基于智能導師系統的智慧實訓研究

馮霞敏 劉大君

摘要：隨著人工智能技術逐漸進入教育教學領域，引發了職業院校技術技能實訓模式的改革創新，智慧實訓成為職業院校培養創新型技術技能人才的主要路徑。本文所研究的智能導師系統，正是基于人工智能技術，為學生提供個性化、智能化學習的智慧實訓系統。通過對中外相關文獻的分析，對智能導師系統的概念、研究現狀、主要要素等進行敘述，并結合導游講解技術技能實訓的需求，建立導游講解智慧實訓模式，促進導游講解的自適應實訓及智能化評價。

關鍵詞：智能導師系統;智慧實訓;導游講解

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094-（2018）12C-0027-04

一、智能導師系統的研究綜述

（一）概念

智能導師系統（Intelligent Tutoring System，ITS）是利用計算機模仿教學專家的經驗、方法來輔助教學工作的計算機系統。本文所研究的智能導師系統，是指基于人工智能技術，為學習者提供個性化的學習指導和智能化的學習評價反饋的教學系統。

（二）研究現狀

在國際上，智能導師系統這一概念由Sleeman和Brown于1982年正式提出。智能導師系統是利用計算機模仿教學專家的經驗、方法來輔助教學工作的計算機系統。20世紀90年代后，隨著計算機網絡技術、多媒體技術、人工智能技術、虛擬技術等興起及其在教育領域的運用，智能教學系統進入了實踐應用時期。如南加州大學開發的RIDES系統、斯坦福大學的MMAP系統、北伊利諾伊州大學的CIRCSIM-Tutor等。

在國內，智能導師系統的研究大概起始于19世紀80年代末。研究者認為，智能導師系統是一種提供個性化指導的教學系統，主要研究領域為知識建構、系統模型開發、集成環境開發等。進入2000年，國內學者開始關注教學過程、知識庫、學習者模型、教學策略、教學設計等，并且把數據分析、人工智能、虛擬現實、情感計算等新技術應用于智能導師系統。鄧文新等（2002年）提出基于本體的智能導師系統研究中，把自然語言的理解和交互作為當時智能導師系統開發的困難之一。可見，雖然研究者已經意識到人工智能等新技術在智能導師系統中的應用，但由于新技術在教育領域應用滯后，所以十幾年前的智能導師系統研究多為概念系統。

隨著技術發展，人工智能技術逐漸進入教育領域，為智能導師系統的構建提供技術支撐，主要體現在語音識別技術、自然語言處理、情感計算、虛擬現實等技術與系統的創新融合。在對自然語言處理上，目前已經能實現對文本的分析和知識管理，通過語音識別實現智能問答及面向語言教學的實際應用（主要在英語教學）;而隨著穿戴設備的發展，情感計算通過采集學習者面部表情、手勢、生理數據等，分析學習者的情感狀態，給予學習者合適的激勵、調節與幫助;虛擬現實和增強現實技術則創設了交互式、沉浸式的學習環境。

通過閱讀關于智能導師系統的相關文獻，發現目前國內外研究者對智能導師系統開發的要素提出多種結構，其中必備要素為三個：專家系統、學生模型、導師模型。專家系統屬于資源領域，涉及領域知識獲取、知識庫構建等;學生模型屬于學習領域，涉及學習原理、學習路徑、學習活動、學習風格、學習過程等;導師模型屬于教學領域，涉及教學策略、動態跟蹤、診斷與評價等。

研究中，筆者發現美國《教育傳播與技術研究手冊（第四版）》中提出了與智能導師系統相近概念的兩項新興技術：教學代理和自適應學習技術。教學代理（Pedagogical Agent，PA）是用于在線學習環境以滿足不同教學目標要求的、類似教師的虛擬角色，可以認為是教師的虛擬化身，能夠承擔多種角色，如助教、教練、專家、顧問、激勵者、學習伙伴等。自適應學習技術（Adaptive Learning Technologies，ALT）是指根據學習者的個性特征與具體情況，通過呈現適當信息與學習資料、提供反饋和建議來創設符合學習者需要的智能學習環境的技術。通過對三者的概念比對，可以得出三者在教學及應用上有區別，智能導師系統注重教與學的綜合策略，教學代理在實際中的應用體現為智能家教機器人，而自適應學習技術目前在國內尚沒有真正意義的應用。

