国内人工智能教育应用研究现状与反思_徐鹏

(3)智能答疑系统开发 智能答疑系统 , 是将人工智能技术应用于答疑 系统 , 克服以往答疑系统中存在的缺乏个性化交互 的问题 , 从而能够更加有效的解决学生的疑难问题 , 消除学生的学习障碍 , 促进学习 。国内关于这方面 的研究开 发 较 多 , 例 如 , 吴 彦 文和 吴 郑红 发 表 于 2005年第 6期 《电化教育研究 》上面的 《基于学习者 个性模型的智能答疑平台的设计 》[ 5] 一文 , 以网络 环境下可以更好的支持个性化学习的系统为研究背
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分类 。 通过研究发现 , 国内人工智能的教育教学应 用的研究大体上可以分为理论研究 、技术开发研究 和实践应用研究三大类 , 具体的论文数量分布情况 如图 2所示 。从图中可以看出 , 国内关于人工智能 教育教学应用的理论研究和技术开发研究较多 , 而 实践应用研究则相对偏少 。
图 2 人工智能教育教学应用论文按研究内容分布图
景 , 采用人工智能与认知技术相结合的方法 , 开展基 于学习者个性模型的智能答疑平台的设计研究 , 重 点探讨了如何进行学习者个性建模以及如何基于该
模型进行自适应知识内容呈现的智能答疑系统等问 题的研究 。杨志国在其硕士论文 《AI网络课程中的 智能答疑与实验 》[ 6] 中 , 设计开发了一个名为 “ AI博 士 ”的智能答疑系统 , 利用汉语的自动分词技术 , 提 高了答疑系统的智能性 。
究 》《开放教育研究 》 《中国远程教育 》《远程教育杂 志 》《现代教育技术 》和 《现代远距离教育 》七种在国 内发行量较大 , 影响范围较广的期刊作为期刊检索 来源 。
三 、研究综述 1.从时间纵向维度看国内人工智能教育教学应 用研究的趋势 通过文献检索 , 共检索到人工智能教育应用相 关论文 302篇 , 不均匀的分布于 2000 年至 2008 年 各个年份之中 , 具体分布情况如图 1所示 。从图中 可以看出 , 发表论文的数量在总体上呈现逐年递增 的趋势 , 这表明国内教育技术界对于人工智能的教 育教学应用的关注度逐渐提高 , 研究范围逐渐扩大 。
图 1 人工智能教育教学应用研究论文按年份分布图
2.从研究内容横向维度看国内人工智能教育教 学应用研究趋势
为了进一步了解国内人工智能教育教学应用的 研究趋势 , 我们将对检索到的论文按研究内容进行
【基金项目 】国家社会科学基金 “十一五 ”规划教育学重点课题 (课题编号 :ACA07004)“以教育技术促进学校教育创新研究 ” 。 【作者简介 】徐鹏 , 东北师范大学网络信息中心工程师 , 教育技 术学博士 研究生 ;王以宁 , 东 北师范 大学传媒 科学学 院院长 , 教 授 , 教育技术学博士生导师 。
(4)智能化教育决策支持系统开发 智能决策支持系统 (IDSS)是人工智 能的重要 应用之一 , 是人工智能 (AI)和决策支持系统 (DSS) 相结合 , 应用专家系统 , 使决策支持系统能够更充分 地应用人类的知识 , 如关于决策问题的描述性知识 , 决策过程中的过程性知识 , 求解问题的推理性知识 , 通过逻辑推理来帮助解决复杂的决策问题 。 目前智 能决策支持系统广泛应用于军事 、商业等领域 , 近些 年来 , 其在教育管理方面的应用也逐渐得到了相关 学者的关注 。 焦宝聪 、柳少军发表于 2004年第 7期 《电化教育研究 》上面的 《对建设基础教育信息化投 资智能管理与决策支持系统的探讨 》[ 7] 一文 , 就基 于当代教育信息化投资方面的重大问题 , 提出了建 立基础教育信息化投资智能管理与决策支持系统的 整体框架 , 具体包括 :信息查询 、情况分析 、预测 、会 议支持 、决策方案辅助生成 、模拟论证 、方案比较评 价 、辅助方案修改及优化 、辅助制定实施计划和决策 执行监控等组成部分 。
另外 , 近年来 , 人工智能教育应用相关研究也表 现出了人工智能技术与其它前沿技术结合并应用于 教育的趋势 , 主要表现在以下几个方面 :
