（模式識別與智能系統(tǒng)專業(yè)論文）多維教育免疫艾真體的研究.pdf

摘要 隨著網(wǎng)絡(luò)教育的誕生與發(fā)展 教育信息化 社會信息化進(jìn)程不斷推進(jìn) 社會 對網(wǎng)絡(luò)教育的質(zhì)量要求也越來越高 網(wǎng)絡(luò)課程人性化 創(chuàng)造性思維培養(yǎng)和教育網(wǎng) 絡(luò)安全成為人們對優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)課程期望的焦點 多維教育艾真體 a g e n t 就是實 現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教育人性化和創(chuàng)新培養(yǎng)的一種智能技術(shù) 免疫計算技術(shù)是自1 9 9 7 年在國 際上興起的新型仿生計算 適合于網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用 這兩種新智能技術(shù)都是在國家 自然科學(xué)基金課題 6 9 9 7 4 0 4 3 國家博 點基金課題 9 9 0 5 3 3 1 7 和湖南省自然科 學(xué)基金課題 9 9 j j y 2 0 0 6 2 的研究中提出的 而教育部新世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)工程的 人工智能 網(wǎng)絡(luò)課程項目 1 4 4 1 0 0 0 為本文提供了很好的應(yīng)用背景 這個項目 以國內(nèi)第一部人工智能教材 人工智能及其應(yīng)用 為教學(xué)內(nèi)容主體 借簽智能計 算機(jī)輔助教育 i c a i 系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)驗 引進(jìn)最先進(jìn)的x m l 等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 和艾真體技術(shù) 周密設(shè)計網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)方案 精心開發(fā) 人工智能 網(wǎng)絡(luò)課程原 型 并從一個較小的核心原型逐漸擴(kuò)展為一個完整的應(yīng)用系統(tǒng) 本文以 人工智 能 網(wǎng)絡(luò)課程為教學(xué)內(nèi)容提出了多維教育艾真體的模型 結(jié)構(gòu)及其免疫計算機(jī)理 分析了利用多維教育免疫艾真體開發(fā)網(wǎng)絡(luò)課程的特色和優(yōu)勢 最后以 人工智能 網(wǎng)絡(luò)課程原型的設(shè)計與開發(fā)為例介紹了多維教育免疫艾真體的編程應(yīng)用 本文是這樣安排內(nèi)容的 第1 章提出多維教育艾真體系統(tǒng)的概念 介紹了多 維教育艾真體的三維建模思想 原理和特點 以及基于多維教育艾真體技術(shù)構(gòu)建 學(xué)生模型和腳本模型的方法和分布式多維教育艾真體系統(tǒng)的概念 第2 章對教育 網(wǎng)絡(luò)信息結(jié)構(gòu)化建模 分析教育網(wǎng)絡(luò)模型的性質(zhì) 體系結(jié)構(gòu)和艾真體建造 第3 章具體介紹了多維教育艾真體的免疫算法的設(shè)計方法和仿真實驗 分析了免疫性 對網(wǎng)絡(luò)安全的貢獻(xiàn) 第4 章以 人工智能 網(wǎng)絡(luò)課程原型開發(fā)為例展示了多維教 育艾真體的應(yīng)用方法 總結(jié)了教育信息化的一些經(jīng)驗 最后 第5 章對多維教育 免疫艾真體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用開發(fā)給出一定的評價 并做出展望和結(jié)論 關(guān)鍵字 多維教育艾真體 免疫計算 魯棒性 學(xué)生模型 免疫網(wǎng)絡(luò) 免疫算法 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e mo fe l e a m i n g e d u c a t i o n i n f 0a n ds o c i e t yi n f 0a r e a d v a n c e d a 1 1 dm er c q u i r e m e m so fs o c i e t y t o e l e a m i n g a r eh i 乒e ra n dh i 曲e l h 啪a n i z a t i o no fb l e a r n i n gc o u r s e s c u l t i v a t i o no fc r e a t i v et h i l l k i n g 齜l ds e c u r i t yo f e d u c a t i o nn e t w o r kh a v eb e c o m et h ef o c u so fh o p et oe x c e l l e n te l e a r i l i n gc o l r s e s m u l t i d i m e n s i o ne d l l c a t i o na g e n ti so n eo ft e c h n i q l l e st or e a l i z eh u m a n i z a t i o no f e l e 枷n ga 1 1 dc u l t i v a t i o no f c r e a t i v et h i n k j n g i m m u n ec o m p u t a t i o nt e c l l i l i q u eh a s b e c o m en o v e lc o m p u t a t i o nt os i m u l a t en a t u r a ii m m u n es y s t e mi nm ew o r l ds i n c e 1 9 9 7 t h e s et w on e wi n t e l l i g e mt e c h n i q u e sw e r ep r o p o s e di nm er e s e a r c ho fn a t i o n a l n a t u f a ls e i e n c ef o u n d a t i o n 6 9 9 7 4 0 4 3 n a t i o n a ld o c t o r a lf o u r l d a t i o n 9 9 0 5 3 3l7 a i l d h u n a nn a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o n 9 9 j j y 2 0 0 6 2 o nt h eo t h e rh a n d a in e tc o u r s e p d d j e c to f n a t i o n a ln e wc e m u yn e tc o u r s ec o n s t r u c t i o ne n g i n e e n g 1 4 4 l o o o h a s p r o v i d e dg o o da p p l i c a t i o nb a c k g r o u n d 7 r h i sp r o j e c th a st a k e nt h ef i r s ta it e x t b o o k a r t i 矗c i a li m e l l i g e n c e p r i n c i p l e s a p p l i c 亂i o n sa sm em a i nc o n t e n tf o