基于人工智能的計算機輔助教學初探

1、基于人工智能的計算機輔助教學初探【摘要】本文概要介紹了計算機輔助教學的現(xiàn)狀，闡述了智能計算機輔助教學系統(tǒng)的內(nèi)容，初步討論了開發(fā)智能計算機輔助教學系統(tǒng)的將來開展的方向，認為智能計算機輔助教學系統(tǒng)模擬人類記憶與思想，有助于較好地解決形象思維、頓悟思維問題，進步自主學習才能和表達才能?！娟P(guān)鍵詞】計算機輔助教學；人工智能；教學模型；努力方向計算機輔助教學AI是計算機輔助教育中的重要組成局部，是老師為了進步教學效果和效率，利用以多媒體計算機為中心的豐富的教學資源，改良傳統(tǒng)教學，或為學生提供一個學習環(huán)境，使學生通過與計算機的交互對話，激發(fā)學生的學習積極性和主動性，幫助學生更有效地學習。使用AI系統(tǒng)，有利于

2、認知主體作用的發(fā)揮，它所提供的圖像、聲音、動畫等信息有利于學生知識的獲取與保持，到達進步教學效果。一、計算機輔助教學的現(xiàn)狀計算機輔助教學的實現(xiàn)需要應用人工智能技術(shù)及程序設計，一些人工智能技術(shù)的特殊應用成果均被應用于計算機輔助教學系統(tǒng)，以進步其智能性和實用性。早期絕大多數(shù)AI課件大都使用決策理論和隨機學習的形式，極大地簡化了學習過程的表達形式。隨著人工智能技術(shù)的開展，計算機輔助教學系統(tǒng)中添加了學生的學習行為及訓練策略，同時人工智能技術(shù)被應用于建立學習互動學習模塊。這種方法能控制訓練策略并給出合適學生的學習內(nèi)容。目前為了獲取對課程知識表示和控制的靈敏性和模塊性，有些計算機輔助教學系統(tǒng)還用人工智能技

3、術(shù)來表示訓練方案和策略。現(xiàn)有的計算機輔助教學系統(tǒng)面臨許多挑戰(zhàn)，它主要存在以下幾方面的問題：1、缺乏教與學的交融制作系統(tǒng)的老師，并不全是一線的老師，所以導致教與學沒有真正交融。2、缺乏開放性不具有開放性是目前AI課件最大的缺點。使用者無法對課件進展任何修改，只能利用已有資源按設定的道路進展教學。3、缺乏個性化現(xiàn)有的AI課件系統(tǒng)不能對不同程度的學生進展有針對性的教育，學生的學習是被動的，不能由系統(tǒng)自動提供助學信息而使學生有選擇地學習。4、缺乏人機交互才能現(xiàn)有AI大多以光盤作為信息的載體，將教材中的內(nèi)容以多媒體的形式展現(xiàn)出來，教學信息是按預置的教學流程機械式地提供應學習者，學習者AI課件學習是完全被

4、動的。5、缺乏老師與學生的互動現(xiàn)有AI課件在學生自學以及進展操作使用時，如何學習都是學生自己的事。老師不能完全理解學習者的情況，因此課件所起的效果大打折扣。6、無視課程本身的特點各門課程在教學上有不同的要求，但現(xiàn)有課件對于這些不同要求完全不予理睬。二、智能計算機輔助教學系統(tǒng)智能計算機輔助教學具有老師進展導學的特點，老師根據(jù)學生的學習軌跡指導學生，也可以將導學工作交給智能計算機輔助教學系統(tǒng)來完成，系統(tǒng)根據(jù)學生的學習行為來決定學習內(nèi)容。智能計算機輔助教學要實現(xiàn)啟發(fā)式教學和個性化教學，因此系統(tǒng)由知識庫、專家系統(tǒng)和學生的認知模型等局部組成，如圖1。圖11、知識庫知識庫用于存儲所要教授的學科領(lǐng)域內(nèi)知識，

5、主要包括元知識、陳述性知識和過程性知識。知識庫的內(nèi)容可以隨教學系統(tǒng)所用時間的增加來逐漸積累、整理。其主要任務是根據(jù)要求檢索出有關(guān)的知識，生成問題并評價學生的解答。2、專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)可以根據(jù)學生的認知情況和知識庫的內(nèi)容，做出智能化的教學決策機構(gòu)，好在學習過程中決定下一步采取哪種學習方法，學習哪方面的內(nèi)容，還能評測學生的學習效果，并據(jù)此提出改良策略和意見。3、學生的認知模型學生的認知模型用于記錄學生的知識程度和認知才能，始終根據(jù)學生的實際知識程度來指導學生學習，并根據(jù)其學習情況進展動態(tài)調(diào)整。當學生學習新的教學內(nèi)容時，系統(tǒng)可以根據(jù)該學生以前的學習記錄來建議新的學習內(nèi)容提要。學生認知模型的信息被專家

