人工答疑和自動答疑兩部分，允許學習者通過瀏覽器在線提問、離線提問、BBS、發送E-mail等，不受時空的限制。智能答疑系統的結構圖如圖2所示。

當學生提出問題后，對學生提出的這些問題的知識點和語義進行分析處理，并查找所有相關問題。其中答疑知識庫的構造主要是實現教學信息向智能答疑的知識轉換，進行知識庫的層次化和結構化處理，并通過推理機制進行教學信息的存取控制。答疑知識庫主要包括教學庫和問題庫。教學庫匯集了按特定環境和條件進行有效教學的方法和策略，這些方法和策略采用產生式規則表示。問題庫中保存了在教學中遇到的問題，首先是確定問題的范圍，然后通過對問題的分析，找出各個知識點的層次關系和語義聯系等信息。

3.2 智能網上測試模型的設計

智能化的網上測試主要體現在智能組卷上。如何保證生成的試卷能最大程度地滿足不用用戶的需要，并具有隨機性、科學性、合理性，是首要解決的問題。

智能組卷的智能性主要體現在組卷的過程是根據學生對知識點掌握的程度，確定測試知識點權值以及難度系數范圍等參數，然后基于一種算法從題庫中抽取滿足要求的試卷。另外，智能組卷采用基于專家知識的表示及實現方法模擬人的思維來確定試卷題型比例等參數。因此它能充分體現組卷系統的“因材施教”的能力。

4 結束語

遠程教育以其不受時空限制和獨具的交互性越來越受到人們的關注，但是目前的研究開發大多數還只是將老師的課堂教學內容簡單、機械地挪到網上，并沒有充分利用計算機和網絡在教學中交互和智能分析的優勢。今后遠程教育應該朝著智能化，個性化教學系統的方向發展。本人提出開發一種基于專家系統的遠程教育平臺，也只是某些理論在實際中的應用，相信隨著人們不斷的深入研究，遠程教育系統將具有更為深遠的發展前景。

參考文獻:

[1] 朱新明，李亦菲，朱丹.人類的自適應學習——示例學習的理論與實踐[M].北京:中央廣播電視大學出版社，1997.

[2] 萬瑪寧，關永.人工智能技術在計算機輔助教學中的應用研究[J].微計算機信息，2006，5:257-260.

[3] 武波，馬玉祥.專家系統[M].北京:北京理工大學出版社，2001.

[4] 朱福喜，湯怡群，傅建明.人工智能原理[M].武漢:武漢大學出版社，2002.

[5] 高濟，朱淼良，何欽銘.人工智能基礎[M].北京:高等教育出版社，2002.

[6] R. J. Keeble，R.D. Macridie.Assistant agents for the world wide web intelligent interface design challenges[J]. Interacting with Computers，2000(12):357-381.