綜上所述，借助智能導師系統，搭建智能化的實訓平臺，建立導游講解課程的專家系統、學生模型和導師模型，將促進學生自主學習和個性化學習，為導游講解智慧實訓創設智能化的教學環境。

二、智慧實訓的研究綜述

（一）概念

智慧實訓是以滿足學習者的實際需求為最終目標，以智慧教學理論為教學指導，以物聯網、云計算、人工智能等先進的信息技術為支撐，為學習者提供個性化、多樣化的實訓教學。智慧實訓的特點是在線、協作、移動、自適應。智慧實訓需要有具有感知功能的智慧實訓室，具有數據采集和分析功能的在線系統，具有個性化、自適應的智能推理，具有針對專業學科的龐大的專家系統，能實時、在線進行評價、反饋，能實現多人協作實訓等。

（二）研究現狀

在知網中以“智慧學習”“智慧教學”“智慧課堂”為搜索關鍵詞，發現從20世紀50年代就開始有相關研究，研究成果較多。以“智慧實驗”為關鍵詞，共有1371篇文獻，主要集中在物理、化學、科學、生物等基礎學科。以“智慧實訓”為關鍵詞，共有167篇文獻，通過關鍵詞共現網絡分析，智慧實訓以“物聯網”為核心，輻射智慧實訓、智慧農業、智慧旅游、智慧商超、專業建設、智慧校園、智慧城市等關鍵詞。研究領域主要為物聯網、計算機網絡、農業、加工制造、旅游等專業。從以上文獻分析看，目前對智慧教學的研究較深較廣，但是對于職業院校智慧實訓的研究尚屬于新興領域。

實驗實訓是職業院校培養學生技術技能的課程。在傳統實驗實訓中存在諸多問題，如教師指導面受限、實訓資源分散、教學反饋評價碎片化、教學管理粗放、因材施教難以實現等。隨著物聯網技術、穿戴設備、大數據分析等技術，實驗實訓可以被感知、被分析，故而智慧實訓開始出現。

對于智慧實訓的研究，國內外研究者主要關注智慧學習環境、智慧實訓室、智慧實訓模式這三個方面。

對于智慧學習環境的研究，目前較為成熟。國外研究者認為，智慧學習環境是一個以信息通信技術的應用為基礎，以學習者為中心的且能適應學習者不同的學習風格和學習能力，為學習者終身學習和發展提供支持的環境。祝智庭教授認為，智慧學習環境是以先進的學習、教學、管理和利用的思想和理論為指導，以現代信息技術、學習工具、學習資源和學習活動為支撐，可以全面感知學習情境信息并獲得新的數據，或者對學習者學習行為數據進行科學分析和數據挖掘，能識別學習者特性和學習情境，靈活生成最佳適配的學習任務和活動，引導和幫助學習者進行正確決策，有效地促進智慧能力發展和智慧行動的新型學習環境。

對于智慧實訓系統平臺、實訓室的研究是智慧實訓研究的熱點。如黃麗芬等提出了數據驅動的智慧實訓室服務模式，設計以智慧實訓室感知層的建設為實踐平臺，將物聯網服務與設備感知融合，提出一種基于數據驅動的、支持各感知設備，直接感知控制的物聯網智慧服務模式。在現代服務業實訓室建設上，黃莉娟基于會計對實務操作技能的高要求，在“互聯網+”時代到來之際，提出打造一個能夠適應“互聯網+”的集智慧教室、移動學習、智能識別、信息化互動教學等在內的會計智慧實訓平臺。綜上，物聯網技術、虛擬仿真技術較多地應用在智慧實訓系統平臺構建和智慧實訓室建設上。智能導師系統的應用比較少。

