基于人工智能的計算機輔助教學

1、基于人工智能的計算機輔助教學基于人工智能的計算機輔助教學隨著現代科學技術的飛速開展，先論文聯盟.Ll.進的技術在教學領域得到了廣泛的應用，并對教學過程產生了深入的影響。其中，人工智能技術產生的影響最為深入。它將先進的教學手段引入教學過程，在營造理想的學習環(huán)境、激發(fā)學生的學習興趣以及進步教學效率等方面起到了重要作用。一、人工智能1.人工智能的定義人工智能ArtifiialIntelligene，簡稱AI是計算機科學、控制論、信息論、神經生理學、語言學等多種學科互相浸透開展起來的一門綜合性的穿插學科和前沿學科。其準確定義是：一個電腦系統具有人類知識和行為，并具有學習、推斷、判斷來解決問題、記憶知識

2、和理解人類自然語言的才能。2.人工智能的研究內容人工智能作為一門綜合性學科，其研究內容涉及到許多方面，其中與教學實際關系較為親密的是以下四個方面：1問題解決。問題解決PrbleSlving是人工智能研究初期的主要研究內容之一，也是其他內容的研究根底，它主要研究計算機的知識表達和推理技術。在教育領域中，研究問題解決的實際意義在于，把人類解決問題的根本過程賦予計算機，使其可以按照人類的思維規(guī)律進展問題解決，幫助學生進展有效的學習。2形式識別。形式識別PatternRegnitin是近三十年來在信息科學與計算機科學的根底上開展起來的新興科學，后期它又受到了人工智能科學的影響，得到了新的開展。因此，常

3、被作為人工智能學科的一個分支。簡單地說，形式識別就是研究用電子計算機代替人來識別事物和環(huán)境的方法。所謂形式是指那些供參照模擬用的理想化的標本。因此，詳細來說，形式識別的含義就是識別出給定的事物與哪一個標本一樣或相似。形式識別有時可以理解為形式分類，即判別給定的事物應該屬于哪一類標本。被識別的給定事物通常是字母、符號、漢字、圖像、聲音、語言、景物，也可以是統計數字、圖表、教授狀態(tài)、學習狀態(tài)等，應用于教育時那么稱為教育形式識別和學習形式識別。3自然語言理解。對自然語言理解NaturalLanguagePressing，簡稱NLP的研究能為實現人機自然語言直接通信提供可能，并減少軟件消費的負擔，從而

4、間接地推動計算機的廣泛應用，進步自動化操作效率。因此，它已經成為人工智能研究中最為棘手的問題。自然語言是人機對話的最方便的語言，其開展的最終目的是把自然語言作為程序語言來使用，使計算機直接執(zhí)行自然語言，不需要中間的解釋過程。在教育領域中，計算機對自然語言的理解有助于人機對話的實現，從而可以增進計算機與學生之間的交互作用，把原有的計算機輔助教學條件下的計算機主動變?yōu)橹悄苡嬎銠C輔助教學條件下的人機交互主動。4專家系統。所謂專家系統是指一個或一組能在某特定領域內，以人類專家的程度去解決該領域中困難問題的計算機系統。其特點在于能把人類專家在解決問題過程中使用的啟發(fā)性知識、判斷性知識分成事實與規(guī)那么，以

5、適當形式存儲到計算機中，建立知識庫，并基于知識庫采用適宜的產生式系統，按輸入的原始數據選擇適宜的規(guī)那么進展推理、演繹，作出判斷和決策，可起到專家的作用，因此稱為專家系統。專家系統是人工智能中最為重要的研究內容，在教育領域中的應用也最為廣泛與活潑。教學專家系統的任務是根據學生的特點，以最適宜的教案和教學方法對學生進展教學輔導。二、計算機輔助教學1.計算機輔助教學的定義計算機輔助教學puterAidedInstrutin，簡稱AI是在計算機輔助下進展的各種教學活動，以對話方式與學生討論教學內容、安排教學進程、進展教學訓練的方法與技術。AI能為學生提供一個良好的個人化學習環(huán)境。通過綜合應用多媒體、超

6、文本、人工智能和知識庫等計算機技術，克制了傳統教學方式上單一、片面的缺點，有利于激發(fā)學生的學習興趣和認知主體作用的發(fā)揮。同時，它所提供外部刺激的多樣性有助于知識的獲取與保持。因此，使用AI能有效地縮短學習時間、進步教學質量和教學效率，實現最優(yōu)化的教學目的。2.計算機輔助教學的現狀盡管計算機輔助教學要比傳統的教學形式先進不少，但并不是最完善的，它還存在許多缺乏，主要表如今以下幾方面：1缺乏人機交互才能。論文聯盟.Ll.在教學過程中，AI課件的教學信息是按預先設置的教學流程機械式地提供，老師只能按預定的課件流程進展操作，學生的學習也是被動的，不能很好地參與教學過程。因此，人機交互才能沒有很好地表達

7、出來。2缺乏師生互動。學生在自學及使用現有的AI課件時，大多采用的是自主學習的方式。使用這種方式時鮮有師生互動，因此課件的效果會大打折扣。同時由于缺乏網絡支持，現有的絕大多數AI課件都是在單機環(huán)境下運行的，無法使用網絡來快速更新知識內容，更無法提供便捷的學習討論空間、隨時隨地的師生交流方式以及遠程教學實現的條件。3缺乏智能性。現有的AI系統很多都沒有智能性，無法進展有針對性的教育。學生的學習是被動的，他們不能根據自身情況調整學習進度。對老師而言，教學參與度太低，他們不能按照學生的認知模型為其準備最合適的學習內容，更不能給予不同的教學形式與方法。4缺乏廣泛性。AI系統的設計都是圍繞某一知識領域，

