智能教学专家系统课件

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随着研究的不断深入,智能教学系统已经由当初仅支持基于文本和 图形的简单的教与学的方式,发展到目前支持包括发现式学习、探 究式学习和协作学习等多种教与学的方式。 但是, 我们的研究与国外还有一定的差距,如有关智能教学系 统对于适应性学习支持的研究还不够深入,构建真实的智能教学环 境相关研究国内还较少,亟待我们以后的研究。


••ຫໍສະໝຸດ 缺点: 缺点:⑴非智能化的网络信息检索方式不适合学习者兴趣的变化。不同个性化 模式之间的信息通信和信息共享机制,不能很好地适应用户兴趣的变化。 因为学生知识的有限性和知识检索能力的匮乏从而会影响学生的学习兴趣。 ⑵系统不能很好地对学习者的学习过程进行智能化管理。因为许多地区的 条件有限,教师和学生并不能及时的沟通交流,而且使用者在学习过程中 过分的依赖,没有掌握一定的毒,所以有时会影响学习的目标。 ⑶系统的学习模块不具有个性化,智能化的特点。目前的系统虽然都采用超文 本技术组织教学信息,但它以系统自身为中心,而且大多数教学内容是教学材 料的堆砌,并没有充分考虑到学习者的需求与习惯,要求人来适应系统而不是 系统去适应人,没有充分按照人的学习规律进行教育,所以造成了个性化差, 智能性差,教学效果不明显等诸多问题。 ⑷系统的负载能力差,难于适应日益增长的在线学习的需求。目前的系统平台 采用三层结构,负载能力十分有限,难于适应日益增长的远程教育系统在线学 习的需求,特别是当在线学习人数急剧增加时“可能引起系统瘫痪。 ⑸情感因素的缺乏。目前已开发的系统中许多都没有良好的人际用户界面。同时 交流过程也十分的不完善,知识的内容涵盖量还是存在不足的。
• (2)在智能教学系统的功能开发方面 在智能教学系统的功能开发方面
较为注重学生模型和自然语言接口的研究。在学生模型的构建过程 中,较为注重“情感因素”的研究,同时也注重了学生模型的动态性 和开放性;在自然语言接口的相关研究中,由传统的“书面理解”转 向“口语理解”,增强系统的人机对话功能。
• (3)智能教学系统的适用范围不断扩大 智能教学系统的适用范围不断扩大
4.案例简述 4.案例简述
下面的图示为基于Web的远程教育系统的组成框图。该系统由用户系统 ,Internet,Web服务器,应用服务器,数据服务器及数据库(包括用户 库和资源库)组成。 应用服务器 用 户 系 统
学习者模块
学习者信息收集 智能分析中心 信息调度中心
数据服务器 用户库 服务器
用 户 库
智能教学专家系统
主讲人: 主讲人:吴芬芬 E-mail:xuefeifei1204@ :
教学框架
1 2 3 4 5
引言 相关理论 应用现状 案例简述 优缺点
1.引言
• 新世纪之交,教育从形式到内容,正经历着深刻的变革,尤 其表现在教育的目的由传统的学历教育转变为技能培训、继续学习 和终身教育。教育的对象由在校学生转变为不同年龄、不同职业的 广大人群,教育的手段由传统的课堂教学转变为网络、电视等多途 径,文字,图像,声音等多媒体的综合应用。正如1999年教育部在 《面向21世纪教育振兴行动计划》中所指出的:一个开放式教育网 络和终身学习体系正在构建,形成之中,以往一位教师面对数十、 数百名学生,成千上万名学生共用同一套教材的现象明显已无法适 应现代教育发展的需要。正是在这种形势下,智能教学专家系统应 运而生,并蓬勃发展起来。
2.2.5 对话教育
对话教育是20世纪80年代在西方许多国家开展的实 验,它是在反思传统的“灌输教育”及现代的“园丁教 育”的基础上发展起来的一种新教育理念和新教育实践 。它的提倡者认为人的潜力既不处于先天领域,也不处 于后天领域,是处于两者边缘的领域。先天潜能的开发 只有在各种交流和对话中才能捕捉,只能在特定的情境 中,以知识,语言,活动为中介,才能促进主体双方实 现视野融合,挖掘潜能。也就是说我们在开发系统时要 注重过程当中的互相交流和活动的设计,让学生真正投 入到其学习当中,就如教育游戏当中的角色扮演一样让 学生真正投入到学习的环境当中。