對于智慧實訓模式的研究成果比較少。如曹育紅對智慧學習環境下師徒共同體職業技能實訓課程開發模式研究，把智慧學習環境作為建立新型師徒共同體的基礎，在智慧學習環境建立師傅社群、徒弟社群和技能社群，按照職業技能推送方式的不同，建立用于職業技能傳承的師傅主動型共同體、徒弟主動型共同體和智慧配對型共同體?？锶A云依據創新教育的背景意義，提出創新教育方案“一三一”教學模式，探索高速鐵路軌道交通智慧實訓與創新教育。倪珊珊提出在智慧旅游背景下要進行課程體系改革，加強產學研結合，加強校內實訓室的科技化，創新旅游管理應用型人才培養模式。

三、基于智能導師系統的導游講解智慧實訓模式研究

（一）問題的提出

2017年11月，江蘇省13市進行了中等職業學校學生專業技能抽測工作，其中旅游服務項目主要測試了學生的導游講解技能和導游應變技能。這兩項技能是旅游類專業學生必備的專業技能。但是從測試現場的反饋情況和抽測結果的分析報告來看，反映出一些問題。（1）從技能水平看，大部分學生的導游講解只能做到流利地背誦，缺乏導游職業崗位所需求的生動而富有感染力的表達，學生講解時表情和肢體語言也比較單一。這說明，在學校日常技能教學中，存在著訓練目標不明、教學模式傳統、評價標準不一等問題。（2）本次抽測還暴露出考核評價的問題。由于導游講解技能的考核主要依靠主觀評價，雖然有統一的評價標準，但是由于評價者的技能水平和現場聆聽的實際感受不一，對于學生導游講解的評價出現同一學生但兩位考評員所打的分數差距較大的情況。

（二）導游講解智慧實訓模式的構建

智能導師系統在英語口語、英文寫作等基礎學科領域已經有較為成熟的研究和應用，旅游類專業的導游講解技能訓練包括導游語言表達、導游詞寫作等兩個學習領域，與英語口語、英文寫作有相似之處，但是由于學科領域、學習對象、教學策略等不同，在專家系統、學生模型、導師模型的設計上是完全不同的?；趯в沃v解智能導師系統不僅促進了智慧實訓的開展，也意味著導游講解評價即將開啟智能化評價，這對現在的導游講解訓練方式和評價模式是顛覆性的變革。

1.系統開發。智能導師系統在英語寫作、英語口語訓練上已有實際應用，可以借鑒其相關功能和訓練模式應用于導游詞寫作、導游講解。但是系統架構中關于專家系統、學生模型、導師模型必須以導游講解的學習內容、學生對象、技能要求、教學策略進行重新架構。以某景區為例，首先須開發與景區景點講解有關的專家系統，然后依據導游考證、技能考試、導游技能大賽、行業企業崗位要求等設計學生模型，借助虛擬仿真資源、多媒體資源、知識圖譜、語料庫等設計導師模型，最后整合在導游講解實訓平臺中。語音識別技術將實現講解語音到導游詞文本的智能轉換，基于知識圖譜和語料庫能實現對導游詞的智能批改，對導游講解的智能評價和即時反饋。如果技術支持，還將引入穿戴設備、情感計算技術對技能實訓的檢測和激勵機制。智能導師系統的平臺、數據庫、資源標準、技術應用等一旦確立，就可以復制推廣到更多地區和更多景點。系統開發是實施智慧實訓的保障和前提。

2.模式研究。在智能導師系統支持下，導游講解智慧實訓模式包括VR情境漫游模式、自適應實訓模式、智能化評價模式這三個方面，實現實訓環境情境化、實訓資源數字化、實訓過程數據化、實訓成果可視化、實訓評價智能化。

VR情境漫游模式是借助VR技術構建虛實融合的交互環境，為學生營造仿真沉浸的實訓環境。學生登錄實訓平臺，選擇游覽模式，戴上VR裝備，能身臨其境地漫步景區，進行自主探究。虛擬景區的AI導游可以帶領學生開展虛擬游覽，通過智能交互問答，學生能在三維仿真景區的漫游中觀察環境、掌握知識，形成游覽經驗。

