人工智能的教育應(yīng)用之研究框架

1、 的教育應(yīng)用 之 研究框架1人工智能的教育應(yīng)用 之研究框架AI教育應(yīng)用的分類智能教學(xué)系統(tǒng)及其發(fā)展AI教育及其現(xiàn)狀機(jī)器人教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)AI的教育應(yīng)用之研究框架2人工智能教育應(yīng)用的分類人工智能的教育應(yīng)用3什么是“人工智能”人工智能（Artificial Intelligence: AI）是研究運(yùn)用計算機(jī)模擬和延伸人腦功能的綜合性學(xué)科是計算機(jī)科學(xué)的一個分支,也是一門交叉和邊緣學(xué)科人工智能研究處于信息技術(shù)發(fā)展的前沿，它的研究和應(yīng)用在一定程度上反映了信息技術(shù)的發(fā)展方向。教育信息化是教育領(lǐng)域全面、深入地運(yùn)用IT來促進(jìn)教育改革的過程，新世紀(jì)教育信息化的風(fēng)起云涌呼喚AI的教育與應(yīng)用。4AI的教育應(yīng)用之類型

2、從應(yīng)用對象看，“計算機(jī)的教育應(yīng)用”包括（3L）：學(xué)習(xí)計算機(jī) (Learn about computer)；用計算機(jī)學(xué)習(xí)(Learn with computer)；從計算機(jī)學(xué)習(xí)(Learn from computer)。同理，“AI的教育應(yīng)用”包括：學(xué)習(xí)AI(Learn about AI) 把AI作為學(xué)習(xí)對象，內(nèi)容包括AI的基礎(chǔ)知識、基本技能及其對社會的影響等。用AI學(xué)習(xí)(Learn with AI) 學(xué)生把AI技術(shù)與工具作為學(xué)習(xí)工具，主要包括用AI來處理信息。從AI學(xué)習(xí)(Learn from AI) 教師把AI作為一種輔助的教學(xué)工具來輔助教學(xué)、輔助測試、輔助備課、管理教學(xué)等工作。5智能教學(xué)系統(tǒng)

3、及其發(fā)展 AI在教育中的主流應(yīng)用人工智能的教育應(yīng)用6智能教學(xué)系統(tǒng)及其特征智能教學(xué)系統(tǒng)是借助人工智能技術(shù)，讓計算機(jī)扮演教師的角色實(shí)施個別化教學(xué)，向不同需求不同特征的學(xué)習(xí)者傳授知識、提供指導(dǎo)的一種適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)。就本質(zhì)上看，以下系統(tǒng)是相同的：ITS，Intelligent Tutoring System ICAI，Intelligent Computer-Assisted InstructionIIS，Intelligent Instruction SystemAIS，Adaptive Instructional Systems 智能教學(xué)系統(tǒng)的特征：能了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況能進(jìn)行有針對性的教學(xué)可以

4、用自然語言交互學(xué)生模型教師模型智能接口7ITS系統(tǒng)的組成教師模型相當(dāng)于專家系統(tǒng)的推理機(jī)ITS 也稱為 教學(xué)專家系統(tǒng)8ITS的國際研討會屆時間地點(diǎn)論文數(shù)7thAugust 30-Sept. 3, 2004Maceio, Alagoas, Brazil796thJune 2-7, 2002Biarritz, France andSan Sebastian, Spain985thJune 19-23, 2000Montreal, Canada674thAugust 16-19, 1998San Antonio, Texas, USA653rdJune 12-14, 1996Montreal, Can

5、ada752ndJune 10-12, 1992Montreal, Canada781st1988Montreal, Canada9ITS國際研討會的論文主題 10ITS實(shí)例： ADELE作者：美國南加利福尼亞大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院功能：臨床醫(yī)學(xué)診斷的教學(xué)由模擬角色、解釋引擎、會話管理器三部分組成，可以利用因特網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)。基于病例的臨床診斷： 系統(tǒng)向?qū)W生提供某一特殊的醫(yī)學(xué)條件和病例，讓學(xué)生通過練習(xí)和ADELE系統(tǒng)適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)來學(xué)習(xí)臨床醫(yī)學(xué)知識。 ADELEAgent for Distance EducationLight Edition11ITS實(shí)例：ZZ智能教學(xué)系統(tǒng)由中科院張景中院士主持開發(fā)的智

6、能教育系列軟件，包括初中代數(shù)、三角函數(shù)、解析幾何、立體幾何、初中物理、初中化學(xué)等多個軟件?；竟δ?能夠進(jìn)行智能解題、人機(jī)交互、自動推理和動態(tài)作圖。該軟件已經(jīng)通過審定并作為教育部推薦軟件列入中小學(xué)教材圖書目錄。12ITS的發(fā)展：智能代理 代理（Agent）一種具有智能的實(shí)體,它具有自主性、反應(yīng)性、適應(yīng)性和社會性等基本特性。教師代理 運(yùn)用自身的推理機(jī)制，在了解學(xué)生實(shí)際情況的前提下，產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略。學(xué)生代理 充當(dāng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)伙伴或知心朋友，與學(xué)習(xí)者進(jìn)行平等的討論、交流。實(shí)現(xiàn)智能化信息服務(wù) 可以充分發(fā)揮其主動性、智能性和協(xié)作性，為用戶提供方便簡單的信息搜索、處理手段，提高學(xué)習(xí)者的信息獲取、處理能