ri n s t m c t i o n a 1 1 dc a r e f u l l yd e s i g n e de l e 鋤i n gp l a nw i t hi c a id e v e l o p m e n t k n o w l e d g e a n d a g e n t t e c h n i q u e t h i sp a p e rp r o p o s e dm o d e l a r c h i t e m l r ea 1 1 di m m u n e c o n l p u t a t i o n p r i n c i p l eo f m u l t i d i m e n s i o ne d u c a t i o na g e n tw i t l lt h ee d u c a t i o nc o n t e mo fa i c o u r s e a n dt h e na n a l y z e dt r a 如a n da d v 叭t a g e st od e v e l o p1 1 e tc o u r s e 誠心m u l t i d i m e n s i o n e d u c a t i o ni m m u n e a g e n t a t l a s t t h e a p p l i c a t i o n a n d p r o g r a m m i n g o f m u l t i d i m e n s i o ne d u c a t i o ni m m u n ea g e 1 tw e r ei n t r o d u c e dw i t hn l e e x a m d l eo f d e s i g n i n g a n dd e v e i o p i n ga in e tc o u r s e p r o t o t y p e t h i sp a p e ri so 唱a i l i z e da sm ef 0 1 1 0 w j l l g c h a p t e r 1 p r o p o s e dt h ec o n c e p t so f m u i t i d i m e n s i o ne d u c a t i o n a g e n t i n t m d l l c e d 3 d i m e n s i o n m o d e i p r i n c i p i e a n d c h a r a c t e r i s t i c so fm u l t i d i m e n s i o ne d u c a t i o n a g e l l t a n de s t a b l i s h e ds t u d e n tm o d e l s c r i p tm o d e la n dd i s 伍b u t e de d u c a t i o ns y s t e mb a s e do nm u l t i d i l e n s i o ne d u c a t i o n a g e mt e c h n i q u e c h a p t e r2c r e a t e di n f b r m a t i o ns t r u c t u r em o d e lo fe d u c a t i o nn e t w o r k a 1 1 dt h e na n a l y z e dp f 叩e n i e s a r c h i t e c t u r ea n da g e n th 正l d i n go f e d u c a t i o nn e v o r k m o d e l c h a p t e r3s h o w e dd e s i g n i n gm e t h o d sa n ds i m u l a t i o no fi m m u n ea l g o r j m mf o r m u l t i d i m e n s i o ne d u c a t i o na g e n t a n da 1 1 a l y z e dr 0 1 e so f i m m u n i t y t 0n e t w o r k s e c u r i t v c h a p t e r4e x e n l p l m e da p p l i c a t i o nm e t h o d so fm u l t i d i m e n s i o ni m m u n e 醒e m 麗m p r o t o 帥ed e v e l o p m e n t o f a in e tc o u r s e k e yw o r d s m u l t i d i m e n s i o ne d u c a t i o na g e n t i m m u n ec o m p u t a t i o n r o b u s 恤e s s s t u d e n tm o d e l i m m u n e n e t o r k i m m u n ca l 旦o r i t m 第1 章多維教育艾真體系統(tǒng)的概念 網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)驗表明 教師 學(xué)生和管理者三種角色是教育信 息化中密切相關(guān) 不可分割的三個側(cè)面 三者始終體現(xiàn)著教育的整體效果 并且 教師 學(xué)生和管理者這三種角色在網(wǎng)絡(luò)教育過程中經(jīng)常轉(zhuǎn)換 相輔相成 因此 本文中設(shè)計多維教育艾真體 a g e n t 模型時 把教師 學(xué)生和管理者這三種角色看 成艾真體的三個維度 三種側(cè)面 由三方面共同構(gòu)建艾真體的整體特征和功能 本章將提出多維教育艾真體系統(tǒng)的概念 1 1 教育艾真體的概念 a g e n t 在英語中是個多義詞 主要含有主動者 代理人 作用力 因素 或 媒介物 體 等 現(xiàn)在有一種比較好的譯法就是 艾真體 1 1 在現(xiàn)代教育信息 技術(shù)領(lǐng)域 可把教育艾真體看作能夠通過傳感器感知其網(wǎng)絡(luò)教育環(huán)境 并借助執(zhí) 行器作用于該環(huán)境的教育實體 類似于人類艾真體 其傳感器為眼睛 耳朵和其 它感官 其執(zhí)行器為手 腿 嘴和其它身體部分 對于教育艾真體 則通過b b s e m a i l 即時通訊等i n t e m e t 網(wǎng)絡(luò)交互工具進(jìn)行感知和作用 圖1 1 表示教育艾真 體通過傳感器和執(zhí)行器與環(huán)境的交互作用 信息感知和發(fā)掘 i n t e m e t 交互工具 圖l i 教育艾真體與網(wǎng)絡(luò)教育環(huán)境的交互作用 教育艾真體必須利用知識修改其內(nèi)部狀態(tài) 心理狀態(tài) 以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)教育環(huán) 境變化和協(xié)作求解的需要1 2 教育艾真體的行動受其心理狀態(tài)驅(qū)動 師生心理狀 態(tài)的要素有認(rèn)知 信念 知識 學(xué)習(xí)等 情感 愿望 興趣 愛好等 和意向 意圖 目標(biāo) 規(guī)劃和承諾等 三種 著重研究信念 b e l i e f 愿望 如s i r e 和意圖 i n t e n t i o n 的關(guān)系及其形式化描述 力圖建立艾真體的b d i 信念 愿 望和意圖 模型 已成為教育艾真體理論模型研究的主要方向 教育艾真體的信念 愿望 意圖與行為具有某種因果關(guān)系 其中 信念描述 教育艾真體對網(wǎng)絡(luò)教育環(huán)境的認(rèn)識 表示可能發(fā)生的認(rèn)知狀態(tài) 