開放式智能化遠程教學系統的設計與實現

摘要:本文針對遠程教學需要，創造性地開發了一個實用的基于Web的開放式智能CAI遠程教學系統，該系統具有學習、練習、測試、學習向導、課程討論和相關鏈接等多項功能。為模塊化框架結構，可拼裝、可拆卸，能夠改變課程內容以適應不同課程的教學。文章首先介紹了系統總體功能結構，并詳細說明了各模塊的工作機制，最后結合實例說明使用該系統在實際教學中的具體運用。

關鍵詞:智能CAI、網絡教學、遠程教育、智能教學系統

伴隨著計算機網絡技術、信息技術、通信技術以及多媒體技術的迅猛發展，教育領域正在經歷一場深刻的、全方位的變革。主要體現在計算機輔助教育系統的廣泛應用。所謂計算機輔助教育(Computer Based Education)，簡稱CBE，即指以計算機為主要媒介的教育教學活動。CBE在教學中的應用形式一般為CAI或智能CAI(ICAI)系統。

1現代遠程教育與基于Web的智能CAI系統

1.1現代遠程教育及其特點

遠程教育(Distance Education)是指利用各種媒體所進行的非面對面教育。而現代遠程教育則是憑借現代信息網絡技術與運用多媒體技術所進行的遠距離教育。[2]基于網絡的現代遠程教育具有以下的基本特點:

(1) 教與學不受時空地域限制。以網絡為基礎，運用多種媒體表現課程內容，實現異地教學。

(2) 具有較好的互動性。師生之間可以互動交流，教師通過網絡答疑解惑。

(3) 節約資源，降低教學成本。利用網絡進行教學，無需場地、教室還可以減少教學管理人員，因此大為降低成本。

1.2基于Web的智能CAI系統

因為現代遠程教育在學習模式上最直接地體現了現代教育和終身教育的基本要求。所以，如何利用現代教育技術更好地實施遠程教育便成為亟需解決的問題。目前，隨著網絡的發展普及，構建基于Web的智能CAI系統并應用于遠程教育不失為一種很好的方法。基于Web的智能CAI(以下簡稱ICAI)系統以網絡為載體，實現了智能化分布式教學。既提高了資源利用率，又不受時空和地區限制，特別是能夠根據學生的學識水平和學習情況確定教學策略、調整學習進度，實現了學生自主學習。

2基于Web的開放式智能化遠程教學系統的設計與實現

由于廣播電視大學屬于遠程開放式教學，學員僅有幾次面授輔導機會，課程學習大都依靠網絡自主學習，因此，迫切需要具有良好交互性的智能化網絡教學系統。為更好地進行遠程教學，激發學生的學習主動性、積極性，提高教學質量，筆者設計了一個實用智能型CAI遠程教學系統，該系統以“多媒體技術基礎及應用”課程為實例進行開發，該系統具有交互功能、即時反饋功能、導航功能、信息過濾功能。并能針對不同能力與水平的學生實現個別化教學，即因材施教。系統為開放式模塊化框架結構，可拼裝、可拆卸，可根據需要添加功能模塊，可以改變課程內容以適應不同課程教學的需要。下面就本系統的設計與實現作一介紹。

2.1系統設計

本系統建立在第三代遠程教育系統模型(The 3th Generation Distance Learning Model，簡稱3GDL)的理論基礎之上，以網絡作為載體，綜合人工智能(專家系統、數據挖掘、數據倉庫)、教育心理學、人機工程學等多門學科的知識，利用計算機模擬教學專家的思維，對教師提供協作式教學、對學生實施開放式學習的智能化教學過程。設計符合ICAI系統一般結構，即由知識庫模塊以及系統管理員模塊、教師模塊、學生模塊組成。系統結構圖如圖1所示。

(1) 系統管理員模塊。該模塊包括:系統權限管理、教師審核、公告管理等子模塊。

(2) 學生模塊。主要包括:課件學習模塊、提交作業模塊、考試模塊和在線交流四個子模塊。本系統建立的學生模塊采用的是具有學習歷史記錄的方法。對某學生已學習過的所有知識點，通過其所作過的練習題分類計算以下幾個平均值:

P=已做過的所有練習題得分的平均值;

Pj=已做過的所有難度為“簡單”的練習題得分的平均值;