7、力。13ICAI的發(fā)展：知識庫系統(tǒng) 任務(wù): 存儲記憶全部智能檢索所需要的知識，并利用知識庫的知識推導(dǎo)出新的知識。基本功能： 能理解自然語言，允許用自然語言提出各種詢問。具有較強(qiáng)的聯(lián)想能力，能根據(jù)對需求的大致描述找到有關(guān)知識。具有推理能力，能根據(jù)存儲的知識，演繹出所需的答案。具有較強(qiáng)的知識獲取能力，并具有自學(xué)功能。 目前的研究側(cè)重于知識檢索，即智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目的：提高對網(wǎng)上信息的管理和檢索能力熱點(diǎn)：數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘 14ITS的發(fā)展趨勢自組織與個性化的信息系統(tǒng)新的人工智能研究趨勢 New AI: Toward Self-Organizing and Personalized Inform

8、ation Systems 克勞斯.邁因策爾（德國奧克斯堡大學(xué)跨學(xué)科信息科學(xué)研究所所長）現(xiàn)代社會最能被預(yù)見到的特質(zhì)就是它的不可預(yù)見性。 杜德斯達(dá)（美國密西根大學(xué)前校長）15ITS的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論的應(yīng)用將現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論用于ITS，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，為學(xué)生建構(gòu)知識提供有效的信息，滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求。智能代理技術(shù)的應(yīng)用智能代理技術(shù)是由各種技術(shù)支撐著的，許多實(shí)用的應(yīng)用特性的集合，系統(tǒng)正是利用這些特性來擴(kuò)展并達(dá)到能自動執(zhí)行用戶委托任務(wù)的目的。自然語言處理技術(shù)的應(yīng)用通過自然語言人機(jī)接口更加方便地進(jìn)行人機(jī)交互；實(shí)現(xiàn)知識點(diǎn)之間的層次關(guān)系和復(fù)雜的語義聯(lián)系；技術(shù)實(shí)現(xiàn)知識的查找和利用；

9、進(jìn)行跨語種的知識學(xué)習(xí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是多媒體技術(shù)的最新發(fā)展，在ITS中，可以通過在虛擬環(huán)境中的親身體驗(yàn)，來達(dá)到演示、操作的教學(xué)目的，也為增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐提供了方便、高效的途徑。16人工智能教育及其發(fā)展 以我國高中新課程為例人工智能的教育應(yīng)用17普通高中新課程概況18多媒體技術(shù)應(yīng)用 算法與程序設(shè)計數(shù)據(jù)管理技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用 人工智能初步 信息技術(shù)基礎(chǔ)高中信息技術(shù) 新課程的構(gòu)成必修（2學(xué)分）:選修(2+X學(xué)分):信息獲取信息加工與表達(dá)信息資源管理信息技術(shù)與社會1 2 3 4 519人工智能教育對于信息素養(yǎng)培育的重要作用 對多種思維方式的培養(yǎng)和信息素養(yǎng)的綜合鍛煉求解結(jié)構(gòu)化問題的傳統(tǒng)

10、程序算法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)求解非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化問題的人工智能程序知識推理體驗(yàn)人類專家解決復(fù)雜問題的思路，提高學(xué)生的邏輯思維能力 Jonassen認(rèn)為：那些自行設(shè)計專家系統(tǒng)的學(xué)生將會在這種活動中受益匪淺，因?yàn)檫@是一個對所學(xué)知識進(jìn)行深度加工的過程。 了解信息技術(shù)發(fā)展的前沿，激發(fā)對信息技術(shù)未來的追求 20高中教材: 人工智能初步第1章 初識人工智能1.1什么是人工智能1.2人工智能可以為我們做什么第2章 了解人工智能語言2.1了解Prolog2.2使用Prolog2.3人工智能語言第3章 用計算機(jī)表示知識3.1知識及其類型3.2知識表示入門3.3知識表示的常用方法第4章 用計算機(jī)推理4.1 什么是專家系統(tǒng)4

11、.2 專家系統(tǒng)如何工作4.3 如何開發(fā)專家系統(tǒng)第5章 用智能搜索解決問題5.1 可以通過搜索求解的問題5.2 窮舉式搜索5.3 啟發(fā)式搜索與博弈第六章 人工智能的發(fā)展與未來6.1 人工智能的發(fā)展6.2 人工智能的未來張劍平主編教育科學(xué)出版社2004高中人工智能教材的比較研究21機(jī)器人教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)人工智能的教育應(yīng)用22機(jī)器人的教育價值作為家庭的益智玩具作為幼教工具與傳統(tǒng)的幼教工具相比有較強(qiáng)的交互性，交互形式多樣，不易產(chǎn)生厭煩感?？梢宰尯⒆映袚?dān)更錯綜復(fù)雜的探索并促成其全面發(fā)展。作為成人的益智玩具作為學(xué)校課外活動的載體教育機(jī)器人課外活動的形式：課外興趣小組各種機(jī)器人競賽作為基礎(chǔ)教育課程的載體2