6、系統(tǒng)作為教學決策的根據(jù)，使系統(tǒng)能正確評價學生對所學知識的理解程度，并能針對每個學生的不同特點和差異，實行與該學生相適應的教學活動。三、開發(fā)IAI系統(tǒng)的努力方向在新世紀全球都在IAI的開展，智能計算機輔助教學系統(tǒng)已經(jīng)成為國際上計算機輔助教學研究的主要方向。要開發(fā)好的智能計算機輔助教學系統(tǒng)，要考慮以下幾個方面：1、模擬人類記憶與思維合一隨著計算機技術(shù)的開展，計算機的數(shù)據(jù)處理與存儲完全別離狀態(tài)雖然沒有變，但交換數(shù)據(jù)方式的開展也提升了處理器與存儲器之間的配合。智能計算機輔助教學系統(tǒng)模擬人類記憶與思想是非常有必要的。2、模擬人類思維過程是串行與并行共存且以并行為主人們不僅可以順序地處理問題，而且可以同時

7、應付多種不同的情況，把問題的不同側(cè)面、不同因素親密地聯(lián)絡起來，進展多方位的綜合性考慮，但目前的計算機輔助教學系統(tǒng)只能進展串行式的處理。3、模擬人類較好地解決不確定性問題現(xiàn)實世界中的事物并非都是確定的兩態(tài)邏輯，更多的是多態(tài)邏輯、非確定性的、模糊的，人腦可以很自然地處理這樣的事物，但目前的計算機輔助教學系統(tǒng)的基于兩態(tài)邏輯的，為了對不確定性行處理，需要從軟件上彌補這一缺陷，這就增加了軟件設計的復雜性及難度。4、模擬人類較好地解決形象思維、頓悟思維問題人的思維方式除了邏輯思維外，還有形象思維、頓悟思維等，人們在處理問題時，通常是把它們結(jié)合起來進展的。但是，目前的計算機輔助教學系統(tǒng)只能進展符號處理，任何

8、要在計算機輔助教學系統(tǒng)上進展處理的問題都必須表示為一串符號序列，并且還要給出處理這引起符號的規(guī)那么。因此它所能解決的問題僅僅局限于邏輯思維所能解決的問題范疇內(nèi)，這就使用現(xiàn)有的計算機輔助教學系統(tǒng)難以有創(chuàng)造性它只能做人們?yōu)樗?guī)定的工作。目前的計算機輔助教學系統(tǒng)的通過搜索在知識庫中尋找可利用的知識的，而這些知識都是事先用某種表示形式進展了形式化的，當問題比擬復雜時，搜索空間就變得很龐大，往往會引起組合爆炸。計算機輔助教學系統(tǒng)在思維才能方面的局限性極大地限制了它的功能，使得它無法進展音樂、美術(shù)方面的創(chuàng)作，數(shù)學上不能發(fā)現(xiàn)新的定理。目前人工智能在自然信息理解、機器翻譯、機器學習等方面遇到的困難都與它的這些

9、局限性有關(guān)。5、模擬人類較好地解決自學習問題人具有感知才能，能通過感覺器官感知外部世界得到所需要的有關(guān)信息，但目前的計算機輔助教學系統(tǒng)卻不具有這種才能，它需要人們通過輸入設備把已表示出來的信息交它才能進展處理。盡管目前人們已經(jīng)通過軟件的方法設計了各種手寫文字以及圖形、物象等與計算機輔助教學系統(tǒng)直接交互，這就限制了計算機輔助教學系統(tǒng)的應用。6、模擬人類較好地解決多種形式表達問題人們具有多種形式的表達才能及行為才能，能對外部刺激及時地作出反響，這也是目前計算機輔助教學系統(tǒng)做不到的。7、與網(wǎng)絡技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)遠程教學隨著多媒體技術(shù)和Internet網(wǎng)絡的飛速開展，AI不僅僅在智能上開展，還要向多維的

10、網(wǎng)絡空間開展。它們要利用網(wǎng)絡的優(yōu)勢，完成在線學習、實時討論、網(wǎng)上測試等多種教學任務，實現(xiàn)遠程教學。目前，已有不少基于Internet網(wǎng)的多媒體教育系統(tǒng)在使用。8、智能代理IntelligentAgent技術(shù)的使用人工智能AI技術(shù)在IAI中的應用，除了表達在對多媒體教學系統(tǒng)中引入學生模型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(shù)代替老師、學生進展指導學習和搜索學習的作用。9、進步虛擬學習環(huán)境的人機交互性虛擬學習環(huán)境是由多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)以及計算機技術(shù)相結(jié)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、操作的教學目的。10、開發(fā)更有效的幫助系統(tǒng)評價一個IAI系統(tǒng)智能的上下，是要看該系統(tǒng)能否在學生遇到困難的時候，提供適宜的、有啟發(fā)性的幫助。而現(xiàn)有的IAI系統(tǒng)并不可以很好的做到這一點。因此，開發(fā)更有效的幫助系統(tǒng)也是今后努力的方向。四、結(jié)語新世紀的教育教學手段將是以智能化AI為主線，是多學科、多方位開展的新技術(shù)的表達。隨著人工智能技術(shù)的開展，計算機輔助教學的成效將更加明顯。為了實現(xiàn)人類智能在智能計算機輔助教學系統(tǒng)上的模擬、延伸、擴展，必須對其體系構(gòu)造、工作方式、處理才能、接口方式等進展變革，這樣造出來的計算機輔助教學系統(tǒng)才能稱為智能