(1)人工智能与分布式计算的 结合 , 衍生出了 分布式人工智能技术 , 该技术主要研究在逻辑上或 物理上彼此分离的智能系统如何并行的 、协作的实 现问题求解 。多 Agent系统 (MAS)是分布式人工智 能的研究热点 , 它能够克服单 Agent系统在功能上 的局限性 , 同时也具有良好的冗余性和容错性 。通 过文献分析发现 , 目前 , 基于 Agent的智能教学系统 的开发 , 大多是基于多 Agent系统 (MAS)。 另外 , 多 Agent系统 (MAS)也广泛应用于智能学习环境构建 和智能学习资源搜索等方面 。
(2)人工智能与人工神经网络 的结合 , 主要是 人工智能中的专家系统与人工神经网络的结合 , 可 以大大提高整个专家系统的智能性 , 使其能更好的 应对纷繁复杂的现实问题 , 提出解决办法 。 在教育 中 , 教育专家系统与人工神经网络的结合 , 可应用于 教育管理当中 , 提高教育决策的智能性 。 通过文献 检索与分析 , 国内关于此类研究较少 。
通过研究发现 , 近年来国内教育技术界对于人 工智能教育教学应用的技术开发研究关注度较高 , 研究范围也比较广泛 , 涉及教育教学活动的诸多环 节 , 具体集中在以下几个方面 :
(1)智能教学系统 (ITS) 智能教学系统是人工智能技术在教育中的重要 应用之一 , 是对计算机辅助教学 (CAI)相关研究的 进一步发展 。它能够模拟人类专家 , 根据学生自身 的特点 , 对其实施个性化教学 , 主要包括领域知识模 块 、学生模型 、教学策略模块和自然语言接口四个部 分 。经过研究发现 , 近年来 , 国内学者对智能教学系 统的研究 , 既有对智能教学系统的整体设计研究 , 例 如 , 首都师 范 大学 乔 向杰 的硕 士 学位 论 文 《基于 Web和 数 据 挖 掘 的 智 能 教 学 系 统 的 研 究 与 开 发 》[ 1] , 在充分分析智能教学系统的基本原理 、特点 及其相关模型的基础上 , 将数据挖掘技术应用到系 统中 , 从理论上提出了一个基于 Web和数据挖掘的 智能教学系统的研究思路 , 并给出了系统的总体设 计和实施方案 。 也有针对智能教学系统某一模块的 研究开发 , 例如 , 杨卉发表于 《电化教育研究 》 2005 年第 1期上的 《在智能教学系统中两层动态学生模 型的研究 》[ 2] , 提出 了一种两层动态学生模型及在 此模型基础之上的模糊综合评价算法 , 解决了传统 学生模型不能对学习者的学习特征进行客观的和全 面的评价的弊端 。 (2)智能代理 (Agent)技术的教育应用 智能代理是一种以主动服务方式自动完成一组 操作的机动计算机程序 , 具有自主性 、主动适应性和 迁移性等特点 , 目前已广泛应用于教育教学当中 , 比 较典型的教育应用有智能教师代理 、智能学生代理 、 智能信息资源代理等等 。 通过文献研究分析发现 , 目前国内对于智能代理的教育应用技术开发主要有 基于智能代理的教学系统开发 。 例如 , 周明的硕士
性。 2.智能教学系统 (ITS)的研究趋势与反思 (1)在智能教学系统的开发理念方面 , 趋向于
用先进的教学理论和学习理论去指导智能教学系统 的开发 , 特别是建构主义 , 在我们此次研究所收集的 有关智能教学系统开发的论文中 , 以建构主义为指 导的占 90%以上 。
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学位论文 《基于代理的智能远程教学系统研究 》[ 3] 百度文库 在对智能代理技术进行充分研究的基础上 , 开发出 了一个基于智能代理的远程教学系统 。 教育教学过 程中智能 代 理 模型 的 开 发 , 例 如 , 张 剑平 发 表 于 2004年第 5期 《电化教育研究 》上面的 《网络协作学 习中的智能代理模型研究 》[ 4] , 详细阐述 了网络协 作学习中智能代理模型的系统结构和工作过程 。
四 、研究趋势与反思
