C語言智能計算機輔助教學系統模型設計

李春梅（青海大學，西寧，810016）

C語言智能計算機輔助教學系統模型設計

李春梅
（青海大學，西寧，810016）

本文概述了C語言ICAI的總體設計和系統工作流程，并介紹了C語言ICAI的知識庫、學生模型和教師模型。

ICAI；認知能力；知識庫

0 前言

解放出來，而學生可以自由學習領域知識。

根據《中國教育部教育信息化技術標準（CELTS）》中的定義，ICAI（intelligent computer-aided instruction）系統要具有以下三個作用：學科知識，即領域知識庫；記錄學習者的學習過程并能客觀評價學習者的學習能力，并依照其能力給出建議、改變教學策略，即學生模型；可以選擇不同的教學方法實現因材施教，即教師模型。因此，一個ICAI模型包括知識庫、教師模型和學生模型三大基本部分。開發ICAI的目的是讓計算機代替教師，學生能自主的學習領域知識，如此，可以將教師從繁瑣的工作中

1 總體設計

本論文是程序語言C課程為例的進行ICAI系統的設計，其總體結構如下圖1：

（1）知識庫是用來存放某個領域的專業知識的數據庫。本ICAI的知識庫包括C程序設計語言課件庫和試題庫等相關信息。

（2）學生模型中存放有關學習者的各種信息，包括學習者的學號、姓名、性別、班級等相關的個人信息以及可以動態更新的學習情況的記錄信息。

（3）教師模型主要包括兩個子系統：神經網絡和專家系統，神經網絡是依據學習者對單元測試或綜合測試的結果對學習者的認知能力進行評價，并將評價的結果寫入學生模型的認知能力部分作為建議的依據；專家系統是依據學習結果和認知能力對學習者進行下一步學習的建議和意見，包括選擇哪種類型的課件和對哪章知識的學習。

（4）學生界面是學習者進入系統的入口，在此界面學習者可以通過知識點導航的選擇，決定對哪一章節進行學習的選擇。

（5）教師界面是教師或管理者和系統交流的接口。

2 ICAI系統工作流程

本C程序設計語言ICAI系統中的學生模型是采用認知型學生模型。反映了學生對每個章節的知識點的認知情況和整個課程的認知狀況。學生者從學生界面登錄到系統后，在知識點導航部分選擇知識點并按照系統的建議選擇某類課件進行學習，學習結束后進行單元測試。初次登錄時要求學生者將自己的個人信息輸入到學生模型的靜態信息部分的存儲結構中；并接受初次認知能力評價，建立自己的學生模型庫。然后按照認知評價結果的建議選擇第一章第一個知識點的某類課件進行學習，然后抽題，進行單元測試，按照測試結果，系統將給出學生的認知能力評價，并將評價值寫入學生模型中可更新的動態信息結構中；系統將按照評價值給出下一知識點繼續的學習建議或本知識點重新學習的建議，包括建議選擇哪類課件學習，并將這些信息寫入學生模型，再次進行學生模型的動態更新。直到所有知識點學習完畢，可以進行綜合測試，系統按照測試結果給出綜合評價值及需要對哪些知識點再次學習的建議并寫入學生模型。

3 知識庫

3.1知識庫

知識庫，也叫領域模型，它是某個領域或學科知識的知識庫結構，是ICAI系統的基礎。本C程序設計語言ICAI知識庫主要包括每個章節的三類學習課件和每個章節的單元測試題以及綜合測試的綜合測試題及其答案。這三類課件的設計均是采用布魯姆知識分類法進行設計的，包括基礎知識講解類課件，簡單習題講解類課件和高級知識講解類三類教學課件和對應的三類試題庫及其答案。無論是課件的制作還是題庫的設計，均依照布魯姆教育分類法進行設計，進行課件的分類和試題類型的設置，以充分實現因材施教。

3.2學生認知能力

認知能力是個人在重構和應用知識時所具備的能力，它是由美國著名教育心理專家布盧姆在1956年在他的著作《教育目標分類學 ：認知領域》中最先提出來的。他指出認知領域的目標是指知識的結果，包括知識、理解、運用、分析、綜合和評價六類。

知識，也就是對知識接受和記憶的能力。在C程序設計語言中，主要表現在對各種C程序設計語言語法的記憶能力。學習C程序設計語言時，學習者在記憶各種概念、理論、過程、函數等的基礎上，首先通過多次模仿教材中提供的案例進行強化練習，以增強識記能力也增強理解能力。在試題庫中以填空題或選擇題的形式呈現。