愿望從信念直接 得到 描述教育艾真體對可能發(fā)生教學(xué)情景的判斷 意圖來自愿望 制約教育艾 真體 是教學(xué)目標(biāo)的組成部分 在開放的網(wǎng)絡(luò)教育環(huán)境中 教育艾真體的行為不能由信念 愿望及兩者組成 的規(guī)劃直接驅(qū)動 在愿望和規(guī)劃問還存在一個基于信念的意圖 在這樣的網(wǎng)絡(luò)教 育環(huán)境中 這個意圖制約了教育艾真體的行為 教育平衡是使教育艾真體的行為 與網(wǎng)絡(luò)教育環(huán)境特性相適應(yīng) 網(wǎng)絡(luò)教育環(huán)境特性不僅包括網(wǎng)絡(luò)教育環(huán)境客觀條 件 而且涉及網(wǎng)絡(luò)教育環(huán)境的社會團(tuán)體因素 3 對于每種可能的感知序列 在感 知序列所提供證據(jù)和教育艾真體內(nèi)部知識的基礎(chǔ)上 一個理想的教育艾真體的期 望動作應(yīng)使其性能測度為最大 1 2 多維教育艾真體的原理和特點 多維教育艾真體一般有三維 即教師維 學(xué)生維和管理者維 因而多維教育 艾真體模型由教師模塊和學(xué)生模塊和管理者模塊和公共模塊四部分組成 其中學(xué) 生維是多維教育艾真體的核心維度 因為學(xué)生是網(wǎng)絡(luò)教育中的主體 只有學(xué)生主 動地爭取 使用和管理教育資源 學(xué)生的創(chuàng)造思維才能得到開發(fā) 網(wǎng)絡(luò)教育的優(yōu) 勢才能得到充分發(fā)揮 公共模塊是指艾真體模型的公共設(shè)施 包括接口 知識庫 優(yōu)化算法和傳感器等 多維教育艾真體的優(yōu)化算法采用了進(jìn)化計算和免疫算法 以提高系統(tǒng)效率和網(wǎng)絡(luò)安全性 多維教育艾真體模型的結(jié)構(gòu)如圖1 2 所示 4 1 么 學(xué)生模塊 i 教師模塊h 管理者模塊l 公共模塊 豳1 2 多維教育艾真體模型的結(jié)構(gòu) 由于多維教育艾真體的建模采用了三維結(jié)構(gòu)和免疫進(jìn)化算法等先進(jìn)信息技 術(shù) 因而這種艾真體在網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用中有獨到的優(yōu)勢和良好的網(wǎng)絡(luò)安全特性 具 體說來 多維教育艾真體的特點如下 1 三維時空構(gòu)架 多維互換 使用靈活方便 多維教育艾真體的模型以教師 學(xué)生和管理者三維側(cè)面構(gòu)架 各個維度的角 色可以互換 因而 對于用戶來說 無論用戶是教師 學(xué)生 還是管理者 都能 在多維教育艾真體中找到合適的模型接口 從而與網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)建立信息交流的 橋梁 使用顯 導(dǎo)更加靈活方便 2 實現(xiàn)最優(yōu)搜索 便于構(gòu)建移動教育 并行和分布式教育和教育主動網(wǎng)絡(luò) 多維教育艾真體是以進(jìn)化算法為優(yōu)化算法基礎(chǔ) 實現(xiàn)隨機(jī)性強(qiáng)的啟發(fā)性搜 索 提高網(wǎng)絡(luò)教育過程中信息搜索的效率 艾真體技術(shù)的開放性和組合性 為移 動艾真體技術(shù) 多艾真體技術(shù) 分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 并行計算技術(shù) 主動網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 等高級計算機(jī)技術(shù)的引用提供良好平臺和接口 便于擴(kuò)展和用戶服務(wù)定制 從而 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教育服務(wù)的規(guī)?；蛡€性化 3 1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有免疫性 增強(qiáng)了安全性 多維教育艾真體采用了免疫算法 實現(xiàn)教育網(wǎng)絡(luò)的免疫性 從而提高教育網(wǎng) 絡(luò)對外來病毒 黑客等侵害的抵抗和消除能力 增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)的穩(wěn)定性 安全性和魯棒性 1 3 多維教育艾真體的學(xué)生模型 2 1 世紀(jì)是人類智能和智能科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的世紀(jì) 我國的教育體制 專業(yè) 設(shè)置 教學(xué)內(nèi)容和教育方法都需要大幅度的改革 數(shù)年前 聯(lián)合國教科文組織的 一項調(diào)查表明 無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家 都不同程度地存在教育滯后于 現(xiàn)實需要的問題 第三世界國家尤其嚴(yán)重 而普及遠(yuǎn)程教育 尤其是網(wǎng)絡(luò)教育 不僅是解決這 問題的有效途徑 而且將成為革新傳統(tǒng)教育模式的重要動力 中 國社會科學(xué)院的一項調(diào)查報告稱 由于技術(shù)手段的快速發(fā)展以及在各行業(yè)的滲透 和應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)教育將成為我國 種速度更快 傳播空間更大的新型教育形式 它 與課堂教育 廣播教育 電視教育一同構(gòu)成多元的教育體系 網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)就是 智能科學(xué)與教育改革結(jié)合的產(chǎn)物 越來越得到專家學(xué)者和廣大消費者的重視和好 評 網(wǎng)絡(luò)教育的任務(wù)就是根據(jù)學(xué)生的特點 弱點和基礎(chǔ)知識 以最恰當(dāng)?shù)慕贪负?教學(xué)方法對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo) 本節(jié)就介紹在學(xué)習(xí)和開發(fā)面向i m e m e t 的智能計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng) i n t e l l i g e m c o m p u t e r a i d e di n s 臼u c t i o n i c a i 系統(tǒng)過程中總結(jié)出一種創(chuàng)建i c a i 系 統(tǒng)學(xué)生模型的方法 1 3 1 學(xué)生模型在網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)中的作用與特點 網(wǎng)絡(luò)教育又稱網(wǎng)絡(luò)教育 具有如下含義 指的是通過因特網(wǎng)進(jìn)行的教育及相關(guān)服務(wù) 提供了學(xué)習(xí)的隨時隨地性 從而為終身學(xué)習(xí)提供了可能 將改變教師的作用和師生之間的關(guān)系 從而改變教育的本質(zhì) 是提高學(xué)生批判性思維和分析能力的重要途徑e 能很好地實現(xiàn)某些教育目標(biāo) 但不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的課堂教學(xué) 不會取代學(xué)校教育 但會極大地改變課堂教學(xué)的目的和功能 