1.人工智能教育应用的总体研究趋势与反思 此次研究通过对 2000 年到 2008年间 , 国内主 流教育技术类核心期刊和历年优秀博硕论文中有关
人工智能教育应用类的论文 , 有关技术开发类的论
文占论文总数的 52.3%, 由此 可以看到 , 国内教育 技术界对于人工智能教育应用的研究重点已经由上 个世纪末的理论研究转向了技术开发研究 , 开始逐 步开展更深层次的研究 , 且研究成果显著 。 比较有 代表性的研究成果有 “ Z+Z智能教学系统 ”, 由中 科院院士张景中主持开发 , 该系统能够进行智能解 题 、人机交互 、自动推理和动态作图 , 教学内容涵盖 初中代数 、三角函数 、解析几何 、立体几何 、初中物 理 、初中化学等学科 。 但是在取得丰硕成果的同时 , 我们也应该看到 , 在人工智能教育应用类论文中 , 有 关实践应用类的论文偏少 , 仅占论文总数的 13%。 这就说明 , 我们所研究开发的技术成果尚未真正应 用于真实的教育环节中去 , 也就难以获得强大的实 践数据反馈 , 这将会对我们下一步的研究造成一定 的阻碍 。因此 , 在今后的研究过程中 , 我们要在注重 人工智能教育应用技术开发的同时 , 也要注重适时 的将相关技术成果引入真实的教学与 学习过程中 去 , 用大量的实验反馈数据去检验相应的技术成果 , 以便在今后的研究过程中加以改进 , 使其更好的服 务于教师的教和学生的学 。
二 、研究方法及文献来源
此次研 究主 要采用 文献 研究 法 , 对 中国 知网 (http://www.cnki.net)中的相关文献进行检索 。文 献发表时间为从 2000 年到 2008年 , 检索关键词为 “人工智能 ”、“智能教学 ”和 “ Agent”等 。文献数据 库选取 “中国学术期刊网络出版总库 ”、“中国博士 学位论文全文数据库 ”和 “中国优秀硕士学位论文 全文数据库 ”, 其中 , 在 “中国学术期刊网络出版总 库 ”中 , 我们选取了 《中国电 化教育 》 《电化教育研
(3)人工智能与仿真技术的结 合 , 衍生出智能 仿真技术 (IST), 它 能够克服传统仿真模型和建模 方法的局限性 , 具有广阔的应用前景 。目前 , 智能仿 真技术被广泛的应用于日常教学的实验环节 , 基于 智能仿真技术的智能实验系统 , 可以很好的对实验 数据进行预处理 , 生成实验模型 , 选择有效的实验方 法 , 对实验结果进行分析解释 , 显示出了强大的智能
现代远距离教育 特约栏目
2009年第 5期 总第 125期
国内人工智能教育应用研究现状与反思
徐 鹏 1 , 王以宁 2
(1.东北师范大学 , 吉林 长春 130024;2.东北师范大学 , 吉林 长春 130117))
【摘 要 】人工智能技术作为 21世纪的三大尖端科学技术之一 , 其对教育领域的影响十分深远 。 文章通 过对 2000年到 2008年国内有关人工智能教育应 用的论文的检索与分析 , 发现 研究趋势 , 反思 研究问 题 , 以 期待启 发未 来的研究 。
【关键词 】人工智能 ;教育应用 ;研究综述 【中图分类号 】G64 【文献标识码 】C 【文章编号 】1001 -8700(2009)05 -0003 -03
一 、引言
人工智能是计算机科学的一个分支 , 涉及计算 机科学 、信息科学 、心理学 、哲学 、生理 学等众多领 域 , 是一门综合性 极强的边缘学科 。 自 20 世纪 50 年代诞生以来 , 人工智能的研究领域主要有专家系 统 、机器学习 、模式识别 、自然语言理解 、人工神经网 络 、博弈和分布式人工智能等 , 其研究成果在工业 、 农业等社会生产部门得到了广泛的应用 。 进入 21 世纪以来 , 随着人工智能研究的不断深入以及教育 信息化的发展 , 人工智能在教育领域的应用也逐渐 得到了人们的重视 , 国内许多专家学者从不同角度 对人工智能的教育教学应用展开了深入的研究 , 取 得了丰硕的成果 。本文从纵向时间和横向研究内容 两个维度对近年来国内有关人工智能教育应用的研 究脉络做以梳理 , 以期发现研究趋势 , 反思研究中存 在的问题 , 启发未来研究 。