基于人工智能的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

【摘 要】計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的實(shí)際需要應(yīng)用人工智能技術(shù)及復(fù)雜的程序,如自然語言理解、知識表示、推理方法等,一些人工智能技術(shù)的特殊應(yīng)用成果,同時(shí)以及理論證明等均被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng),以提高其智能性和實(shí)用性。早期絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)技術(shù)被應(yīng)用于建立學(xué)習(xí)模塊。這種方法能控制調(diào)練策略并給出適合學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】人工智能 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 教學(xué)與控制

一、人工智能的定義

人工智能也稱機(jī)器智能,它是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科互相滲透而發(fā)展起來的一門綜合性學(xué)科。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)角度來看,人工智能是研究如何制造出智能機(jī)器或智能系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)模擬人類智能活動的能力,以延伸人們智能的科學(xué)。人工智能是一門交叉科學(xué),逐漸形成一門涉及心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、思維可循、信息科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和生物學(xué)科等多學(xué)科的綜合性技術(shù)學(xué)科。

二、計(jì)算輔助教學(xué)體系和現(xiàn)狀

計(jì)算救助教學(xué)是利用多媒體計(jì)算機(jī)的功能與特點(diǎn),利用計(jì)算機(jī)輔助教師完成各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),并通過與計(jì)算機(jī)之間的交互活動,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性,幫助學(xué)生更有效地學(xué)習(xí)。實(shí)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué),有利于認(rèn)識主體作用的發(fā)揮,它所提供的圖像、聲音、動畫等信息由利于學(xué)生知識的獲得與保持,達(dá)到提高教學(xué)教學(xué)的目的。

目前為止,所實(shí)用的絕大多數(shù)傳統(tǒng)以及理論證明等均被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng),以提高其智能性和實(shí)用性。早期絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)將全部教學(xué)信息以編程方式預(yù)置于課件中,這樣的以及理論證明等均被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng),以提高其智能性和實(shí)用性。因此現(xiàn)有的以及理論證明等均被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng),以提高其智能性和實(shí)用性。早期絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)面臨許多挑戰(zhàn),它主要存在以下幾個(gè)方面的問題。

1.計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的閉塞性

不具有開放性是目前以及理論證明等均被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng),以提高其智能性和實(shí)用性。其弊端在于固定內(nèi)容的局限性使課件的適用面狹窄,而且設(shè)定的運(yùn)行路線使授課缺乏自主性;授課的針對性不強(qiáng);無法利用新出現(xiàn)的資源在較高起點(diǎn)上進(jìn)行二次開發(fā)。

2.智能性的欠缺

現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)智能輔助課件系統(tǒng)不能對不同何曾度的學(xué)生進(jìn)行有針對性的教育,學(xué)生的學(xué)習(xí)是被動的,不能由系統(tǒng)自動提供助學(xué)信息而使學(xué)生有選擇地學(xué)習(xí)。。

3.人機(jī)交互能力較弱

現(xiàn)有計(jì)算機(jī)智能輔助大多以光盤作為信息的載體,將材料中的內(nèi)容以多媒體的形式展現(xiàn)出來,教學(xué)信息是按預(yù)置的教學(xué)流程機(jī)械式地提供給學(xué)者,學(xué)習(xí)者使用計(jì)算機(jī)智能輔助課件學(xué)習(xí)是完全被動的。

4.教師與學(xué)生的互動在教學(xué)中的缺乏

現(xiàn)有計(jì)算機(jī)智能輔助課件在學(xué)生自學(xué)以及進(jìn)行操作使用時(shí),如何學(xué)習(xí)都是學(xué)生自己的事。教師不能全完了解學(xué)習(xí)者的情況,學(xué)生在蹦到問題時(shí)不能向教師求教,師生之間互相封閉,談不上師生互動,因此課件所起的效果大打折扣。

5.課程特點(diǎn)沒有突出

各門課程在教學(xué)上有不同的要求,但現(xiàn)有課件對于這些不同要求完全不予理會。例如很多課程都要涉及到大量的曲線或曲面,對有些課程來說,將這些曲線或曲面給出了一個(gè)簡單的展示就足夠了,而有些課程這樣的展示不能達(dá)到教學(xué)目的的要求。