自適應實訓模式為每一位學生量身打造了學習路徑、學習內容和學習伙伴。學生登錄實訓平臺，選擇講解模式，以導游身份開展模擬講解。語音識別技術把學生講解內容轉換為文本，系統能自動判定學生講解內容的正確性、完整性，講解語音的標準度、流暢度、自然度等，從而給學生一份智能反饋報告，學生可依據反饋報告進行個性化調整。例如，有的學生講解內容出現了科學性問題，系統會自動推送微課視頻、示范講解、文本知識等資料給學生進一步學習;有的學生語言表達不夠流暢，系統給予關鍵詞提示，讓學生能圍繞關鍵詞進行展開式講解訓練。通過自適應模式，學生在智能評估中不斷調整，從而提升講解技能水平。

基于知識圖譜和高頻詞分析可實現導游講解的智能化評價。通過比對，智能評價學生講解的內容、語音語調等，從而做出智能評判。

（三）導游講解智慧實訓的創新意義

1.開發智能導師系統用于專業實訓，創新第二代學習管理系統。人工智能已經與社會生活方方面面都有緊密聯系，但是在教育領域的具體應用不多，對于職業院校而言，技術技能訓練中采用人工智能技術應該是最恰當的結合點。智能導師系統是基于人工智能技術，可以說是在現有的實訓教學平臺上安裝了一顆智慧的大腦，為學生學習和實訓提供更為科學、智能、個性化的指導，屬于第二代學習管理系統。借助智能導師系統，從傳統的機械式的實訓跨入到培養學生創新創造能力的智慧實訓時代。

2.關注技術技能型人才培養，為智慧旅游時代培養創新人才。旅游行業受新技術和互聯網+影響比較大，如在線電商對傳統旅游企業有較大的沖擊，谷歌AR智能導航、科大訊飛即時翻譯器都取代了傳統導游的部分職業功能。2017年9月，北京侶程科技發布了最懂旅行的人工智能導游“AI導游”。這些新技術的發展，也促使旅游職業教育要對旅游人才的培養目標重新定位。從現狀看，在傳統實訓模式中，學生技能訓練量少，導致自信不足，語言表達生硬，協作能力差，知識廣度與深度關聯性不足，拓展性、創新精神缺乏等。通過智能導師系統，能轉變技能實訓方式，轉變評價模式，進一步提升職業院校旅游類專業學生適應人工智能時代所必須具備的核心競爭力。

3.導游講解智慧實訓是智慧校園建設、省技能考試平臺的創新實踐。2018-2020年是智慧校園建設三年規劃期，其中智慧實訓是學校智慧校園建設的重要部分。同時，2017年江蘇省率先制定全省中等職業學校技能標準和技能測試方案，無錫旅游商貿高等職業技術學校成為旅游類專業技能標準和技能測試方案制定的牽頭學校和考點學校。學校組建團隊對旅游類專業的通用技能進行了調研，確定了以導游講解技能、導游服務技能、導游應變技能、線路設計技能作為中職旅游類專業的通用技能。其中，導游服務技能、導游應變技能、線路設計技能均能通過在線平臺進行實訓教學與考核評價，而導游講解技能因為需要主觀評判，目前只能進行現場實訓和測評。如何實現在線、科學的智能化評價，期望用新技術來變革實訓模式和評價，通過智能評價系統實現學生導游講解實訓的自適應訓練，實現區域間協同實訓的科學評價。

責任編輯：謝傳兵

Research on the Intelligent Training Based on the Intelligent Tutoring System

FENG Xia-men & LIU Da-jun

（Wuxi Higher Vocational School of Tourism & Commerce， Wuxi 214045， Jiangsu Province）

Abstract： With the gradual entry of artificial intelligence technology into the field of education and teaching， the reform and innovation of the training mode of technical skills in vocational colleges have been triggered. Intelligence training has become the main way to train innovative technical talents in vocational colleges. The intelligent tutoring system studied in this paper is based on the artificial intelligence technology to provide the students with intelligent learning and personalized intelligent training system. Based on the analysis of relevant literatures at home and abroad， this paper describes the concept， research status and main elements of the intelligent tutoring system， combines the needs of the technical skill training of the tour guides， and establishes the intelligent training mode of the tour guides' explanations， so as to promote the adaptive training and intelligent evaluation of the tour guides' explanations.

Key words： intelligent tutoring system; intelligent training; tour guide explanation