智能计算机辅助教学

摘 要：计算机辅助教学系统在各教育领域都扮演着重要的角色.然而,现有的计算机辅助教学系统面临许多挑战,亟待改变.随着科学技术的发展,各支撑学科的进步,人工智能技术逐渐被引入到现代教育技术中.智能计算机辅助教学系统将成为教育技术的一个新的发展方向.

关 键 词：计算机辅助教学；智能计算机辅助教学；CAI系统

随着科学技术的发展,计算机在教学过程中占有了一席之地.计算机辅助教学（ComputerAssistedInstruction――CAI）就是利用计算机辅助教师进行教学活动,通过学生与计算机间的交互从而达到教学目的.计算机辅助教学大致有两种方式：一种是将教师在课堂上用语言和板书的形式难以表述清晰的重点、难点以课件的方式呈现给学生,这种课件一般是以课堂演示的方式使用；另一种是以电子教案的形式出现.电子教案中不仅包括学习内容及重点、难点的演示,还包括一些习题及习题的分析与解答等内容.

因为受到支撑学科及计算机水平的限制,CAI软件的实现水平远远落后于CAI理论的发展.目前占主导地位的仍是基于行为主义学习理论的CAI软件系统.众所周知,这种软件通常都是基于框面,采用小步骤的分支式程序设计,学生在使用这种软件时则是被动地接受知识.现在,我国CAI软件的总体制作水平不高,软件的智能性和通用性不强,使得CAI软件的局限性比较大,有的仅仅是课堂教学的改版,教学内容、教学方法一成不变,无法根据学生的具体情况向他们提供合适的学习资料,进行恰当的个性化教学,从而达到实现学生全面发展的目标.而且软件如果需要增加新的结构相似的教学内容时,开发人员还需重新编程,这样既给开发者增加了许多重复性劳动,又给学习者造成了诸多不便.

目前使用的CAI软件存在着以下一些缺点：（1）网络支持不足：现在的大多数CAI软件是以光盘形式存在,在单机环境下运行.虽然大多具有网络支持,但是大多的网络支持都是针对这一版本的软件进行的系统修补,而很少针对教学内容进行更新维护,这样的软件生命周期不会很长.（2）教师的参与度不足：现在的大多数CAI软件在制作时就没有考虑到教师的参与,这些软件的学习和使用都是学生自主进行.通过这些软件,教师没有办法了解学生的学习情况,学生在碰到问题时也没有办法向教师求助,师生之间不能进行交流.这样的软件无法实现个别化教学.（3）监督机制不完善：现在的CAI软件之所以仅仅被视作一种教学辅助工具,而不是一种完全独立的教学手段,在很大程度上就是因为缺少必要的监督机制,得不到教育主管部门和社会大众的认可.

综上所述,现有的计算机辅助教学系统存在诸多问题,这些问题使计算机辅助教学系统不能适应新的要求.因此,智能计算机辅助教学系统将成为教育技术的一个新的发展方向.

智能计算机辅助教学（IntelligentComputerAssistedInstruction――ICAI）是一种新的教育技术,它以认知科学和思维科学为理论基础,综合了人工智能技术、教育学、心理学等各门学科的知识,对学生进行有效的教育.

ICAI系统主要由三个部分组成：知识库、学生模型和教师模型.知识库包含学科知识和教学知识两部分；学生模型提供了学生的程度：学生知道什么和不知道什么,代表了学生的智能活动；教师模型提供了教学方法,负责指导系统怎样进行教学活动,代表了教师的智能活动.此外,ICAI系统通常还包含一个具有自然语言处理的智能人机接口.

由此可见,ICAI系统将教学内容与教学方法分开,根据学生模型提供的信息,通过系统的智能搜索与推理,动态生成适合于特定学生的教学内容与策略；通过智能诊断机制判定学生的学习水平,分析学生产生错误的原因,从而向学生提出针对错误的修改意见,下一步的学习策略；通过对所有学生的错误进行统计,智能诊断机制将及时向教师提供教学策略的更改建议；通过对学生模型、教学过程、教学结果的智能分析,向教学主管部门提供对教师教学工作的评价意见.可以说,一个理想、完美的ICAI系统就是一个自主、优秀的“教师”.

要开发一个好的智能计算机辅助教学系统,需要考虑以下几个方面：

1.模拟人类将记忆与思维合一

由于计算机技术不断地发展,计算机数据交换方式也在不停地发展,从而提升了处理器与存储器之间的配合,这使智能计算机辅助教学系统进行模拟人类记忆与思维活动变得可能,从而可以同时应付多种不同的情况,进行多方位的综合性思考.

2.模拟人类较好地解决不确定性问题

现实世界中的事物大多是模糊的、不确定的,人类可以又快又好地处理这样的事物,但目前的计算机辅助教学系统无法做到这一点,为了能够对不确定性进行正确处理,需要从软件上弥补这一缺陷.

3.模拟人类较好地解决自主学习问题

人类具有感知能力,能通过各种感觉器官感知外部世界,从而得到所需要的有关信息,但目前的计算机辅助教学系统却不具备这种能力,它需要人们把已经表示出来的各种信息通过一些输入设备输入才能进行处理.虽然目前人们已经通过各种软件和硬件的方法能够与计算机辅助教学系统直接交互,但是这已经限制了计算机辅助教学系统的应用.

4.与网络技术相结合,实现深层次教学

随着多媒体技术和网络技术的飞速发展,智能计算机辅助教学系统不仅要在智能上有所发展,还要在多维的网络空间中发展进步.基于网络环境的智能计算机辅助教学系统要利用网络的优势,完成在线学习、实时讨论、随堂练习、网上测试等多种教学任务,实现远程教学.

5.人工智能技术的使用

人工智能技术在智能计算机辅助教学系统中的应用,主要体现在对普通的计算机辅助教学系统中引入了知识推理机制,如,每次课程结束时,系统会根据学生的随堂测试情况确定学生的新的认知水平,作为下次学习的起始依据,并且向学生提出新的学习建议.

6.提高虚拟学习环境的人机交互性

虚拟学习环境是由多媒体技术、仿真技术、计算机技术、网络技术相结合而产生的一种交互式人工世界.它的最根本的目的就是要实现基于自然技能的人机交互.在智能计算机辅助教学系统中,使用这种虚拟学习环境,能够在一般人所不能亲身体验的情景中,达到演示、操作完美统一的教学目的.

7.开发更有效的帮助系统

评价一个智能计算机辅助教学系统的优劣、智能性的高低,主要看该系统在学生遇到困难的时候,是否能够及时地提供适当的、有启发性的帮助.而现有的教学系统并不能够很好地做到这一点.因此,开发更有效的帮助系统也是今后努力的方向.

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