8、對于教學內容、問題的設計和答案的呈現，都必須在原設計系統允許范圍內實現,無法根據詳細教學、學習情況提出新的方案。由此可見，傳統的AI系統本身具有無法克制的缺點。隨著人工智能技術的開展，人工智能技術將會越來越多地應用在教育領域。把人工智能技術引入AI系統，使AI系統能合理安排教學內容，變化教學方法來滿足個性化教學的需要，因此就產生了智能計算機輔助教學系統。三、智能計算機輔助教學系統隨著計算機科學和人工智能技術的不斷開展和成熟，將AI引入AI中，使AI系統可以理解教什么、教誰以及如何教，因此也就能合理安排教學內容、改變教學方法，去滿足個別教學的需要，這就是以AI技術和認知科學理論為根底而形成的智能

9、計算機輔助教學系統(IntelligentputerAssistedInstrutin，簡稱IAI)。它是計算機應用技術的一個新領域，代表了一種新的教學思想和教學方式。智能計算機輔助教學系統的出現，進步了教學質量，改善了教學的效率。1.智能計算機輔助教學系統的根本構造IAI系統主要是在知識表示、推理方法和自然語言理解等三方面應用人工智能技術。其本質上是一個基于知識的教學專家系統，通常由專家模塊、學生模塊、老師模塊和智能接口模塊組成。它的組成構造如下列圖所示：1專家模塊知識庫。專家模塊是由題域知識構成，它包括兩方面的知識：一是教材內容、提問信息、教材重點、難點、評價等有關課程的知識；二是有關應用

10、這些知識來生成問題，推理解題的知識。其功能有：作為系統全部知識的來源，為系統其他模塊頻繁調用，以實時完成用戶行為響應，通過知識庫知識，生成相應的問題、任務以及解釋；通過同步問題解答，并通過預期學生行為與實際學生行為之間的比擬，評價學生知識掌握程序以及學習狀態(tài)、學習方式偏好等。這個局部相當于一個根據事實進展演繹推理求出解答的專家部件。2學生模塊。系統通過學生模塊建立對學生的理解，通過比擬學生行為與專家行為，對學生進展智能模擬，包括學生的知識狀態(tài)、認知特點和個性特點等。學生模塊用來表示學生的學習歷史、當前知識程度、解題行為等方面的論文聯盟.Ll.知識。其任務是：表示學生對所學知識的理解程度，反映學

11、生已掌握和未掌握的局部，通過發(fā)現錯誤并作出錯誤根源的假設，為進一步指導提供根據。3老師模塊教學策略模塊。在AI課件的交互作用中，教學策略是與教學內容交融在一起，通過教學的分支來表達的。這樣做的缺乏是，某一教學內容只能按某一種或幾種固定的教學策略來教。而在IAI中，教學策略與教學內容是分開的。這樣在教學過程中，系統可隨時根據教學的需要，選擇不同的教學策略。老師模塊的主要任務是在一定的教學原理的指導下，選擇適當的教學內容，并通過接口以適當的表達形式，在適當的時刻展示給學生。該模塊的主要功能有：為學生提供學習環(huán)境；指導學生的學習活動；解釋現象、過程和原因；為學生提供幫助和學習材料；監(jiān)視和評價學生學習

12、活動。4智能接口模塊。智能接口模塊的作用是處理學生與系統間的信息交流。模塊要完成兩項任務，一是在教學模塊作出教學決策后，智能接口模塊要以一定的形式把教學內容發(fā)送出去；二是建立學生輸入信息的方式，接收學生輸入的信息。2.智能計算機輔助教學系統的開展方向IAI系統在開展中不是孤立、單一的，它是伴隨著多種技術以及人工智能在多種領域應用的不斷開展而開展的。其將來的開展方向表現為以下幾方面：1與網絡技術的結合。隨著多媒體技術和Internet網絡的飛速開展，多媒體教育應用與Internet網進一步交融，AI不僅僅只在智能上單一開展，它不可防止地還要向多維的網絡空間開展。目前，已有不少基于Internet

13、網的多媒體教育系統在使用，它們借助網絡的優(yōu)勢，完成在線學習、實時討論、網上測試等多種教學任務。將網絡AI與智能AI有機結合，互相補充，能構建成一個新的系統工程。2智能代理IntelligentAgent技術的使用。人工智能AI技術在IAI中的應用，除了表達在對多媒體教學系統中引入學生模塊和知識推理機制以外，還可以起到在智能導航閱讀中，使用智能代理技術代替老師、學生進展指導學習和搜索學習的作用。在AI中，學生學習查詢有效知識可以使用代理進展搜索、導引，由于它自身具備的學習功能，可以主動、高效地從Internet中發(fā)現和搜集用戶所需要的信息。因此，它有助于解決使用單一關鍵字匹配查詢、搜索引擎引起的

14、大量無關信息的涌現、信息檢索的準確度不高等問題。將智能代理技術引入到IAI中，將使得老師和學生在教與學的過程中，進步知識選取效率、加強交互學習和自主能動性學習。3遠程教學。結合網絡AI、智能AI以及多代理協作，可以實現真正意義上的遠程教學形式。IAI系統不僅可以作為老師代理，為學生學習提供指導，也可以作為學生代理，輔助學生學習，還可以成為學生學習、交流、協作過程中多方面的代理。因此,具有多種特性優(yōu)勢的遠程教學具有廣闊的開展前景。4虛擬現實VirtualReality的應用。虛擬現實也叫人工現實ArtifiialReality,是由多媒體技術與仿真技術以及計算機技術相結合而生成的一種交互式人工世界。它的根本目的就是到達真實體驗和基于自然技能的人機交互。在教學輔助中，使用創(chuàng)立的虛擬環(huán)境，在一般人所不能親身體驗的情景中，到達演示、操作的教學目