指主要通過因特網(wǎng)進(jìn)行的學(xué)習(xí)與教學(xué)活動 它充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)所 提供的 具有全新溝通機(jī)制與豐富資源的學(xué)習(xí)環(huán)境 實現(xiàn)一種全新的學(xué) 習(xí)方式 在開發(fā)i c a i 系統(tǒng)中 學(xué)生模型 教師模型以及知識獲取是瓶頸問題 而學(xué) 生模型的建立是網(wǎng)絡(luò)教育的中心問題 當(dāng)前有一種觀點認(rèn)為 人工智能是對各種 定性模型 物理的 感知的 認(rèn)識的和社會的系統(tǒng)模型 的獲得 表達(dá)及使用的 計算方法進(jìn)行研究的學(xué)問i 引 根據(jù)這一觀點 一個知識系統(tǒng)中的知識庫是由各種 模型綜合而成的 而這些模型又往往是定性的模型 由于模型的建立與知識密切 相關(guān) 所以有關(guān)模型的獲得 表達(dá)及使用自然包括了知識獲取 知識表達(dá)和知識 使用 所說的模型囊括了定性的模型和心理模型等 以這樣的觀點來看待i c a i 系統(tǒng)的設(shè)計 可以認(rèn)為一個i c a i 系統(tǒng)是由一些原理與運行方式不同的模型綜合 而成的 對于網(wǎng)絡(luò)教育而言 網(wǎng)絡(luò)教育模型可以集成起來 也就是說 教師模型 學(xué) 生模型和教育管理者模型可以合三為一 這就要創(chuàng)建多維教育艾真體 利用艾真 體模型的組件可分 資源共享和多接口通信來實現(xiàn)教師 學(xué)生和管理者在網(wǎng)絡(luò)教 育平臺上的協(xié)調(diào)一致 但是即使三種模型合為一個整體 學(xué)生模型在多維教育艾 真體的作用還是不可動搖的 學(xué)生是網(wǎng)絡(luò)教育教育模式的核心 這與網(wǎng)絡(luò)教育的 宗旨和目的密切相關(guān) 網(wǎng)絡(luò)教育是為了方便學(xué)生不受時間 空間的限制 自主地 使用網(wǎng)絡(luò)教育資源 訪問教師的授課服務(wù)和管理員的網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 著重培養(yǎng)學(xué)生的 創(chuàng)新能力 自治能力 學(xué)習(xí)能力和濃厚的學(xué)習(xí)興趣 這就要求網(wǎng)絡(luò)教育不再束縛 于教師的主要作用 畢竟教師的資源是有限的 傳統(tǒng)的教育模式對創(chuàng)新能力的培 養(yǎng)有一定的限制 另一方面 隨著網(wǎng)絡(luò)教育的生源增大 教師不可能像以往那樣 對多地面對面教授 更加需要網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)對學(xué)生學(xué)習(xí)的導(dǎo)引 這就需要一個 完善的學(xué)生模型來指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)教育模式的創(chuàng)建和發(fā)展 一般來說 i c a i 學(xué)生模型應(yīng)具有下面特性 6 l 1 自動生成各種問題和練習(xí)的機(jī)能 2 有根據(jù)學(xué)生水平和學(xué)習(xí)情況調(diào)整學(xué)習(xí)的內(nèi)容和進(jìn)度的反饋功能 3 能結(jié)合可以自由教學(xué)問答的良好的人機(jī)交互界面 4 有自動解決問題并形成答案的機(jī)能 5 有對教學(xué)內(nèi)容解釋咨詢的及時幫助功能 6 有診斷學(xué)生的錯誤 分析原因并采取糾正措施的機(jī)能 7 有評價學(xué)生行為的功能 8 有記錄和發(fā)展學(xué)生個性的機(jī)能 9 能運行多種推理機(jī)制 從而可能創(chuàng)造廣闊的學(xué)生思維空間和模擬問題 求解空間 1 0 能結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)和多媒體技術(shù)實現(xiàn) 故事化 教學(xué) 1 3 2 學(xué)生模型的設(shè)計及其結(jié)構(gòu) i c a i 系統(tǒng)學(xué)生模型以 學(xué)生 為中心 提供記錄和發(fā)展學(xué)生思維能力的專 用知識庫 這種知識庫是結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù) 具有可靈活擴(kuò)展性 以網(wǎng)絡(luò)為邏輯結(jié) 構(gòu)的 多形數(shù)據(jù)類型的學(xué)生知識結(jié)構(gòu)庫 它具有下列功能 能夠通過在網(wǎng)絡(luò)中 遍歷 出一條學(xué)習(xí) 軌跡 和自我擴(kuò)展 來不斷 豐富和不斷發(fā)展自我 從而提高學(xué)生的思維能力 能夠運用多種推理機(jī)制 為學(xué)生創(chuàng)造廣大思維空間 這就要求i c a i 系統(tǒng)能以多種知識表示方法為基礎(chǔ) 發(fā)揮各種不同類型的知識表示方 法和搜索策略的優(yōu)勢 大大改進(jìn)系統(tǒng)的整體優(yōu)勢和作用 從而為i c a i 系統(tǒng)提供寬廣的問題求解空間 能夠充分利用計算機(jī)多媒體技術(shù)和計算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行 故事化 的 教學(xué) i c a i 系統(tǒng)將文學(xué)作品設(shè)計成影視效果 而這種制作僅需要實地 數(shù)字拍攝的 主要通過數(shù)字?jǐn)z影和虛擬現(xiàn)實 v r 動畫處理來實現(xiàn) 將科學(xué)實驗設(shè)計成 虛擬實驗 或 動畫漫游 形式 可以通過現(xiàn)在 的一些科研技術(shù)和廣告藝術(shù)的應(yīng)用可以深切體會這種形式的好處 既 形象生動 又具有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)價值 將學(xué)術(shù)創(chuàng)作集成和模擬甚至 轉(zhuǎn)移到電腦設(shè)計上來 必將開拓更廣闊的藝術(shù)前景 這樣的模型就作為i c a i 系統(tǒng)的學(xué)生模型 s t u d e m s m o d e l 當(dāng)前學(xué)術(shù)界一般把學(xué)生模型可分為三種模塊功能 1 理想學(xué)生模型 用于表示學(xué)生應(yīng)掌握的知識水平 2 個體學(xué)生模型 用于表示當(dāng)前學(xué)生已獲得的知識 包括正確知識和 錯誤知識 3 一般學(xué)生模型 實際上是計算機(jī)模擬輔導(dǎo)系統(tǒng) 又稱 學(xué)習(xí)伙伴系 統(tǒng) l e a m i n gc o m p a l l i o ns y s t e m l c s 如圖1 3 所示 6 j 一方面 理想學(xué)生模塊包含于個體學(xué)生模塊之中 個體學(xué) 生模塊以理想學(xué)生模塊為基本內(nèi)核 理想學(xué)生模塊體現(xiàn)的是用戶 學(xué)生 的共同 學(xué)習(xí)要求 共性 個體學(xué)生模塊體現(xiàn)的是用戶 學(xué)生 的個性 或特長 發(fā) 展需要 因而 兩者是密不可分 相輔相成的 另一方面 無論是理想學(xué)生模型 還是個體學(xué)生模型 都是用戶所對應(yīng)的邏輯模型 而一般學(xué)生模型 或?qū)W生伙伴 系統(tǒng) 是用戶的物理模型 或計算機(jī)輔助工具 i c a i 系統(tǒng)就是通過這兩方面對 