• 智能教学专家系统的内涵
所谓智能教学专家系统(intelligent tutoring system,ITS)是指以 现代教育理论和计算机技术为基础,综合人工智能,心理学,认知科学等 领域的知识和方法,从而实现无教师,个性化教学的专家系统。目前的最 典型研究就是现代远程教育(E-learning )系统的发展。例如已经开发的 MASIES系统。理想的ITS应具备7项特征:⑴自成各种问题和练习⑵根据学 生的水平和学习情况选择,调整学习的内容和进度。在理解教学内容的基 础上自动解决问题,生成解答;具有自然语言生成与理解能力,以便实现 比较自由的教学问答系统以提高人机交互主动性;对教学内容有解释答询 能力;能诊断学生错误,分析原因并采取矫正措施;能评价学生的学习行 为。由于实现上述全部特征存在困难,因此一般认为只要具备一个或几个 特征就可被称之为ITS。
2.2.2 建构主义学习理论
建构主义学习理论认为,学习过程不是学习者被动 地接受知识,而是根据自己的经验积极地建构知识的过 程。由于建构主义学习活动是以学习者为中心,因而学 习者就更有兴趣和动机,能够鼓励学习者进行批判性思 维,能够更易于适应个体的学习风格。 因此智能教学专家系统的开发过程中应该在教学目 标分析和使用者的学习状况的基础上,先确定作为当前 所学知识的“主题”,进而创设与主题相关的尽可能真 实的情境,再确定学习主题所需的信息资源,以及每种 资源在学习本主题过程中所起的作用,然后设计不同的 自主学习方式,最终达到符合要求的意义建构,才有可 能真正达到教学专家系统所期望的目标。
信息发送者 信号 信息通道 信息接受者
因此在利用和开发智能教学专家系统的过程中,教 师要注意使用视觉、听觉、味觉、嗅觉等多种通道传播 信息(教学内容),仔细分析信息接受者的经验背景、个 性特征、价值观念,使信息接受者对信息的细节有足够 的感知和注意,并且通过学生学习的信息反馈,及时调 整媒体呈现方式或教学内容,实现教学效果的最优化。
2.相关理论
1
概念界定
2
理论基础
2.1 概念界定
• 教学专家系统的内涵
教学专家系统的任务是根据学生的特点、弱点和基础知识,以最适当的 教案和教学方法对学生进行教学和辅导。其特点有两个:一个是同时具有 诊断和调试等功能;另一个是具有良好的人机界面。已经开发和应用的教 学专家系统有MACSYMA符号积分与定理证明系统以及聋哑人语言训练专家系 统等。即教学专家系统是指一种借助人工智能技术,让计算机扮演教师的 角色实施个别化教学,向不同需求、不同特征的学习者传授知识、提供指 导的适应性教学系统。
参考资料
1.《智能科学及技术导论》.钟义信等编著 北京邮电大学出版社 《智能科学及技术导论》 钟义信等编著 北京邮电大学出版社. 钟义信等编著.北京邮电大学出版社 2.《人工情感》.王志良主编 祝长生 解仑副主编著 机械工业出版社 《人工情感》 王志良主编 祝长生.解仑副主编著 机械工业出版社. 王志良主编.祝长生 解仑副主编著.机械工业出版社 3.《广义专家系统》.程伟亮编著 北京理工大学出版社 《广义专家系统》 程伟亮编著 北京理工大学出版社. 程伟亮编著.北京理工大学出版社
2.2.4 认知教学理论
认知心理学是关于人类认知过程尤其是高级思维过程的研究, 为专家系统研究者编制体现人类思维的计算机程序提供了理论基 础。 认知教学理论指导下的教学过程主要包括:首先,教师通过一 系列关于某种概念、定理、观念、定律等的描述,让学生知道 “这是什么”;然后,通过一系列程序性知识的介绍,让学生懂 得“是怎样的”即明确它的特点和特性;接着,教师再通过一系 列启发性的介绍让学生知道这种概念、定理、观念、定律等是如 何产生的,在何时、何地能够使用,并且让学生能够准确地在一 些复杂的环境中对它们加以运用,使学生在大脑里对这些新输入 的知识加以重新建构,从而培养起学生严密的逻辑思维能力和认 知能力。结合“专家系统”内容的教学理论中的知识(尤其是程 序性知识)表征与习得、专家与新手的比较(认知学徒教学法)、 问题解决与问题解决方法等,它可以在专家系统教学中发挥重要 的作用。