12、3機(jī)器人教學(xué)的基本目標(biāo)（供討論）知識與技能 了解機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)用等方面的基本知識；具備開展機(jī)器人活動的基本能力。過程與方法 能夠規(guī)劃、拼裝簡易機(jī)器人、進(jìn)行相應(yīng)程序編寫, 能進(jìn)行機(jī)器人的使用和維護(hù)。態(tài)度、情感與價值觀 培養(yǎng)對人工智能技術(shù)的興趣； 認(rèn)識到智能機(jī)器人對社會進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用；有應(yīng)用機(jī)器人、參加機(jī)器人競技活動的意識 。24機(jī)器人教育現(xiàn)狀3： 教育機(jī)器人產(chǎn)品 （據(jù)不完全統(tǒng)計） 25機(jī)器人教育面臨的問題教學(xué)目標(biāo)的科學(xué)性不強(qiáng)小學(xué)、初中、高中機(jī)器人教育的教學(xué)目標(biāo)問題教育行政部門的重視不夠目前主要由企業(yè)的積極性推動著相關(guān)活動的開展缺乏科學(xué)規(guī)劃與教學(xué)設(shè)計機(jī)器人“教材”大多是“產(chǎn)品說明書

13、”或“用戶指南”對于“智能” 概念的使用過于泛化缺少從教育視角進(jìn)行的研究相關(guān)研究涉及多個領(lǐng)域，課題申報的難度較大機(jī)器人產(chǎn)品缺少規(guī)范教育機(jī)器人品牌繁雜，自成體系，互不兼容，開放度低教育功能完善且性能價格比高的教育機(jī)器人產(chǎn)品不多26推進(jìn)AI&R教育的思考： 關(guān)于AI&R教育的研究研究意義為我國中小學(xué)開展人工智能與機(jī)器人（AI&R）教學(xué)提供可操作的教學(xué)與學(xué)習(xí)模式、教學(xué)評價方法，推進(jìn)中小學(xué)人工智能與機(jī)器人教育的健康發(fā)展探索機(jī)器人作為人工智能教育的應(yīng)用平臺，更好地與基礎(chǔ)教育課程改革相結(jié)合。課題指南27中國電化教育2006（12）專題文章：機(jī)器人教育：現(xiàn)狀、問題與推進(jìn)策略開展機(jī)器人教學(xué) 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神對

14、機(jī)器人學(xué)科教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容的認(rèn)識 編者按： 隨著基礎(chǔ)教育教育信息化的不斷深入，目前機(jī)器人教育已經(jīng)在中小學(xué)逐步得到開展。教育部2003年頒布的高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，把“人工智能初步”和“簡易機(jī)器人制作”設(shè)為技術(shù)領(lǐng)域的選修模塊，意味著我國的人工智能和機(jī)器人教育在大眾化、普及化層面上進(jìn)入了一個新階段。 我國中小學(xué)人工智能與機(jī)器人教育剛剛起步，就廣大一線教師而言，一些相關(guān)問題尚有待進(jìn)一步實(shí)踐和多視角的研究。其中包括：適合小學(xué)、初中、高中不同學(xué)段學(xué)生認(rèn)知水平的機(jī)器人教育教學(xué)目標(biāo)問題、如何為學(xué)生選擇合適的機(jī)器人產(chǎn)品、機(jī)器人教學(xué)資源建設(shè)問題、機(jī)器人教育活動的設(shè)計、組織與實(shí)施問題、相關(guān)的教學(xué)評價問題。更進(jìn)一步，如

15、何將人工智能教育與當(dāng)前的機(jī)器人教育有機(jī)結(jié)合等問題。為了有助于上述問題的探索，本刊特編發(fā)了下面一組文章。同時，我們還將繼續(xù)關(guān)注人工智能與機(jī)器人教育實(shí)踐與研究的進(jìn)展，假如你也在進(jìn)行著相關(guān)的探索，歡迎向本刊投稿。28人工智能教育的研究框架人工智能的教育應(yīng)用29人工智能的教育應(yīng)用 研究框架學(xué)人工智能 走進(jìn)人工智能的神秘殿堂1、人工智能與高中人工智能課程2、人工智能語言與程序3、知識及其表示4、人機(jī)博弈與智能化搜索5、推理技術(shù)與專家系統(tǒng)6、機(jī)器學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)7、機(jī)器翻譯與自然語言處理8、人工智能的進(jìn)一步探索教人工智能 課程改革視野中的人工智能1、人工智能教育概述 2、高中人工智能課程的目標(biāo)與要求3、人工智能課程的國際比較4、人工智能課程的教學(xué)設(shè)計5、人工智能課程的教學(xué)策略6、人工智能課程的教學(xué)評價 7、教學(xué)平臺與教學(xué)案例8、人工智能教學(xué)存在的問題與對策 用人工智能 用人工智能技術(shù)優(yōu)化教學(xué)1、智能教學(xué)系統(tǒng)概述2、智能教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與技術(shù)