用戶 學(xué)生 進(jìn)行教學(xué)輔導(dǎo)服務(wù)的 圖1 3i c a i 學(xué)生模型邏輯結(jié)構(gòu)圖 如圖1 4 所示 i c a i 學(xué)生模型的物理實現(xiàn)主要由以下幾部分組成 圖1 4i c a i 學(xué)生模型物理結(jié)構(gòu)圖 1 知識庫 k j l o w l e 衄e b a s e 知識庫用于存儲各課程的教學(xué)知識及相關(guān)的課外知識 相對于現(xiàn)有課堂教學(xué) 而言 包括事實 可行操作與規(guī)則等 為了建立知識庫 要解決知識獲取和知 識表示問題 知識獲取涉及知識工程師 k n o w l e d g ee n g i n e e r 如何從專家 這 里指教育專家 如特級教師 教授等 那里獲得專門知識的問題 知識表示則 要解決如何用計算機(jī)能夠理解的形式表達(dá)和存儲知識的問題 2 題庫 0 u e s t i o nb a s e 題庫主要用于存儲各種題型和參考答案 6 l 3 故事庫 s t o r y b a s e 故事庫用于存儲各種有啟發(fā)性的歷史事件模擬放映文件及各種有參考價值 的科幻模擬文件與抽象概念圖形化文件 既能為用戶創(chuàng)造良好的用戶界面 又能 激發(fā)用戶 學(xué)生 的學(xué)習(xí)積極性 輕松感和創(chuàng)新動機(jī) 4 策略庫 s t r a t e g y b a s e 策略庫用于存儲各種教學(xué)方法與學(xué)習(xí)方法 和運用教學(xué)規(guī)則和學(xué)習(xí)規(guī)律選擇最佳 教學(xué)方法和教案及學(xué)習(xí)方法來教導(dǎo)和輔導(dǎo)用戶 學(xué)生 學(xué)習(xí) 5 推理機(jī) r e a s o n i n g m a c h i n e 推理機(jī)是用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略的程序 使整個i c a i 系統(tǒng)能夠以邏 輯方式協(xié)調(diào)地工作 推理機(jī)能夠根據(jù)知識進(jìn)行推理和導(dǎo)出結(jié)論 而不是簡單地搜 索現(xiàn)成的答案 6 個體學(xué)生模塊和理想學(xué)生模塊 p e r s o n a l s l u d 鋤t s m o d u l e 這部分主要用于存儲用戶的基本學(xué)習(xí)要求和個性特征 以便于個性化教學(xué)和 輔導(dǎo) 即 因材施教 7 i n t e m c t 接口 1 m e r f a c e 這部分主要為網(wǎng)上教育平臺建立模型接口 連通i c a i 學(xué)生模型與i n t e m e t 的信息互動 集成網(wǎng)上教育資源 增加教育模型的趣味性成分 引入網(wǎng)絡(luò)教育和 e t e a c h i n 2 模式 擴(kuò)大教育的開放性和時空自由度 為適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)條件下互聯(lián)網(wǎng) 用戶市場發(fā)展的需要 全力貫注刨新之道 競爭之道 重點培養(yǎng)用戶的創(chuàng)新能力 成功意識和綜合素質(zhì)打下模型基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ) 可采用h t m l m l l a s p j s p 等 網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)實現(xiàn) 8 人機(jī)界面 1 1 1 t e r f 亂e 人機(jī)界面又稱接口 它能使i c a i 系統(tǒng)與用戶 學(xué)生 進(jìn)行對話 使用戶 學(xué) 生 能夠輸入必要的數(shù)據(jù) 提出問題和了解推理過程及推理結(jié)果等 i c a i 系統(tǒng) 則通過接口 要求用戶回答提問 并回答用戶提出的問題 進(jìn)行必要的解釋 在網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)中 學(xué)生首先接觸的是網(wǎng)絡(luò)教育人機(jī)界面 這個界面應(yīng)該是 美觀的 清楚的和易于理解的 人機(jī)界面應(yīng)該告訴學(xué)生這是哪里 這里有哪些服 務(wù) 學(xué)生可以做些什么事 網(wǎng)絡(luò)教育能接受學(xué)生的哪些請求等等 就是說入機(jī)界 面對學(xué)生來說應(yīng)該友好 學(xué)生根據(jù)人機(jī)界面的信息決定要學(xué)哪些課程 從課程的 哪一章開始學(xué) 阱及怎樣學(xué) 這就涉及到網(wǎng)絡(luò)教育為每個學(xué)生設(shè)計的一般學(xué)生模 型 要求學(xué)生必須學(xué)會哪些課程 哪些知識點 至少學(xué)到哪種境界 這些功能由 網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)的理想學(xué)生模塊體現(xiàn) 需要由一般學(xué)生推理機(jī)調(diào)用知識庫 題庫 策略庫和故事庫實現(xiàn) 但是每個學(xué)生的特點 興趣和基礎(chǔ)都有差別 每個學(xué)生對 網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)的需求不會完全一樣 因此 針對不同的學(xué)生提供不同的個性化服 務(wù)就是網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)的特色所在 也就是要實現(xiàn)教師的 因材施教 功能 這是 一種高級功能 需要先進(jìn)的教育技術(shù)來實現(xiàn) 很顯然 連接到各種網(wǎng)絡(luò)教育資源 的r n t e m e t 網(wǎng)絡(luò)接口對這種個性化網(wǎng)絡(luò)教育模式是必要的 學(xué)生通過人機(jī)界面向 網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)展現(xiàn)個體學(xué)生的需求 知識基礎(chǔ) 特點和心智 網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)就把 這些有關(guān)個體學(xué)生的信息存儲到計算機(jī)中 并可以在教育網(wǎng)絡(luò)中安全地調(diào)用 學(xué) 生可以通過網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)發(fā)出訪問網(wǎng)絡(luò)教育資源的請求 網(wǎng)絡(luò)教育就根據(jù)學(xué)生的 特點和系統(tǒng)本身的資源配置選擇教育策略和資源調(diào)用方式 為學(xué)生提供全方位 的 個性化的教學(xué)服務(wù) 反過來 網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)也可以根據(jù)學(xué)生的意見反饋不斷 改進(jìn)系統(tǒng)配置 知識庫內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 策略庫的優(yōu)先級設(shè)置等等 以求最優(yōu)地服務(wù) 學(xué)生 1 3 3i c a i 學(xué)生模型的實現(xiàn)方法 本節(jié)介紹幾種實現(xiàn)i c a i 學(xué)生模型的方法 即作業(yè)模型配對法 錯誤編輯法 