基于移動終端的智能導學APP設計與開發研究

周心偉　秦媛媛　王超

摘 ?要：智能導學APP的出現主要源于人工智能技術的發展，其基本原理是借助計算機扮演的教師角色實行針對學生的個別化教學。文章首先指出智能導學APP的基本內涵和它的智能性表現，其次說明建構主義理論、混合學習理論和自主學習理論是智能導學APP的生成基礎;最后提出基于移動終端的智能導學APP設計結構，具體從領域知識庫模塊設計、學生知識模塊設計以及教師知識模塊設計三個層面進行論述。

關鍵詞：智能導學;建構主義理論;混合學習;領域知識庫

中圖分類號：TP311.52 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）31-0026-02

Abstract： The emergence of intelligent tutoring APP mainly stems from the development of artificial intelligence technology， and its basic principle is to implement individualized teaching for students with the help of the role of teachers played by computers. This paper first points out the basic connotation and intelligence performance of intelligent tutoring APP， then explains that constructivism theory， blended learning theory and autonomous learning theory are the bases of intelligent tutoring APP， and finally puts forward the design structure of intelligent tutoring APP based on mobile terminal， which is discussed from three aspects： domain knowledge base module design， student knowledge module design and teacher knowledge module design.

Keywords： intelligent tutoring; constructivism theory; blended learning; domain knowledge base

1 智能導學APP的智能性

1.1 智能導學APP的基本內涵

智能導學APP是一款借助人工智能技術，根據具體學科的教學內容和教學要求，在移動終端上建立起來的程序，它主要充當教師的角色，實現向具有不同學習需求和學習特征的學習者傳授知識的目標。智能導學APP的出現是我國教育領域由現代遠程教育向智能教育逐步過渡的重要標志，它不僅是現代數字化教學的重要載體，更是一項涉及教育學、計算機科學、人工智能學等多重綜合性交叉學科，實現對學生進行個別化教學，按照學生對知識的理解程度自動調節教學速度、并適時模擬人類進行教學活動的軟件系統。[1]

1.2 智能導學APP的智能性

新課程改革要求教育領域使用數字化教育資源，倡導結合計算機、多媒體、互聯網等多種網絡技術實現與教學內容的逐步整合，從而改善現代教育的教學方法、教學模式和教學效果。智能導學APP作為一款具有高度互動性和技術集成性的學習系統，其研發的主要目的是由計算機系統擔任學習者的指導教師，通過系統自動模擬專家的教學思維，代替教師擔負教學任務并取得最佳的學習效果;同時達到能夠有效激發學生的學習積極性和主動性，提升學生獨立獲取知識、獨立分析問題和解決問題的能力，開發學生的智力并培養學生能力的功能。

智能導學APP具有以下幾個基本的智能性特征：首先，具備完整的知識體系和教學資源。該導學系統知識庫中儲存了針對某一領域的學科知識，教學知識點以及教學資源之間都建立了明確聯系，這可以使學習者快速找到切入點進行學習，方便從不同學習資源和知識點的聯系中進行摸索。其次，能對學習者進行個性化的學習指導。智能導學系統中的數據分析功可以根據學習者的學習特征、學習水平和學習情況適當調整學習內容和教學進度，根據學習者的學習進度自動生成習題，使學生自動解決學習問題并生成解答。再次，該系統具有教學評價的功能。系統具有自然生成的語言理解能力，可發揮自身的解釋咨詢功能，提高人機的交互性，診斷學生的錯誤學習行為和評價教師的教學行為，使得教師不斷在教學中改善教學策略。[2]

2 智能導學APP生成的理論基礎

2.1 建構主義理論

建構主義學習理論認為，學習者獲取知識不僅僅依靠教師進行傳授，而是學習者在教學者的指導下，利用一定的學習資料，通過意義建構的方式獲取所需知識，“情景”“意義構建”“會話”和“協作”是為學習者構建學習環境的四種主要要素。在學習的方法層面，建構主義理論強調學習者的認知主體作用和教師的指導作用：教師是意義建構的幫助者和指導者，而不是知識的被動灌輸者;學生是知識意義的主動獲取者，而不是在外部刺激下的知識被動接受者。在學習環境層面，學習環境只是學習者進行自由學習的場所，學生通過利用各種信息資源和學習軟件達成自己的學習目標，在此過程中，學習資源和學習軟件只是學習者的認知工具。

2.2 混合學習理論

混合學習理論主要在網絡學習快速發展的時期，人們對學習者學習技術環境進行反思而逐漸興起的一種學習理念。首先，混合學習是一種學習方式，具體包括面對面學習、實時互聯網學習、虛擬課堂學習、學生合作學習等多種形式的學習模式。其次，該學習模式強調以技能為導向，以此讓學習者掌握特殊的知識和技能，混合學習理論強調將教學技術和實際教學任務進行緊密結合，為學習者提供一個相對和諧的學習環境。綜上所述，混合理論的實質是將學生的學習主體地位和教師的指導地位進行結合，發揮在線教學和傳統教學的優勢，通過“混合式”的教學模式促進傳統教學方式的變革。關于混合學習理論的研究可以為智能導學系統的研究提供理論支撐。[3]

