基于網絡環境的智能計算機輔助教學系統的研究

摘要：文章對比了CAI與ITS的優劣，概述了基于網絡環境的智能計算機輔助教學系統的設計。旨在為提高計算機輔助教學水平服務。

關鍵詞：計算機輔助數學；智能計算機輔助教學系統；網絡

中圖分類號：G434

文獻標識碼：B

文章編號：1002－2422(2010)05－0063－02

1 CAI與ITS

1.1 CAI系統的局限

CAI(Computer Assisted Instruction)即計算機輔助教學，傳統的計算機CAI系統其實就是將一些教學課件和教學錄像搬上了電腦屏幕，再加上一些簡單的聲音、圖像、動畫。實質上，只是一個資料庫，學生接受到的仍然是叫“真鴨式”的教育。只不過這一行為的實施者由老師變為了電腦，采用的教學思想是一種線性程序，所教知識被預先劃分成一系列知識點通過使學生不斷掌握新的知識點而達到教學目的。隨著實際運用的深入，暴露很多問題和不足，主要表現在：

(1)無法給學生提供最適合的學習內容和學習方法，無法達到個別化教學和啟發式教學。

(2)學生在學習過程中遇到問題無法與教師、同學進行討論和交流。

(3)受時間和地點限制，往往只能在課堂、學校機房里單機運行，給自主學習帶來了不便，課件資源也得不到充分的利用。

1.2 ITS的特點

ITS的一個重要教學特征是針對個人，講究因人施教，一個學生一種教學方法。以認知科學為理論基礎，綜合人工智能技術、教育心理學、計算機科學等多門學科的成果而形成的一門對學生實施有效教育的技術。與CAI系統相比，具有以下幾個特點：

(1)交互性。ITS改變CAI系統的教學模式，不再局限于知識講解、多媒體播放這些基本功能，而是更注重教與學之間的關系以及師生之間的互動。

(2)智能性。ITS實際上是一個教學型專家系統，能夠做到懂得所要教授的知識、了解并記憶學生的知識狀況和反應、掌握與學生交互(交流)的方法以及知道如何組織教學內容。做到因材施教，從而達到更好的學習效果。

(3)網絡性。ITS在網絡的支持下，突破了時間和空間的限制，完成在線學習、實時討論、網絡測試等多種教學任務。借助于網絡的優勢，實現了資源共享、信息交換，并且快速更新知識內容。

2 網絡環境智能計算機輔助教學系統設計

2.1基于網絡的ITS總體構架

網絡ITS將具有某一領域的學科知識和相關的教學知識，能對學生進個別化教學，即能根據學生對知識的理解掌握程度，選擇相應的教學策略，在一定程度上模擬人類教學專家進行教學活動。其注重已有知識、人類教學專家的經驗和系統推理功能。其最大特點是可以集中教學專家的智慧，進行因材施教。就ITS所完成的功能而言，其主要由四個模塊組成。

2.1.1領域知識模塊

領域知識模塊是十分重要的模塊，包含了系統試圖傳授給學生的知識，代表了專家的智能；其不僅決定了教學交互過程的內容，也決定了教學目標的結構。ITS提供同領域知識知識相聯系的接口，包含三個基本組件：

(1)用戶接口：滿足用戶和系統之間交互的需要。

(2)推理機制：提供對知識庫的解釋，其結果用于對問題的展示。

(3)知識庫：是專家系統的核心組件，包含許多針對某些應用問題的解決方案。

2.1.2學生模型模塊

指明學生已知道什么和不知道什么以及學生的認知特點，代表了學生智能。系統通過學生模型建立對學生的了解，故學生模型是智能教學系統對學生的模擬，包括學生知識狀態、認知特點和個性特點等。

2.1.3教師模型(又稱為教學策略)

主要是提供有針對性的教學策略，代表了教師的智能。是解決如何組織教學內容的問題，即如何教的問題。主要任務是在相應的教學原理的指導下，選擇適當的教學內容，并通過接口以適當的表達形式在適當的時刻展示給學生。

2.1.4智能人機接口

人機接口是系統與學生交互作用的部件，能理解自然語言的人機接口模塊，即智能導師系統的用戶界面。包括自然語言處理技術的應用、人機對話的處理、對領域知識庫維護的接口、教學策略的修改接口以及學生模型的初始化處理等。

2.2系統流程

在網絡ITS中，學生通過使用學生機房或是家中的計算機登錄到ITS的Server端，通過人機交互，ITS會按其不同的認知水平為其準備不同難度的教學內容。完成學習時，系統通過自適應的測試確定學生新的認知水平，作為其下一次登錄學習時為其準備學習內容的依據，并向學生提出進一步學習內容的建議。同時系統也可為教師利用，教師使用自己的計算機，在教研室或家中登錄到ITS的Serve端，檢查學生的學習進度、學習情況，并依據學生的實際情況，有針對性地對教學內容、測試內容進行更新。教學督導人員在教務機構通過計算機連到ITS的Serve端，對教學過程進行監督，對教學效果按一定的教育統計學規則進行評價。

3 結束語

基于網絡環境的智能計算機輔助教學系統的研制是一個前瞻性的嘗試，在研究過程中有許多需要考慮的問題，如知識表示、學生模型、對話和交互風格、解釋功能的實現、學習和自改進系統等。相信不久的將來，網絡環境的智能計算機輔助教學系統在教學的普及必將給計算機輔助教育領域帶來一種嶄新的模式。