模型推導(dǎo)法和內(nèi)化結(jié)構(gòu)法等 其中以自行設(shè)計的內(nèi)化結(jié)構(gòu)法為主 1 作業(yè)模型配對法 n em e t h o do f t a s km o d e lp a i r i n g 其學(xué)生模型預(yù)先決定 主要通過收集解決問題的正確規(guī)則和錯誤規(guī)則來測試 學(xué)生對正確規(guī)則和錯誤規(guī)則的使用情況 從而檢查學(xué)生掌握知識的程度 2 錯誤編輯法 b u gc a i a l o g u e s 該法主要通過 錯誤規(guī)則庫 的建立和維護(hù)來檢測學(xué)生在解決問題中的錯誤 并且 i c a i 系統(tǒng)在指出學(xué)生所犯錯誤的同時 能自動產(chǎn)生相應(yīng)的模擬答案 當(dāng) 計算機(jī)產(chǎn)生的答案與學(xué)生的錯答案相同時 將產(chǎn)生它的規(guī)則存入規(guī)則集 作為學(xué) 生的 錯誤 的規(guī)則 3 模型推導(dǎo)法 i n f e r r i n g m o d e l s i c a i 系統(tǒng)從擁有較少知識的初始庫開始 不斷與學(xué)生交互而擴(kuò)充知識庫來 建立學(xué)生模型 這種方法能避免為收集錯誤規(guī)則而進(jìn)行的領(lǐng)域分析 4 結(jié)構(gòu)內(nèi)化法 s t m c t i l r cd e v e l o p i n g 從教師 或教綱 所給出的學(xué)生學(xué)習(xí)要求 在計算機(jī)內(nèi)表現(xiàn)為理想學(xué)生模型 存儲于教育軟件包中 出發(fā) 通過跟蹤并適時引導(dǎo) 類似于在網(wǎng)絡(luò)中遍歷一條 軌 跡 此時可采用語義網(wǎng)絡(luò)法 作為知識表示方法 學(xué)生學(xué)習(xí)思維過程 在舊知 識結(jié)構(gòu) 即結(jié)構(gòu)化的知識庫 如網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 的基礎(chǔ)上 重復(fù)算法 走 出一條條 軌跡樹 直到學(xué)生完成一輪環(huán)的學(xué)習(xí) 此時系統(tǒng)中快速產(chǎn)生一個由這些 軌 跡樹 所連結(jié)成的新網(wǎng)絡(luò) 如此往復(fù) 知識結(jié)構(gòu)必將一次比一次更完備 意味著 學(xué)生的學(xué)習(xí)逐漸長進(jìn) 最后 收斂 為一個屬于學(xué)生自我的知識結(jié)構(gòu) 而這種 知識結(jié)構(gòu)在計算機(jī)中產(chǎn)生出來了 這就猶如給予學(xué)生一面能 照出 自我知識結(jié) 構(gòu)的 鏡子 非常直觀 清晰 便于自我分析 自我改造 自我完善 在學(xué)習(xí) 中 系統(tǒng)提供理想學(xué)生模型為內(nèi)核 多種推理機(jī)制 非單調(diào)推理 模糊推理 不 完全推理等等 為手段 結(jié)合錯題編輯法進(jìn)行題目測試 利用面向?qū)ο蟮目梢暬?編程技術(shù)和多媒體技術(shù)設(shè)計 個豐富的故事庫 能夠提高學(xué)生想象力 自學(xué)能力 和創(chuàng)造力 激發(fā)學(xué)生對美好生活的積極追求 以 人工智能 網(wǎng)絡(luò)課程為例 基于學(xué)生模型創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)可以按照下 面的步驟進(jìn)行 先進(jìn)行知識點的劃分和表示 適于實現(xiàn)學(xué)生模型的知識表示方法有語義網(wǎng)絡(luò) 法 框架法 規(guī)則表示 數(shù)據(jù)庫和腳本表示等 在 人工智能 網(wǎng)絡(luò)課程中 首先按照教材分章討論知識點的劃分 一個相 對的知識點就是一個相對完整的知識學(xué)習(xí)單元 學(xué)生能在這個基本學(xué)習(xí)單元中了 解某個概念 每章大致可以劃分為十多個知識點 構(gòu)成倒置的知識點樹 而這些 知識點在章與章之間相互聯(lián)系 相輔相成 構(gòu)成一個知識點網(wǎng)絡(luò) 這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 易于在i n t e m e t 中實現(xiàn) 因為超媒體的超鏈接就是一種有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 劃分知識 點之后 就要1 區(qū)分知識點的難易程度和重要程度 并知識表示方法形式化表示 出來 在 人工智能 網(wǎng)絡(luò)課程實例中采用超媒體的數(shù)據(jù)庫對象表示知識點 知 識點的難易程度和重要程度分別用數(shù)據(jù)的一些字段描述 具體說來 數(shù)據(jù)庫分為 課件庫 素材庫 題庫等大庫 素材庫又包括圖形 圖像庫 聲音庫 視頻庫和 文本庫 例如 專家系統(tǒng)的類型 知識點的形式化描述如下 知識點的屬性 1編號 0 7 0 4 2名稱專家系統(tǒng)的類型 3 類型t s t 0 0 2 教材文本 4適用對象g f 0 0 0 3 本科 5 來源蔡自興等 人工智能及其應(yīng)用 第二版 清華大學(xué)出版社 北 京 1 9 9 6 6 內(nèi)容簡介介綁專家系統(tǒng)的特點和優(yōu)點 7關(guān)鍵詞 專家系統(tǒng) 知識庫 推理機(jī) 8教學(xué)目標(biāo)掌握專家系統(tǒng)的特點和優(yōu)點 9 編寫時間 2 0 0 1 9 5 i o 作者龔濤 1 1 艮度 1 2 對應(yīng)文件7 3 h t ml a s t w e b 7 2 2 h t mn e x t w e b 7 4 t h t m 知識點內(nèi)容與腳本f 7 3h m 其中 知識點的屬性存儲在數(shù)據(jù)庫的字段中 而知識點的內(nèi)容用h t m l 或 l 超文本文件表示 存儲和訪問 課堂練習(xí)部分編制成j s p a s p 程序 讓學(xué)生交 互式地使用 并且 超文本的知識點內(nèi)容顯示出來 可以利用動畫效果和w e b 編程豐富其表現(xiàn)形式 以學(xué)生易于理解 適合于教學(xué)的風(fēng)格展現(xiàn)知識點 總之 建立一個開放 動態(tài) 智能的i c a i 系統(tǒng)學(xué)生模型 就可以開發(fā)面向 i n t e m e t 的i c a i 系統(tǒng)原型f 7 然后根據(jù)用戶 學(xué)生網(wǎng)友 合作專家 如特級教 師 教授等 以及系統(tǒng)建造者本身反饋的信息評價和改進(jìn)i c a i 系統(tǒng) 包括改進(jìn) 其相應(yīng)的學(xué)生模型 從而經(jīng)過相當(dāng)長時間 例如數(shù)月至二三年 的努力 使系 統(tǒng)在一定范圍內(nèi)達(dá)到 特級家教 水平 面向i m e m e t 的i c a i 系統(tǒng)學(xué)生模型必 能對教育體制改革做出比較突出的貢獻(xiàn) 從而贏得專家和學(xué)生的好評 1 4 面向多維教育艾真體構(gòu)建腳本模型 基于i c a i 模型表示知識點時 涉及到知識點的劃分和知識點結(jié)構(gòu)的構(gòu)建 這其實就是腳本的創(chuàng)作過程 本章就探討如何創(chuàng)建合適的腳本模型 以設(shè)計網(wǎng)絡(luò) 教育系統(tǒng)的多維教育艾真體 集教師 學(xué)生和教育管理員功能于一體 1 4 1 腳本的表示與模型 腳本的表示方法有許多 但為了便于實現(xiàn)智能化 