Pi=已做過的所有難度為“較難”的練習題得分的平均值;

Pe=已做過的所有難度為“很難”的練習題得分的平均值。

根據這些信息建立學生檔案，并錄入“學習歷史記錄表”。可以實現個別化教學，還可以根據學生的學習情況動態地修改，學生在進行新知識學習時，系統要對其以往的學習歷史有一個評估測試，根據評估值確定學生學習新知識內容的難易程度，使新知識內容與學生的學識水平相匹配。本系統以各章練習的成績做為評估值，生成教學策略。各章習題類型有單項選擇、多項選擇、填空、簡答、操作等，分值和數目不定，難度不等，總分為100分。根據每題的難易程度、考查的不同知識點分配權值并在“題庫表”中的“權值”字段分配，這樣統計的分數能較科學的反映學生的知識水平。系統學生模塊的數據存放在數據庫的各個表中，例如:“學生信息表”記錄基本信息;“學生答案表”記錄學生的練習答案及所做練習題的正誤;“學生習題錯誤表”記錄學生的錯誤知識點及錯誤次數;“點擊次數表”記錄學生的學習次數等。

(3) 教師模塊。本系統教師模塊主要功能是根據學生模塊和知識庫模塊的教學策略知識作出智能化的教學決策并完成智能導航。包括4個子模塊，即課件管理、作業管理、考試管理、在線交流。系統可以及時收集學生的應答信息，并加以分析處理，評判學生的成績;為不同學生選擇不同的教學內容，分析學生出錯原因，判斷并標志出學生當前能夠學習的知識點;還可以提供有針對性的個別輔導和適當的補習材料等。

(4) 知識庫模塊。知識庫包括兩部分知識，一是教學知識;二是教學策略知識。其中教學知識構造為總體線性、局部非線性的結構。總體線性結構是按照課程的知識結構組織的。教學知識以超文本文件形式存放，供學生學習、查詢。“多媒體技術基礎及應用”課教學內容共有6章26節，按照章、節劃分知識點層次結構是線性的，從節的層次開始是非線性的，學生可并行選擇學習的內容，即節中的內容包含一個以上的超鏈接。形成教學策略的知識以數據庫中表的形式存放，如:“知識點邏輯關系表”記錄整個課程各知識點之間的邏輯關系，為構成不同的教學策略使用。

2.2系統功能及其實現

本系統是服務器端執行的應用系統，在客戶端只需運行瀏覽器軟件，就可以完成所有的應用、處理過程。

(1) 系統實現技術。

系統前臺設計使用Dreamweaver8;Flash8;Fireworks8，后臺設計使用Microsoft Visual Studio2008以及C#程序設計語言，數據庫構建采用SQL Server2005。

(2) 系統功能。

① 學習向導功能。該功能主要是對學生的學習狀況進行全面的量化評定，給出適當建議。學生每次進入系統時應首先進入此模塊，了解自己的學習狀況，查看系統建議，以便選擇下一步學習內容，從而科學地進行學習。系統能夠統計學生學習了哪些章節，已做章節練習所獲得的分數并以列表的形式顯示。

② 學習功能。系統學習功能模塊可自行統計出各章節學生已做練習的分數，然后據此確定哪些章節是該學生可以學習的，并顯示提示信息。如果某章節學生已做練習的分數未達到要求，則屏蔽其后各個章節，使該生無法進入。學習功能主要以目錄和搜索方式實現。

③ 練習功能。練習模塊是形成學生模型的主要依據。練習題題型有:單選題、多選題、填空題、判斷題、操作題。學生可任做某章的習題，系統把學生的答案保留在“學生答案表”中，系統將其與題庫表中的正確答案進行比較，判斷正誤，記錄錯題數目以及習題錯誤次數，并把結果顯示出來。

在題庫表中，系統對所有習題都有標注，已做過的題給出分數，未做的題標注“未做”。題庫中的每題都涉及一個或幾個知識點，所以，若某題錯誤，系統到“錯誤知識點表”中去查看這些知識點是第幾次錯。當某知識點錯誤是第一次，則知識點為超鏈接形式顯示。當某知識點錯誤二次時，系統會打開“知識點解釋表”，給出此知識點的從不同于教學內容的另一角度的解釋舉例。當某知識點錯誤三次時，系統會打開“知識點邏輯關系表”，查找到此知識點的上位知識點，以超鏈接形式顯示。以便幫助學生了解錯誤原因，掌握該知識并對錯誤加以改正。當某知識點錯誤次數大于等于四次時，系統給出建議，請重新學習全章或全節的內容。

