浅谈智能化计算机辅助教学

关键词：人工智能教学系统多媒体教学社会

科学技术的飞速发展以及人类社会的不断进步, 现代社会越来越离不开计算机, 人工智能跟教学的结合也越来越紧密。将人工智能技术应用于多媒体教学产生智能教学系统, 相对地具备了一定的推理能力, 可以克服一般的CAI课件只能事先估计学生学习行为、按预定的策略进行教学的弱点, 能够根据学生在学习过程中的不同表现, 动态地调整教学, 更容易激发学生学习的积极性和主动性。文章首先介绍人工智能的概念和当前CAI的教学模式以及它的缺陷。然后通过介绍ICAI的定义、特点、模块框架和发展前景, 以体现ICAI的优势。

1 人工智能

人工智能 (AI) 是计算机科学中一个非常具有挑战性和创造性的领域。可以从两个方面对它来定义:第一, 从学科上理解:人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统, 使它能模拟人脑的功能、延伸和扩展人类智能的学科。包含:思维科学、智能理论。第二, 从能力上理解:人工智能是相对于人的自然智能而言的, 人工智能是指用人工的方法在机器 (计算机) 上执行智能行为:感知、理解、学习、判断、推理、规划、设计、求解等。总之, 人工智能就是让机器完成那些如果由人来做则需要智能的事件的科学。常常以问题求解、推理和博奕等活动来说明人工智能的一些特征。

人工智能 (AI) 的本质问题就是研究如何制造出人造的智能机器或系统, 来模拟人类智能活动的能力, 以延伸人们智能的科学。

2 计算机辅助教学

计算机辅助教学 (Computer Aided Instruction, 简称CAI) 是在计算机辅助下进行的各种教学活动, 以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。CAI为学生提供一个个人化学习环境, 综合应用多媒体、超文本、知识库等计算机技术。目前CAI系统通常采用的教学模式有以下5种: (1) 练习; (2) 个别指导; (3) 对话与咨询; (4) 游戏; (5) 问题求解。

然而, 目前使用的绝大多数CAI是将全部教学信息以编程方式预置于课件中, 这样的CAI课件一旦制作完成, 很难对课件进行更新和维护。尤其是在这样的CAI系统中, 学生仍然处于被动状态即完全受计算机控制。因此现有的CAI系统因新技术的产生而面临许多挑战, 主要有以下几方面的问题: (1) CAI课件成为替代板书的工具, 缺乏人机交互能力; (2) 缺乏网络支持; (3) 缺乏智能性; (4) 缺乏教师与学生的互动; (5) 缺乏有效的监督; (6) 缺乏广泛性。

3 智能化计算机辅助教学

3.1 智能计算机辅助教学系统概念

智能计算机辅助教学一I C A I (Intelligence Computer Assisted Instruction) 属于人工智能的一个分支领域, ICAI是以认知科学和思维科学为理论基础, 综合人工智能技术, 教育心理学等多门学科的知识对学生实施教育的一门新的教育技术。其目的在于通过研究人类学习思维的特征和过程, 寻求学习知识的模式, 使学生获得个别化自适应性学习的获取知识方法, 从而使学生学得更快, 更有效。所以, 从人工智能的角度看, 计算机辅助教学实际上是一个由计算机系统辅助教师进行教学及学生进行学习并得以实现的“专家系统”。

3.2 智能计算机辅助教学系统特点

为克服CAI的不足, ICAI充分注意到人类教师在教学中的思维过程, 依靠人工智能技术的进步, 在因材施教方面取得进展。其主要特点是:

(1) 能自动生成适合学习者程度的问题和练习。

(2) 能根据学生的不同水平与学习情况选择学习内容和调整教学进度。

(3) 能理解教学内容并对其具有解释咨询的能力。

(4) 具有自然语言的生成与理解能力, 以便实现比较自由的教学问题系统, 以提高课件在人机交互作用中的主动性。

(5) 能诊断学生错误, 分析错误发生的原因并采取相应的纠正措施。

(6) 能不断地在教学中改善教学策略。

(7) 能够评价学生的学习行为。

要使ICAI课件具有上述的全部智能特征不容易, 因此, 在实用的ICAI课件中, 可能只具备上述特征中的几个。可以认为, 问题解决能力、诊断纠错能力和自然语言的生成与理解问题是当今ICAI课件的三个重要特征。

3.3 智能计算机辅助教学的基本结构

ICAI系统的构成一般为三个基本模块。一是知识库模块, 该模块亦称专家模块, 该模块是一个智能计算机系统, 其内部具有大量达到专家水平的某个领域的知识与经验, 能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。二是学生模型块, 这是指生成一种可示学生的实际水平状况。其过程就是根据学学习要求、其对知识与技能的掌握情况以及能了学生与系统的对话, 可以运用不同的交互为信息。三是教师模型模块, 该模块亦称辅导模块经验的教师, 具备教师的一些教学行为。教师模块必须有言对话、教学方法、教学策略和教学题材的知什么样的方式顺序及教学模式等。除了这三个基本模块外, ICAI系统还包括一个自然语言的智能人机接口模块, 它是教学对话的自然语言处理系统, 即ICAI系统的用户界面。

3.4 智能计算机辅助教学发展前景

完善的ICAI系统能够充分调动学生的主动性, 并能通过分析推理, 对某具体学生做出适合的教学决策。实现个别化教学, 达到因材施教的目的。在实际设计时, 由于需要考虑的因素较多, 系统比较庞大, 同时也依赖于人工智能等技术的发展, 因而要建立完善的ICAI还是比较困难的, 这也正是未来计算机辅助教学的努力目标, 可以预计未来的计算机辅助教学研究, 将朝着集集成化、协调化、超媒体网络化和智能化于一体的方向发展。

4 结语

由此可见人工智能技术已经逐步应用于计算机辅助教学中, 与教学现代化有着密切的关系。人工智能技术的发展也必将会对ICAI的发展起到巨大推动作用。随着计算机科学21世纪的教育教学手段将是以ICAI为主线, 多学科、多方位发展的新技术的体现, 越来越多的教育工作者会从更多的视角审视ICAI, 并从事ICAI的研究。相信ICAI将会在现代教育领域中得到越来越广泛的应用。

摘要：介绍了计算机辅助教学系统的现状及缺陷, 人工智能概念。智能化计算机辅助教学的出现, 给传统教学注入了新的活力, 更好地实现教学的互动与智能化。

关键词：计算机辅助教学,人工智能,智能化计算机辅助教学,知识模块,学生模块,教师模块