采用人工智能的觀點 認(rèn) 為腳本是一種知識表示方法 心理學(xué)的研究結(jié)果表明 在人類日常的思維和理解 活動中 只能以一個通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式存儲以往的經(jīng)驗 這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱 為框架 框架是一種結(jié)構(gòu)化表示法 腳本 s c r i p t 屬于框架的一種特殊形式 它用 一組槽來描述某些事件的發(fā)生序列 就象劇本中的事件序列 樣 故又稱為 劇 本 這樣就可以用動畫序列模擬事件序列的界面效果 用艾真體體對象封裝腳 本的元素 通過消息傳遞控制艾真體的行為 來模擬事件序列的推進(jìn)過程 在 w e b 環(huán)境中 又要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù) 實現(xiàn)流暢 合適地下載瀏覽信息和交互操 作 下面以 人工智能 網(wǎng)絡(luò)課程中一個 知識表示 腳本為例 說明如何寫網(wǎng) 絡(luò)課程的腳本 知識表示 這一章大致可分為如下一些知識點 知識表示 狀 態(tài)空間表示法 問題歸約法 謂詞邏輯法 語義網(wǎng)絡(luò)法 框架法 腳本表示法和 過程表示法 其中一些知識點 如 狀態(tài)空間法 還可以繼續(xù)細(xì)分為若干子知 識點 以提高精度 i 4 2 腳本與多維教育艾真體的關(guān)系 網(wǎng)絡(luò)課程中的腳本就相當(dāng)于戲劇中的劇本 是對所要表演的操作或行為序列 的規(guī)劃 一般腳本涉及到許多因素 這些因素都與要表現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)課程有關(guān) 如知 識點內(nèi)容 視頻的表現(xiàn)形式 動畫的位置 交互式作業(yè)程序的啟動條件等等 腳 本和多維教育艾真體一樣都是為網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)服務(wù)的 最終腳本和多維教育艾 真體的成敗還得由網(wǎng)絡(luò)課程的實際教學(xué)效果來檢驗 當(dāng)然 新教育模式的教學(xué)效 果需要比較長時間才能表現(xiàn)出來 可見 腳本和多維教育艾真體是屬于同一目的下的不同產(chǎn)物 可以說是處于 網(wǎng)絡(luò)課程創(chuàng)作和設(shè)計的不同階段 腳本是多維教育艾真體的內(nèi)容基礎(chǔ) 決定了多 維教育艾真體所表現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容 多維教育艾真體是腳本的一個存儲器 一種媒 體 一個表現(xiàn)形式 多維教育艾真體采用先進(jìn)的智能技術(shù) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn) 代教育技術(shù) 以最佳的表現(xiàn)效果展現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)課程的腳本內(nèi)容 啟迪學(xué)生更好地學(xué)習(xí) 和進(jìn)步 從計算機(jī)實現(xiàn)的角度來看 腳本設(shè)計劃分了知識點 界定知識點的內(nèi)容 和表現(xiàn)形式 側(cè)重于教師 學(xué)生和教育管理員在網(wǎng)絡(luò)教育活動中基于腳本內(nèi)容的 不同表現(xiàn)描述 即指明教師 學(xué)生和教育管理員應(yīng)該做什么 可以做什么和怎樣 做什么 多維教育艾真體就把知識點作為一個對象寫入艾真體中 并把教師 學(xué) 生和教育管理員針對腳本的表現(xiàn)形式作為知識點對象的操作方法也寫入艾真體 中 這樣艾真體就集成了知識點以及教師 學(xué)生和教育管理員的表現(xiàn)手段 為網(wǎng) 絡(luò)教育的展開奠定了堅實的計算機(jī)信息基礎(chǔ)和方便的操作條件 可以說 多維教 育艾真體是腳本模型在網(wǎng)絡(luò)教育中的組件方法的實現(xiàn) 1 4 3 面向多維教育艾真體的腳本模型 因為一個腳本一般由以下各部分組成 啟動條件 角色 道具和場景等 面 向多維教育艾真體的腳本模型應(yīng)該包含以上元素 角色可以為教師 學(xué)生和教育 管理員三種 不同的角色有不同的特點和表現(xiàn)形式 因此不同的角色在計算機(jī)中 有不同的屬性和方法 例如 學(xué)生的屬性有學(xué)號 年齡 性別 班級 入學(xué)年份 學(xué)位 各科目的成績等等 學(xué)生的方法有課堂答問 請教老師 請教同學(xué) 做作 業(yè) 參加考試等等 知識庫一般放在服務(wù)器端 為各種用戶共享訪問 因此在多 維教育艾真體客戶端只提供知識庫接口就行了 由于不同的多維教育艾真體是針 對不同的知識點的 所以要針對不同的知識點設(shè)計不同的教學(xué)場景和道具 以達(dá) 到特定的教學(xué)效果 所以 不同的多維教育艾真體一般有不同的道具屬性和場景 屬性 此外 多維教育艾真體還應(yīng)有觸發(fā)多維教育艾真體啟動的條件即觸發(fā)器 和連接到網(wǎng)絡(luò)中的通信接口 以實現(xiàn)多個多維教育艾真體之間的教學(xué)通信 可按時序規(guī)劃腳本 將角色 道具 場景 啟動條件和相應(yīng)的數(shù)據(jù)封裝成一 個多維教育艾真體對象 通過對這個對象的狀念數(shù)據(jù)存取和操作 就可以推進(jìn)腳 本的發(fā)展進(jìn)程 這既可以類似于對象在一個圖 對象圖 中搜索 直至找到目 標(biāo) 也可以類似于由初始數(shù)據(jù)和條件 根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則 推導(dǎo)出所要的邏輯對象 語句 而這種搜索或推理是單入口 多出口 或者多入口 多出口的 對腳本狀 態(tài)的保存和讀取以繼續(xù)啟動 都只需對這個對象的狀態(tài)的存取 可以對象數(shù)據(jù)庫 實現(xiàn) 1 4 4 腳本實例分析 下面以 人工智能 網(wǎng)絡(luò)課程為例介紹腳本的創(chuàng)作過程 由于腳本的創(chuàng)作涉 及 門課程的知識點結(jié)構(gòu) 所以首先了解 人工智能 這門課程的知識點結(jié)構(gòu) 1 網(wǎng)絡(luò)課程的知識點結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)課程的腳本制作是一個比較復(fù)雜的過程 首先 制作者應(yīng)該對這門課程 有全面而深入的理解 這就要求制作者能夠勾勒出整個網(wǎng)絡(luò)課程的知識點結(jié)構(gòu) 為此 需要按照下面的步驟總結(jié)出網(wǎng)絡(luò)課程的知識點結(jié)構(gòu) 1 劃分知識點 這主要在有豐富教學(xué)經(jīng)驗的教師 學(xué)科專家等的指導(dǎo)或參與下 相關(guān)開發(fā)人 員對所選的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸類分析 最終劃分成一系列的知識點a 2 制定頁主題 一個w c b 頁面的內(nèi)容有限 它應(yīng)存放多少個知識點以及放什么樣的知識點 這值得探討 頁主題就是為解決這個問題而提出的 它是邏輯意義上相關(guān) 并有 相對完整意義的若干知識點的集合 制定頁主題就是采用人工的方法把知識點劃 分成一系列的頁主題 由書本排版結(jié)構(gòu)的邏輯關(guān)系 