6.教學(xué)計(jì)劃的欠缺

在課件的開發(fā)過程中實(shí)際上離不開教學(xué)策略的設(shè)計(jì),但課件的制作者往往并未意識到這一點(diǎn)。例如:現(xiàn)有的絕大多數(shù)課件都是單一的展播式,這樣的可見制作“精美”,但它不可逆、不能互動。實(shí)際上運(yùn)用課件教學(xué)只是手段而不是目的,應(yīng)該在教學(xué)設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)下講求課件的實(shí)效性,著眼點(diǎn)在于學(xué)生學(xué)習(xí)新知識、掌握新技術(shù)、培養(yǎng)各種能力有幫助,而不是表面上的制作“精美”。

綜上所述,現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)智能輔助存在許多問題,隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn),這些問題將使計(jì)算機(jī)智能輔助越來越不能適應(yīng)新的要求。因此以智能計(jì)算機(jī)智能輔助為代表的心的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)將成為教育技術(shù)上需要不斷探求、努力實(shí)現(xiàn)的發(fā)展方向。

三、智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)

智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)(Intelligent ComputerAided Instruction),簡稱ICAI。教學(xué)過程是一個(gè)復(fù)雜的教與學(xué)的思維過程,它需要教師以專門知識和經(jīng)驗(yàn)為依據(jù),經(jīng)過吸取、講解、推理、示例、綜合等多個(gè)步驟才能較好地完成。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)際上是一個(gè)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助教師進(jìn)行教學(xué)以及學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)并得以實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。在智能ICAI中,教學(xué)思想、方法、學(xué)習(xí)內(nèi)容可用知識形式表示,如何解決知識的形式化表示以及知識的訪問與調(diào)用問題,是人工智能的核心技術(shù)之一,也是將ICAI引入教育技術(shù)領(lǐng)域中所要面臨的一個(gè)問題。知識庫是實(shí)現(xiàn)知識推理與專家系統(tǒng)的基礎(chǔ),可以用知識庫作為智能ICAI的構(gòu)建環(huán)境。在知識庫中,教學(xué)內(nèi)容等的有關(guān)知識可以用事實(shí)與規(guī)則表示,并存儲于知識庫內(nèi),教學(xué)與學(xué)習(xí)過程既是對知識庫中知識進(jìn)行推理,并最終得出所需結(jié)果的過程。ICAI系統(tǒng)的一般包括以下幾個(gè)模塊:

1.知識庫。知識庫是關(guān)于教學(xué)內(nèi)容的模塊,解決“教什么”問題。知識庫中的教學(xué)內(nèi)容有待于教學(xué)與控制模塊和學(xué)生模塊進(jìn)行選取、調(diào)用。

2.學(xué)生模塊。學(xué)生模塊是用于記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,對學(xué)生學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)信息進(jìn)行搜集,以便系統(tǒng)對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行自動評估,提出具有針對性的學(xué)習(xí)建議和個(gè)別化的輔導(dǎo)。學(xué)生模塊描述學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容理解、掌握的程度,系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生模塊的具體情況調(diào)整教學(xué)策略并提供適當(dāng)?shù)姆答仭?/p>

3.用戶接口模塊。這是系統(tǒng)與用戶交流的界面。整個(gè)系統(tǒng)依靠用戶接口模塊把教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)給用戶、接受用戶輸入的信息、并向用戶提供反饋。

4.教學(xué)與控制模塊。這是教學(xué)過程與整個(gè)系統(tǒng)的控制模塊,涉及到“如何教”的問題。它具有領(lǐng)域知識、教學(xué)策略和人機(jī)對話等方面的知識。根據(jù)學(xué)生模型提供的學(xué)生學(xué)習(xí)情況,通過智能系統(tǒng)的搜索與推理,得出智能化的教學(xué)方法與教學(xué)策略,能夠較科學(xué)地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)水平,可以通過分析學(xué)生以往的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)習(xí)慣,預(yù)測學(xué)生的知識需求和常犯錯(cuò)誤,動態(tài)地將不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法與不同的學(xué)生匹配,智能地分析學(xué)生錯(cuò)誤的原因進(jìn)而針對地提出合理的教學(xué)建議、學(xué)習(xí)建議以及改進(jìn)方法。

新世紀(jì)的教學(xué)將是以智能化的ICAI為主線,是多學(xué)科、多方位發(fā)展的新技術(shù)的體現(xiàn)。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的成效將更加明顯。

參考文獻(xiàn):

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[2]李東.人工智能技術(shù)發(fā)展概述和應(yīng)用.可編程控制器與工廠自動化,2006-6-9.

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