3.应用现状 3.应用现状
㈠.现状分析 现状分析
我国的ITS研究起步比较晚,始于80年代中期。随着计算机技术, AI技术的发展成熟,一些大学已开发和应用了计算机程序设计语言和 物理教学专家系统等。其最大的优势在于符合现代的教学理念,响应 了未来教育发展的趋势。即将教学方式由传统的以教师为主,采用灌 输式教学,教学内容单一,教时短,学习主要由学生自己完成,教师 充当知识的发送者,学生往往因学习能力的差异而被分为不同的组, 主要通过对事实性知识的验证和孤立技能的掌握来评价学习过程,转 变为学生主导学习过程,进行自主探究建构,以主动性学习为主,联 想式学习,学习过程在合作中完成,教师的作用是协助学习,由不同 年龄,不同水平的人组成团队,对学习的评价是基于对学习过程中的 表现,最终实现优质学习。 当前,ITS研究与应用的成果主要涉及基于Web的ITS、适应性学习 系统、计算机增强学习的试验研究、基于学习者中心的系统设计研究, 以及自适应的评测等方面。典型的ITS研究与应用成果包括:智能教学 代理、 Z+Z智能教学系统、智能汉语教学系统、 Multimedia Micro University(分布式智能学习系统)。
2.2.3 人本主义学习理论
人本主义学习理论认为教育是整体人的学习,不是 把人的各个侧面,如行为表现,认知过程,情感障碍等 割裂开来加以分析,而是强调以“完整的人”的发展为 教育的基本价值。这种理论以学生达到自我发展,自我 实现为最高追求。注重培养学生的创新精神和个性发展 。 因此一个有效的教育专家系统不仅要功能强大有利 于完成教学目标,而且要注重因材施教,个性化教学的 理念,从而培养学生的全面发展。
2.2 理论基础
1 传 播 学 理 论 的 启 示 2 3 人 本 主 义 学 习 理 论 认 知 教 学 理 论 对 话 教 育 4
5
5
建 构 主 义 学 习 理 论
2.2.1 传播学理论
传播学理论是关于信息的传播过程、信息的结构和形 式、信息的效果和功能等方面的理论。我们利用教学专 家系统的过程就是一个信息的提取和传播的过程。
智能教学系统(ITS)的研究趋势与反思 ㈡.智能教学系统 智能教学系统 的研究趋势与反思
• (1)在智能教学系统的开发理念方面 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,有人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。
Web 服 务 器
Internet
教师和管理者模块
资源库 服务器 库
基于Web的远程教育系统
5.优缺点 5.优缺点
优点: 优点:
• ⑴ 实现了个性化的学习。即每位学习者可根据自己的基础、学习要求选择 适应的教学方式、学习进度,在学习过程中可以自己进行调整,同时教师 也可以根据学生的情况了决定所要讲授的内容,做到点面结合,细致入微 ,从而真正实现了“因人施教” 、“因材施教” 、“按需授教”。 ⑵开放的交流模式。即以往的教学局限于教师与学生的“一对一”,“一 对多”的交流,往往存在交流机会不足,信息渠道不畅的缺陷,以至影响 教学效果,而在ITS中,使用者可通过与专家系统的对话,提问,随时查找 测试结果,问题症结,了解学习进程安排和建议,是教学过程变得透明。 ⑶可二次开发,反复利用。整个系统分为单元,知识点及元知识三层,每 层均包含若干模块,各模块间可在一定范围内自由组合,或由使用者按一 定权限修改,替换,使之符合教学目的和教学对象的需要,同时它还可反 复利用而不会丢失,除非系统瘫痪。 ⑷提高教学的质量和学生自主学习的能力。通过了解学生的学习情况,和 进行针对性的教学,从而实现了教育知识的有效传播。同时在学习过程中 也可以扩展学生的知识面,进一步提高了其自我学习、自我探究、自我发 现的能力。 ⑸评价的有效性和合理性。使用者可以自己看到学习的结果,在通过过发 现学习和有意义学习以后能更好的进行下一步的学习。
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