④ 測試功能。主要是自測試和考試部分，在系統中包括了安全可靠的組卷功能、自動閱卷功能和試題庫。利用測試功能，系統可進行各章或全部內容的測試，可以隨機組卷。學生任選某一試卷后，即可進行答題，單擊“提交”按鈕后，系統會立即統計并顯示成績。成績的顯示以列表給出題號、學生答案、正確答案、正確答案解釋四項內容，正確答案解釋一項為超鏈接形式，點中會顯示詳細的答案解釋。而且，可以選擇限時答卷方式，利用系統定時功能，當時間到，停止答題，自動提交。

⑤ 課程討論區。系統設置了課程討論區，實現討論與答疑功能，能夠支持教師與學生、學生與學生之間的多模式交流(實時、非實時)形式，為網絡教育提供了真正的人與人直接交流的通道。學生與學生之間可以在討論區進行交流，從而實現了學習者的交互。另外，教師還可以利用課程討論區定期或不定期地通過發帖來答疑解惑，彌補學生自學的不足，為師生交流提供方便。

⑥ 相關鏈接。學習者通過相關鏈接可以進入其他學習網站或娛樂網站，以便學習相關知識或者在學習后稍事休息。

3應用實例

開放式智能化遠程教學系統應用于天津廣播電視大學河西分校的“多媒體技術及應用”課程的教學過程。學生可以在任何地方任何時間通過網絡利用本系統進行學習，首次進入系統需要注冊，否則只需輸入學號、密碼登錄。進入系統之后，可以根據需要選擇不同功能模塊。建議首先進入學習向導，閱讀系統提示和建議，然后再進行相應的學習。當然，也可以直接進入課件界面學習。學完一節內容后，一般應通過做作業或隨機測試來檢驗知識掌握的程度，當完成測試題之后系統將給出成績，系統還將答題情況和結果進行記錄并判斷學生是否可進行下一步學習。如果在學習中遇到疑難問題，可以利用課程討論區進行師生之間或學生之間的定時、不定時在線交流。目前，本系統使用情況正常，獲得學生好評。

4結語

本系統的特點是:支持多學科、多課程，在協作的基礎上，達到教學資源的交流、協作、互補、信息共享的目的。能使教師以簡單靈活的方式組織教學材料，通過網絡從視覺、聽覺、書面等多角度把相應的學習內容以最佳的表現方式展現給學生。能夠使教師做到因材施教、使學生能按需求學，從而在現有的網絡教學環境下大幅度提高教師授課質量以及學生學習的效率，而且可以節約教學資源。本系統特點之二是:開放式模塊化框架結構，可拼裝，可拆卸，能夠改變課程內容以適應不同課程的教學，還可以根據各個學校各門課程的不同需要增加相應的功能模塊。以滿足實際教學的要求。而且，系統配置移植比較方便，具有一定的推廣價值。

參考文獻:

[1] 劉國麗，郭鐵柱.基于Web的智能遠程教學系統[N].中國計算機報，1999-10-9(16).

[2] 馬愛麗，張卓奎.貝葉斯網絡在遠程教學中的應用[J].現代電子技術，2008(2):33.

[3] 周蘇峽，李建利.Web數據庫應用實例教程[M].北京:清華大學出版社，2008.

The Design and Realization of the Open Type Intelligence Long Range Teaching System

SHAN Hong

(Department of Computer Science， Officers and workers’ University of Hexi District， Tianjin 300203， China)

Abstract: This text introduced the CAI with the knowledge between intelligence CAI technique and long range teaching and characteristics. Then discussed a practical according to Web open type intelligence CAI long range teaching system design with realizes. The system has six functions: the study， practice， test， study face lead， the course discussion and hyperlink. The system turn the frame construction for mold piece， can put together to pack， can dismantle to unload， can change the course contents to adapt to the demand of the different course teaching.

Key words: intelligent CAI; online education; long range teaching; intelligence tutoring system

(編輯:白杰)