智能教學(xué)系統(tǒng)課件

探討智能教學(xué)系統(tǒng)的目的我國(guó)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)開發(fā)領(lǐng)域的現(xiàn)狀電子教科書（書本搬家）知識(shí)的呈現(xiàn)、選擇等缺乏靈活性領(lǐng)域發(fā)展的要求缺乏研究的連續(xù)性缺乏跟蹤、對(duì)比研究教學(xué)發(fā)展的需要提供適應(yīng)性、靈活性的教學(xué)環(huán)境有利于學(xué)生個(gè)體、群體的發(fā)展有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)的智能化1內(nèi)容提要什么是智能教學(xué)系統(tǒng)專家模塊學(xué)生模型課程與教學(xué)模塊智能教學(xué)系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀智能教學(xué)系統(tǒng)發(fā)展的發(fā)展趨勢(shì)2什么是智能教學(xué)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(ComputerAssistedInstruction,CAI)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)發(fā)源于斯金納的（Skinnerian）“刺激-反應(yīng)”心理學(xué)。“學(xué)生的反應(yīng)可以用來(lái)判定教學(xué)傳播過(guò)程的有效性，同時(shí)也可以采用恰當(dāng)?shù)某C正學(xué)生的學(xué)習(xí)行為”（Crowder,1959）。教師事先構(gòu)造了程序中的所有分支。3計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的模式圖開始課程問(wèn)題的呈現(xiàn)解決方案的比較學(xué)生的答案計(jì)算機(jī)的答案反饋的展示如果正確如果錯(cuò)誤反饋4智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（ICAI）從線性CAI到復(fù)雜的、分支性CAI，從基本的ICAI到具有自治（Autonomous）功能的ICAI，它們是一脈相承的（Wenger,1987）。人工智能是應(yīng)用計(jì)算機(jī)模型來(lái)研究人類智力能力”（Charniak&McDermott,1985）ICAI和ITS是兩個(gè)可以互換的名稱，二者的細(xì)微區(qū)別在于：ITS是ICAI的特例。ITS的基本組件：專門知識(shí)（專家模型）學(xué)生的知識(shí)（學(xué)生模型）教學(xué)策略知識(shí)（導(dǎo)師）。5ITS模式圖開始課程呈現(xiàn)問(wèn)題方案的比較學(xué)生的解決方案更新學(xué)習(xí)標(biāo)記導(dǎo)師領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)生模型更新學(xué)生技能模型呈現(xiàn)反饋生成問(wèn)題偏差庫(kù)計(jì)算機(jī)的解決方案學(xué)生顧問(wèn)6專家模塊提供同領(lǐng)域知識(shí)知識(shí)相聯(lián)系的接口。領(lǐng)域知識(shí)鑲嵌在系統(tǒng)中，代表專家知識(shí)及其問(wèn)題解決的特點(diǎn)。簡(jiǎn)單的專家系統(tǒng)（ExpertSystem)使用者用戶接口推理引擎知識(shí)庫(kù)7包含三個(gè)基本組件：用戶接口：滿足用戶和系統(tǒng)之間交互的需要推理機(jī)制：提供對(duì)知識(shí)庫(kù)的解釋，其結(jié)果用于對(duì)問(wèn)題的展示。知識(shí)庫(kù)：是專家系統(tǒng)的核心組件，包含許多針對(duì)某些應(yīng)用問(wèn)題的解決方案。知識(shí)展示的策略：IF-then規(guī)則：稱之為產(chǎn)生式規(guī)則，其模式為 If條件then結(jié)論If-then伴隨一定的不確定性 產(chǎn)生式規(guī)則伴隨一定的不確定性。8例如： 如果打開開關(guān)，電燈有80%亮的可能。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示（semanticnetworkrepresentation)方法：一系列的節(jié)點(diǎn)通過(guò)有標(biāo)記的線段（或弧線）連接起來(lái)，用以表示兩節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系。支持繼承（Inheritance）關(guān)系基于框架表示（Frame-basedrepresentation）框架包含屬性和數(shù)值的大小兩部分，可以看作是語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的延伸。例如： FrameMiniCityInstanceofCar Attribute:Numberofdoorstwo Attribute:numberofseatsfour Attribute:colorwhite Attribute:enginesize1000cc框架表示比語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示更加簡(jiǎn)單，并且可以合并于產(chǎn)生式規(guī)則中。9學(xué)生模型什么是學(xué)生模型在ITS中，表示學(xué)生當(dāng)前知識(shí)狀態(tài)的模塊叫學(xué)生模型。對(duì)學(xué)生模型進(jìn)行推理的模塊叫診斷。學(xué)生模型是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，診斷則是對(duì)學(xué)生模型操縱過(guò)程。 