論基于人工智能的計算機輔助教學

李軼博

【摘 要】計算機輔助教學的實際需要應用人工智能技術及復雜的程序,如自然語言理解、知識表示、推理方法等,一些人工智能技術的特殊應用成果,同時以及理論證明等均被應用于計算機輔助教學系統,以提高其智能性和實用性。早期絕大多數計算機輔助教學技術被應用于建立學習模塊。這種方法能控制調練策略并給出適合學生的學習內容。

【關鍵詞】人工智能 計算機輔助教學 教學與控制

一、人工智能的定義

人工智能也稱機器智能,它是計算機科學、控制論、神經生理學、心理學、語言學等多種學科互相滲透而發展起來的一門綜合性學科。從計算機應用系統角度來看,人工智能是研究如何制造出智能機器或智能系統,實現模擬人類智能活動的能力,以延伸人們智能的科學。人工智能是一門交叉科學,逐漸形成一門涉及心理學、認知科學、思維可循、信息科學、系統科學和生物學科等多學科的綜合性技術學科。

二、計算輔助教學體系和現狀

計算救助教學是利用多媒體計算機的功能與特點,利用計算機輔助教師完成各個教學環節,并通過與計算機之間的交互活動,激發學生的學習積極性和主動性,幫助學生更有效地學習。實用計算機輔助教學,有利于認識主體作用的發揮,它所提供的圖像、聲音、動畫等信息由利于學生知識的獲得與保持,達到提高教學教學的目的。

目前為止,所實用的絕大多數傳統以及理論證明等均被應用于計算機輔助教學系統,以提高其智能性和實用性。早期絕大多數計算機輔助教學將全部教學信息以編程方式預置于課件中,這樣的以及理論證明等均被應用于計算機輔助教學系統,以提高其智能性和實用性。因此現有的以及理論證明等均被應用于計算機輔助教學系統,以提高其智能性和實用性。早期絕大多數計算機輔助教學系統面臨許多挑戰,它主要存在以下幾個方面的問題。

1.計算機輔助教學系統的閉塞性

不具有開放性是目前以及理論證明等均被應用于計算機輔助教學系統,以提高其智能性和實用性。其弊端在于固定內容的局限性使課件的適用面狹窄,而且設定的運行路線使授課缺乏自主性;授課的針對性不強;無法利用新出現的資源在較高起點上進行二次開發。

2.智能性的欠缺

現有的計算機智能輔助課件系統不能對不同何曾度的學生進行有針對性的教育,學生的學習是被動的,不能由系統自動提供助學信息而使學生有選擇地學習。。

3.人機交互能力較弱

現有計算機智能輔助大多以光盤作為信息的載體,將材料中的內容以多媒體的形式展現出來,教學信息是按預置的教學流程機械式地提供給學者,學習者使用計算機智能輔助課件學習是完全被動的。

4.教師與學生的互動在教學中的缺乏

現有計算機智能輔助課件在學生自學以及進行操作使用時,如何學習都是學生自己的事。教師不能全完了解學習者的情況,學生在蹦到問題時不能向教師求教,師生之間互相封閉,談不上師生互動,因此課件所起的效果大打折扣。

5.課程特點沒有突出

各門課程在教學上有不同的要求,但現有課件對于這些不同要求完全不予理會。例如很多課程都要涉及到大量的曲線或曲面,對有些課程來說,將這些曲線或曲面給出了一個簡單的展示就足夠了,而有些課程這樣的展示不能達到教學目的的要求。

6.教學計劃的欠缺

在課件的開發過程中實際上離不開教學策略的設計,但課件的制作者往往并未意識到這一點。例如:現有的絕大多數課件都是單一的展播式,這樣的可見制作“精美”,但它不可逆、不能互動。實際上運用課件教學只是手段而不是目的,應該在教學設計理論的指導下講求課件的實效性,著眼點在于學生學習新知識、掌握新技術、培養各種能力有幫助,而不是表面上的制作“精美”。

綜上所述,現有的計算機智能輔助存在許多問題,隨著新技術的不斷出現,這些問題將使計算機智能輔助越來越不能適應新的要求。因此以智能計算機智能輔助為代表的心的計算機輔助教學系統將成為教育技術上需要不斷探求、努力實現的發展方向。

三、智能計算機輔助教學系統

智能計算機輔助教學系統(Intelligent ComputerAided Instruction),簡稱ICAI。教學過程是一個復雜的教與學的思維過程,它需要教師以專門知識和經驗為依據,經過吸取、講解、推理、示例、綜合等多個步驟才能較好地完成。計算機輔助教學實際上是一個由計算機系統輔助教師進行教學以及學生進行學習并得以實現的系統。在智能ICAI中,教學思想、方法、學習內容可用知識形式表示,如何解決知識的形式化表示以及知識的訪問與調用問題,是人工智能的核心技術之一,也是將ICAI引入教育技術領域中所要面臨的一個問題。知識庫是實現知識推理與專家系統的基礎,可以用知識庫作為智能ICAI的構建環境。在知識庫中,教學內容等的有關知識可以用事實與規則表示,并存儲于知識庫內,教學與學習過程既是對知識庫中知識進行推理,并最終得出所需結果的過程。ICAI系統的一般包括以下幾個模塊:

1.知識庫。知識庫是關于教學內容的模塊,解決“教什么”問題。知識庫中的教學內容有待于教學與控制模塊和學生模塊進行選取、調用。

2.學生模塊。學生模塊是用于記錄學生的學習情況,對學生學習的各個環節信息進行搜集,以便系統對學生的學習情況進行自動評估,提出具有針對性的學習建議和個別化的輔導。學生模塊描述學生對教學內容理解、掌握的程度,系統可以根據學生模塊的具體情況調整教學策略并提供適當的反饋。

3.用戶接口模塊。這是系統與用戶交流的界面。整個系統依靠用戶接口模塊把教學內容呈現給用戶、接受用戶輸入的信息、并向用戶提供反饋。

4.教學與控制模塊。這是教學過程與整個系統的控制模塊,涉及到“如何教”的問題。它具有領域知識、教學策略和人機對話等方面的知識。根據學生模型提供的學生學習情況,通過智能系統的搜索與推理,得出智能化的教學方法與教學策略,能夠較科學地評估學生的學習水平,可以通過分析學生以往的學習興趣和學習習慣,預測學生的知識需求和常犯錯誤,動態地將不同的學習內容、學習方法與不同的學生匹配,智能地分析學生錯誤的原因進而針對地提出合理的教學建議、學習建議以及改進方法。

新世紀的教學將是以智能化的ICAI為主線,是多學科、多方位發展的新技術的體現。隨著人工智能技術的發展、計算機輔助教學的成效將更加明顯。

參考文獻:

[1]王萬森.人工之恩那個原理及其應用.電子工業出版社,2007-3-4.

[2]李東.人工智能技術發展概述和應用.可編程控制器與工廠自動化,2006-6-9.