劃分結(jié)果所得到的頁主題可 構(gòu)成一棵倒樹形 部分知識點結(jié)構(gòu)圖如圖1 5 所示a 人工智能 1 7 n 篡 刪等 知識表示方法 1 1 1 狀態(tài)空間法 問題歸約法等 知識推理技術(shù) 1 1 2 盲目搜索 啟發(fā)式搜索等 圖1 5 人j 二智能 網(wǎng)絡(luò)課程的部分知識點結(jié)構(gòu)圖 劃分知識點之后 往往需要對知識點分類 進(jìn)一步產(chǎn)生一些分類別的知識點 集合 舉個例子來說 假設(shè)要把 知識表示法 這一章的所有知識點分成1 2 類 名詞概念類 符號類 原理類 表達(dá)式類 實驗類 人名類 知識點類 背景資 料 歷史資料類 研究成果類 題庫類和答疑資料類等 這樣 就可以得到如表1 1 所示的 知識表示法 知識點分類表 表1 1 知識表示法 一章的知識點分類表 狀態(tài)空間法問題歸約法謂詞邏輯法語義網(wǎng)絡(luò)法 1問題求解等問題歸約等謂詞演算等語義網(wǎng)絡(luò)等 2 q s f g 操作系列 集合與或蘊涵等詞匯符號 3圖論 問題歸約機(jī)理等謂詞演算語義網(wǎng)絡(luò)推理 4 賦值或與運算置換合一謂詞公式推理 5 十五數(shù)碼問題等梵塔問題等暫無積木 6暫無暫無 暫無s i m r n o n ss l o c u m 7 較易 較難較難較難 8暫無無 暫無暫無 9 暫無無暫無暫無 l o 暫無 暫無 暫無 暫無l i l l暫無 暫無 暫無 暫無i 1 2暫無 暫無 暫無 暫無 i 2 網(wǎng)絡(luò)課程的腳本 在此基礎(chǔ)上 按照網(wǎng)絡(luò)課程項目開發(fā)的規(guī)范撰寫腳本 這里給出 知識表示 知識點的腳本寫法 以作參考 1 文檔信息包括責(zé)任人 任務(wù) 說明 日期和備注 f 2 1 知識點的屬性包括知識點編號 名稱 類型 適用對象 來源 內(nèi)容簡 介 關(guān)鍵詞 教學(xué)目標(biāo) 編寫時間 作者 長度和對應(yīng)文件 f 3 1 知識點內(nèi)容 主要討論了知識表示問題 介紹了8 種知議表示方法 即 狀態(tài)空間法 問題歸約法 謂詞演算法 語義網(wǎng)絡(luò)法 框架表示 面向?qū)ο蟊硎?劇本表示 過程表示 3 面向多維教育艾真體的腳本 在多維教育艾真體中教師 學(xué)生和教育管理員三種角色的功能是融為一體 的 這也是以往的網(wǎng)絡(luò)課程腳本設(shè)計與面向多維教育艾真體的腳本設(shè)計區(qū)別的關(guān) 鍵之處 也是設(shè)計的重點 這就要求知識點內(nèi)容的劃分和編排更細(xì) 不僅考慮整 個網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)過程知識點教與學(xué)的內(nèi)容和形式 還要考慮教師 學(xué)生和教育管 理員需要掌握腳本哪方面的內(nèi)容 如何表現(xiàn)其功能 三者如何教學(xué)配合等等 而 這一切活動都在多維教育艾真體這個對象中集成進(jìn)行 只是不同的角色使用多維 教育艾真體不同的接口而已 下面以 狀態(tài)空間法 知識點為例介紹如何設(shè)計合 適的腳本 來滿足多維教育艾真體的設(shè)計要求 1 狀態(tài)空間法 知識點所對應(yīng)的艾真體的基本屬性 對于 狀態(tài)空間法 知識點實例 多維教育艾真體的基本屬性如表1 2 所示 這些信息存儲在多維教育艾真體的公共模塊中 表1 2 狀態(tài)空間法 知識點實例的基本屬性 序號屬性值 1 編號 a g e n t 0 2 0 0 2 2 名稱狀態(tài)空間法 3類型t s t 0 0 2 教材文本 4 適用對象g f 0 0 0 3 本科 5來源蔡自興等 人t 智能及其應(yīng)用 第二版 清華大學(xué)出版社 北 京 1 9 9 6 6 內(nèi)容簡介任何一個謂詞演算公式化為一個子旬集的方法 7 關(guān)鍵詞狀態(tài) 算符 問題的狀態(tài)空間 狀態(tài)圖示法 8 教學(xué)目標(biāo)熟練掌握狀態(tài)空間表示方法 9 編寫時間2 0 0 2 1 0 3 0 1 0 作者龔濤 從第一節(jié)知道 多維教育艾真俸的主要部分在與教師模塊 學(xué)生模塊和教育 管理員模塊 其中又學(xué)生模塊最為重要 因為網(wǎng)絡(luò)教育是以 學(xué)生 為主體的 下面探討這三個模塊在 狀態(tài)空問法 知識點實例中的創(chuàng)建過程 由于這三個模 塊在知識點內(nèi)容中密切相關(guān) 所以按照知識點的邏輯順序一并介紹這三個模塊 f 2 教師模塊 學(xué)生模塊和教育管理員模塊的創(chuàng)建 狀態(tài)空間法 教師模塊的操作l 教師講解狀態(tài)空間法概述 在雙擊 視頻啟動 按鈕 后可進(jìn)入虛擬教室等環(huán)境 臺詞 下面的文字 視頻文件名 2 1 1 珊 視頻畫面要求 清晰 自然 美觀 每個視頻畫面部應(yīng)該 有章節(jié)標(biāo)題 視頻效果由教育管理員模塊維護(hù) 狀念空聞表示舉鈉 實例演示程序源代碼略 網(wǎng)頁效果和演示程序環(huán)境由教育管理員模塊維護(hù) 練習(xí)題可以采用交互式答題程序 促進(jìn)學(xué)生積極參與到課堂練習(xí)中來 交互 式練習(xí)程序由教育管理員模塊維護(hù) 1 5 分布式多維教育艾真體系統(tǒng) 前面幾節(jié)已經(jīng)講到 教育系統(tǒng)是相當(dāng)復(fù)雜的 具有許多不同的教學(xué)功能 主 要有三種不同的用戶 即教師 學(xué)生和教育管理員 這些系統(tǒng)功能 這些用戶都 要在一個集中的服務(wù)器或服務(wù)器群集中處理 負(fù)擔(dān)會隨著網(wǎng)絡(luò)教育的規(guī)模的增加 飛速增長 因此減輕服務(wù)器上的各種負(fù)擔(dān)并實現(xiàn)多個服務(wù)器之間的負(fù)擔(dān)均衡是一 項緊要任務(wù) 解決這個負(fù)擔(dān)瓶頸的有效方法之一就是采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 分布 式系統(tǒng)的功能分布能把各種教學(xué)功能分到不同的服務(wù)器上 各自獨立工作 互不 影響 又互相協(xié)作 增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)的整體性能和用途 1 5 1 分布式多維教育艾真體系統(tǒng) 分布式多維教育艾真體系統(tǒng)的主要組成部分的功能說明如下 1 教學(xué)艾真體 在網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)中 教學(xué)艾真體負(fù)責(zé)智能調(diào)度和管理各種遠(yuǎn)程教學(xué)資源和教 學(xué)程序 該教學(xué)平臺以艾真體技術(shù)為基礎(chǔ) 充分體現(xiàn)了 以學(xué)習(xí)者為中心 的教 學(xué)設(shè)計思想 可為用戶創(chuàng)設(shè)一個真正符合自主學(xué)習(xí)需要的網(wǎng)上學(xué)習(xí)環(huán)境 并可為 學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)方法 學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)過程方面的更直接的支持和指導(dǎo) 2 搜索艾真體 在多個大型數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)中 搜索艾真體采用模糊匹配和推理技 術(shù) 自然語言處理