理解：能將此知識系統化和內在化，能用自己的方式來詮釋所獲得的信息的能力。具體體現為以下三種形式：一是轉換，即用自己的語言或用與以前不同的方式來闡釋所學的知識；二是解釋，就是對一個信息給以說明或解說；三是推斷，就是能利用所學知識對事物發展趨勢進行預測。在題型庫中多以判斷題，選擇題、改錯題、閱讀題等形式出現。

應用：將所學的知識應用于新情況中的能力。在C程序設計語言中，運用C語言編程來解決簡單的問題，在題庫中多以簡單編程題的形式出現。

分析：能宏觀把握問題、分析問題的能力，把大的問題進行分解為多個小問題，再對多個小問題進行細化，并找出這些問題之間的聯系的能力。在C程序設計語言中，主要在函數、結構體、共用體、文件等章節的學習中體現得比較多。在試題庫中也是以較復雜的函數調用關系或循環結構的多層嵌套等問題的解決。

綜合：將相關的知識綜合起來，形成新模式的能力。在C程序設計語言中，如何把抽象的實際問題，經過分析和細化，把它轉化成C語言能夠實現的問題。

評價：能夠對具體的知識以及知識外化形式的事實、思想和方法作出科學的價值判斷，根據已有知識或給定的標準對事物作出評價和鑒定的能力。在C程序設計語言中，主要體現在一題多解的問題中。針對一個問題，可以從多角度進行分析，比較每種方法的優劣等。或者，對一個復雜問題的一個解決方案進行評價其優點和缺點。

一般來說，綜合能力，評價能力和應用能力強的學生，識記能力，理解能力和分析能力都是很強的，反之，則不然。

3.3課件庫

對于知識點的學習，既要依照大綱要求，又要體現因材施教的目的。依據布魯姆教育目標分類的方法，我們將各章節的知識點內容制作三類基礎知識講解，簡單習題講解，高級知識講解存放在課件庫中?；A知識講解類課件，完全按照傳統教學模式制作課件，通過此課件的學習讓學習者掌握C語言程序設計課程中的基礎知識。簡單習題講解類課件，主要是通過習題的剖析，引出基本概念，即，將基本概念融合在習題的過程中，讓學生在做題的過程中掌握C程序設計語言總的基本概念、理論等知識。高級知識講解類課件，每一個章節中選擇典型案例進行分析和講解，這是案例教學法，通過復雜問題的分析講解，循序漸進地將理論知識溶解在問題中，在問題的解決過程中，掌握知識點的概念、理論并掌握其應用。使學生在刨析問題中學習C語言知識，也培養了解決實際問題的能力，并提高學生的綜合和評價認知能力，培養學生的思維方式。

3.4測試

3.4.1題庫

題庫是知識領域中的一個重要組成部分，試題庫結構主要包括，試題編號，所屬章節，題型（填空，選擇，程序分析，程序改錯，程序設計等，綜合分析題等），認知類型（識記，理解，分析，應用，綜合，評價），難度系數，題目內容，正確答案，分值等。

3.4.2抽題

組卷過程采用遺傳算法完成抽題過程。一套卷子里包含N道題，每一題作為為遺傳算法中的基因，而一整套試卷為染色體，多套試卷為遺傳算法中的種群。

4 學生模型和教師模型

學生模型存放靜態信息和動態信息。靜態信息是學習者在初次登錄系統時自己錄入。動態信息中的信息在學習者初次登錄時通過測試初步錄入一次，在后續每章節的學習過程中，經過單元測試后，依照測試結果不斷的進行更新。更新過程是通過和教師模型中的神經網絡系統和專家系統之間的不斷交互中完成的。

測試結果送入教師模型中的神經網絡進行評價，評價結果一方面送入教師模型的專家系統做進一步的分析，給出學習者進一步的學習建議，即實現學生模型的動態更新，另一方面將學習結果和認知能力也寫入學生模型中的動態信息中，完成學生模型的動態更新。

周明.基于WEB的數控培訓系統的智能化研究［d］.天津大學.2007

Design Of intelligent computer-aided instruction Model For C Language

Li Chunmei
（Qinghai university，Qinghai，xi’ning，810016）

We summarized the general design of the C language ICAI system and its workflow.we introduced the C language knowledge base of ICAI model，student model and teachers.

ICAI；cognitive ability

李春梅（1972—），女，青海西寧人，副教授，碩士，研究方向：人工智能。