判斷學(xué)生當(dāng)前對(duì)學(xué)科領(lǐng)域的理解狀態(tài)。描述當(dāng)前學(xué)生的知識(shí)狀態(tài)的數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在學(xué)生模型中。學(xué)生模型的建構(gòu)誤解：學(xué)生有，專家沒(méi)有。缺失：可以被專家處理，但學(xué)生不能。10學(xué)生模型的種類覆蓋模型（OverlayModel）：適用于必備教學(xué)材料展示的場(chǎng)合學(xué)生知識(shí)看作是專家知識(shí)的子集，導(dǎo)師的目標(biāo)是擴(kuò)大這一子集。11缺陷學(xué)生不能學(xué)習(xí)專家不知道的知識(shí)忽視了學(xué)生理解知識(shí)的誤解或偏差微分模型（DifferentialModel）微分模型是覆蓋模型的擴(kuò)展，知識(shí)被區(qū)分為學(xué)生探索或沒(méi)有探索過(guò)兩部分。12缺陷：微分模型將領(lǐng)域知識(shí)區(qū)分為向?qū)W生展示和沒(méi)有展示兩部分。微分模型涉及了學(xué)生的誤解或偏差。偏差模型（PerturbationorBuggyModel）考慮了學(xué)生對(duì)知識(shí)的處理沒(méi)有包含在專家領(lǐng)域知識(shí)中的部分13采用附加的偏差庫(kù)，拓展了專家知識(shí)。產(chǎn)生偏差庫(kù)的過(guò)程可以采用列舉法或產(chǎn)生法。列舉的方法是通過(guò)分析問(wèn)題范圍和學(xué)生產(chǎn)生的錯(cuò)誤，將學(xué)生所有產(chǎn)生偏差的可能都列舉出來(lái)。產(chǎn)生式方法是嘗試?yán)谜J(rèn)知理論產(chǎn)生偏差。學(xué)生診斷是促進(jìn)學(xué)生模型演化的過(guò)程。通過(guò)分析學(xué)生和系統(tǒng)之間的交互，可以促進(jìn)學(xué)生模型的演化。通常通過(guò)檢查學(xué)生對(duì)問(wèn)題的回答情況和分析問(wèn)題解決步驟來(lái)完成。還包括請(qǐng)求幫助、超文本系統(tǒng)的瀏覽方式等。14診斷的技巧跟蹤模型（ModelTracing）：分析問(wèn)題解決的過(guò)程，并且包含跟蹤學(xué)生活動(dòng)的問(wèn)題解決模型。 --ListTutor（Anderson,Reiser,1985）主題跟蹤（IssueTracing）：跟蹤模型的一種。通過(guò)問(wèn)題解決過(guò)程的分析，判斷哪一種技巧或主題被使用過(guò)。學(xué)生模型中個(gè)體技巧計(jì)數(shù)器被更新以標(biāo)記被使用過(guò)。 --West（Burton&Brown,1982）專家系統(tǒng)（ExpertSystem）：用于分析學(xué)生的答案或結(jié)論，專家系統(tǒng)的結(jié)論通常包含在學(xué)生模型中。為所有的情境提供診斷規(guī)則。 --Guidon（Clancey,1983）15診斷技巧路徑發(fā)現(xiàn)（PathFinding）條件推理（ConditionInduction）計(jì)劃辯識(shí)（PlanRecognition）決策樹（DecisionTree）產(chǎn)生和測(cè)試（GenerateandTest）交互診斷（InteractiveDiagnosis）16課程與教學(xué)模塊又稱專門知識(shí)模塊，是有關(guān)教學(xué)知識(shí)的專業(yè)知識(shí)與技能，它既有說(shuō)明事物概念的陳述性知識(shí)，也包括利用這些概念性知識(shí)解決問(wèn)題的過(guò)程性知識(shí)。元知識(shí)：體現(xiàn)知識(shí)形成或技能運(yùn)用過(guò)程的知識(shí)。知識(shí)庫(kù)：專門知識(shí)和元知識(shí)構(gòu)成知識(shí)庫(kù)。課程：對(duì)向?qū)W生展示的材料進(jìn)行選擇和排序。教學(xué)：向?qū)W生展示材料的活動(dòng)。17知識(shí)庫(kù)的特點(diǎn)：必須要有明確的教學(xué)目標(biāo)和范圍要形成前后比較連貫的關(guān)系或基礎(chǔ)知識(shí)體系形成一個(gè)實(shí)用的思維或推理模型考慮學(xué)生接受能力的限制展示知識(shí)的方法對(duì)話（dialogue）教學(xué)模型：使用教學(xué)實(shí)例或指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐18智能教學(xué)系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀與ITS開發(fā)相關(guān)的重要主題70年代80年代90年代問(wèn)題產(chǎn)生跟蹤模型學(xué)習(xí)者控制簡(jiǎn)單學(xué)生模型基于個(gè)案的推理情境學(xué)習(xí)與信息處理知識(shí)表示探索世界虛擬現(xiàn)實(shí)蘇格拉底式的輔導(dǎo)心智模型的進(jìn)展技能與策略性知識(shí)模擬反應(yīng)性學(xué)習(xí)環(huán)境自然語(yǔ)言理解偏差庫(kù)著作系統(tǒng)專家系統(tǒng)和導(dǎo)師覆蓋模型/遺傳圖表19八十年代ITS的發(fā)展主要集中于對(duì)模式和環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化。九十年代對(duì)有關(guān)問(wèn)題，如學(xué)習(xí)者控制、學(xué)習(xí)者同ITS的交互、學(xué)習(xí)情境、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）