2.3 自主學習理論

自主學習理論強調學習者對自身負責的學習態度，該理論的主要內容包括：學習者有內在的學習動機，在學習過程中學習者對學習時間有合理的安排、找到適合自身的一套完整的學習方法，在學習行為方面學習者能意識到學習效果并保持對學習環境的高度敏感性。自主學習的基本特征是：教師在學習過程中引導學生自主制定學習計劃、自主選擇學習方法并對自身學習結果進行客觀評價。自主學習理論明確學習者應樹立高度的自覺學習意識，增強對自身的學習激勵和自我控制。

3 基于移動終端的智能導學APP設計

基于移動終端的智能導學APP開發設計的主要目的是：對教師而言，輔助教師變革傳統的教學模式、創新教學方式、更好地進行網絡在線教學;對學習者而言，可以按照教學系統中的內容，利用視頻、微課以及網絡技術等多種形式，完成課后習題并進行自我檢測。以下是對智能導學APP設計結構的具體闡述。

3.1 領域知識庫模塊設計

智能導學APP的領域知識庫的設計尤為重要，完善的領域知識庫模塊可以有效反映各個知識點之間的相互關系、向學習者表達較為完整的知識內容。領域知識庫是人工智能技術與數據庫知識產物的相互融合，它是整個智能導學APP的核心部分。知識庫模塊一般由知識點庫和知識樹兩部分構成：知識點庫主要包括事實、概念、定義等內容的集合，知識點庫中的每個知識點都指向相關的輔導教學軟件、知識題庫以及知識素材，各個知識點之間的關聯程度十分緊密，是連接知識點的重要紐帶;知識樹主要通過樹狀結構進行體現，其主要作用是將課程之間的知識集按照章、小結等多種形式組合而成。要建立完整的領域知識庫模塊，必須根據各個學科的特點將學科知識分解為多種知識節點，從而完整地表達教學單元。為明確清晰地表達知識點，需要處理好知識點屬性和知識點關系這兩個層面的內容。[4]

3.2 學生知識模塊設計

在學生知識模塊設計中，針對學生的具體知識點設計應達到描述學生基本信息、反映學生基本知識和能力水平的目的。學生知識模塊設計是智能導學APP中的一種表示學生知識水平和認知結構的數據模型，因此系統設計必須實現隨時檢查學生知識能力、引導教師確定教學內容的目的。學生知識模塊設計的重點部分是認知學生模型的設計，該模型主要包括學生當前學習狀態、學生學習檔案以及學生認知信息等多種內容。學生的當前學習狀態信息是指學生登錄系統之后，系統自動根據學生的訪問痕跡添加更新并在界面加以顯示的信息，該信息顯示可以在一定程度上激發學生的學習熱情和滿足學生的成就感;學生的檔案信息通過在學生學習過程中自動生成，從而將這些信息反饋到學生模型中，學生通過查看學習模型中的學習檔案信息，能夠自動調節學習進程并完善自身的學習方式;認知學生模塊主要依據學生使用課件的具體表現，通過對學生理解、記憶等多種能力的考察了解其實際情況?？傊到y可以將這些信息存入學習者的知識庫中，再利用數據轉換的途徑轉入到數據倉庫中，通過推理測評等一系列的方法推斷學習者的學習情況和知識點的掌握狀態，從而為學習者導學提供依據。

3.3 教師知識模塊設計

智能導學APP中的教師模塊主要對教師的教學內容、教學時間以及教學方法等進行詳細的規定，即系統中的模擬教師按照學校的教學要求、在尊重學生認知水平的基礎上，選擇合適的教學方法進行教學活動并及時評價學生的學習行為。設計教師知識模塊主要為了達到以下基本功能：根據學生知識模型中的學習水平和認知結構等基本信息，掌握學生的學習進度，并利用教學知識庫的知識重建學生的教學方案和教學方法。在學生完成一個階段的學習之后，教師知識模型可以根據學生的學習效果等情況提出針對性的評價和改進措施，對學生的學習過程進行綜合總結，針對學生的錯誤學習行為進行積極的反饋和適當的啟發，提出適合的復習方案和補救建議。[5]

4 結束語

綜上所述，為發揮智能導學APP在教學中的最大成效，教師迫切需要改變自身傳統的教學理念、教學模式和教學方法，將智能導學教學模式與傳統教學模式的優勢集中起來，結合實際教學課時的需要，最大程度地抓住學生的學習注意力，通過良好的智能導學策略引導學生利用碎片化的學習時間進行學習，從而提高學生的學習興趣、保證學生的學習質量。因此，開展關于智能導學APP的研究以此促進教師對我國信息化教學的理解。

參考文獻：

[1]劉藝琴.智能導學系統在遠程教育中的應用研究[J].云南電大學報，2012（03）：34-36.

[2]朱莎，余麗芹，石映輝.智能導學系統：應用現狀與發展趨勢——訪美國智能導學專家羅納德·科爾教授、亞瑟·格雷澤教授和胡祥恩教授[J].開放教育研究，2017（05）：04-10.

[3]陸琦.點擊流數據倉庫在智能導學系統中的應用研究[D].長春：東北師范大學，2009.

[4]劉丹.高中生物智能導學系統的開發——以人教版《分子與細胞》為例[D].長沙：湖南師范大學，2017.

[5]尚曉晶.基于“導學案”教學模式的智能導學系統的設計開發與實證研究[D].錦州：渤海大學，2013.