智能教学系统的特点与设计方法

陈兴贵

[摘要]:智能系统应用于教育领域不仅给人们提供了大量便捷的学习机会、丰富的教学环境和教学资源，而且使学习活动更加自主化、个性化。文章基于此，主要分析了智能化教学系统的特点与设计方法。

[关键词]:智能教学 多媒体 特点 设计方法

在当前，计算机技术发展引起的智能化普遍应用的情况下，深入探索智能教学环境下的教育理念、教学模式和教学方法，充分利用现有信息技术成果，研究更加先进的智能网络教学模型，不仅可行，而且也是智能网络教学系统研究、开发和应用中的一项重要内容。文章拟主要分析当前智能化教学系统的特点与设计方法。

一、智能化教学系统的特点

智能教学系统是以认知科学为理论基础，综合利用人工智能技术、教育心理学、计算机科学等多门学科的成果而形成的一种对学生实施有效教学的技术。系统的智能性主要表现为能够实现“一对一”的教学，这种教学模式被誉为是最有效果的教学方式。“一对一”的教学方式可以归结为以下三点：（1）指导教师可以采用测试和问题的方式来探测学生实时的知识状态。（2）在学生开始学习某个知识之前，指导教师能够为他设计一条从最基础知识到某一个具体知识的学习路径。（3）在教师和学生的交互过程中，教师能够了解潜在的探测此学生所具有的学习风格，并且提供风格匹配的教学材料给学生进行学习。

基于以上的实践经验以及人工智能技术，设计和开发一个基于计算机的智能教学系统来模拟人类教师的教学方式和行为已经成为可能，并且很有前景。使用具有智能性的智能教学系统，将可以有效地弥补其教育教学上的缺陷和不足，改善学生的学习效果，提高教学效率，对教育具有极大的推动作用。

二、智能教学系统的设计方法

1.智能教学系统的设计原理

进行科学的教学系统设计，必须从了解学习的发生机制和学习的本质问题入手。教学系统设计，是架设于学习理论与教育教学实践之间的一座桥梁。纵观教学系统设计的发展轨迹，可以清晰地看到学习理论对教学系统设计的影响最为深刻。每一次学习理论的发展，都必然为教学系统设计带来巨大的触动和冲击。学习理论的发展大致可以分为行为主义学习理论、认知广义学习理论、建构主义学习理论和人本主义学习理论等，所以相应地出现了基于行为主义的教学系统设计理论、基于认知主义的教学系统设计理论、基于建构主义的教学系统设计理论和基于人本主义的教学系统设计理论。

2.智能教学系统的的主要功能

智能教学系统关键在于能够对学习者的学习效果进行检验并能够给出相应的学习建议，从而实现学习过程的智能化。主要功能包括：

(l)建立教学内容的智能知识库。根据不同的教学内容，按知识体系结构进行知识点的划分，并建立学习要素的数据库。

(2)对学习过程进行评价。学习效果是学习质量的重要标志，学习过程包括在线学习、在线练习、在线测试、实践教学，收集学习过程信息，进而对学习效果进行合理评价。

(3)学习指导和建议。根据学习情况给出学习效果评价，然后根据学习效果给出学习指导和学习建议，从而使学习过程具有更强的针对性，以达到提高学习质量的目的。

(4)学习导航。及时收集学生的应答信息，并加以分析处理，评判学生的成绩；为不同的学生选择不同的教学内容，将学生不具备学习条件的知识过滤掉；帮助学生分析错误原因，判断并标示出学生当前最需要学习的知识点，提供针对性的个别辅导和适当的补充材料。

（5）教学方法。允许学生用自然语言与计算机导师进行交流，这样就突破了传统的学法指导和教法，并且教法还可以针对特定学生进行，即“一对一”教学模式。

3.智能教学系统的组成

(1)领域模型。存放传授给学生的课程专业知识，还能生成问题，提供对问题的正确解答以及求解问题的过程。领域模型一般包含两方面的知识：一是有关课程的内容，二是有关应用这些知识来求解问题的知识，即过程知识。知识表示方法有语义网络、规则等。

(2)诊断模型。利用诊断规则来分析学生的响应，判断学生己经懂得的知识或学生产生的错误概念，并传递到学生模型的当前状态中去。

(3)学生模型。准确反映学生的知识水平、学习能力等，为系统实现个别化教学提供依据。

(4)教师模型。结合教学策略和课程结构方面的知识，为学生选择问题供他们解答，监督和评价他们的行为，当学生需要时为他们选择适当的补习材料。教师模型中，交叉和解释模式以及学生模型是实现“面向个人以交互方式进行教学”的具体手段。教师模型中采用的教学策略主要有诊断或排错法、苏格拉底法、教练法等。

(5)人机接口。人机接口作为学生与系统之间交流信息的媒介，它所提供的表达知识和信息的手段必须是学生熟悉并便于使用的。

4.智能教学系统的使用

学生使用教学系统进行学习活动时，可以自己选择学习内容，也可以在教师模型的作用下由系统引导进入某一教学单元。教师利用测试结果，通过诊断模块和诊断规则来判断学生当前的认知能力，通过学生的总体认知能力来决定学生下一步的行为。

（1）教学诊断模块。主要负责判断学生对某一知识点的掌握情况，进而能判断学生的当前知识水平，为判断学生的认知能力提供依据。

（2）能力测定模块。主要负责评价学生的学习能力。在教学之前、教学期间和教学之后都要进行。通过评价取得反馈信息以修正、完善教学计划，为教师模型制定正确的教学策略提供条件，保证教学的顺利完成。它是本系统的重要部分。

（3）学生行为评定。对学生行为的评价，依据评价的目的不同，分绝对评价和相对评价两种方法，系统中以教学目标为基准进行绝对评价，以掌握学生达到教学目标的程度和诊断学生知识、能力结构中的缺欠，即根据专家知识库中的测试题目信息及学生的回答情况，给出分析结果及相应各认知能力不同层次的分数比重，为制定相应的教学策略提供数据依据。

（4）试题评定。主要是对试卷的要求进行综合评价，包括学生测试的内容是否是学习过的，是否符合教学大纲的要求，试题分数的比例是否符合难度比例、认知层次比例和各章节的分配比例。

（5）教学内容生成。系统根据学生的认知能力、当前的知识水平和学习历史，利用教学策略生成个性化教学内容。

三、结语

智能教学系统能监控学生的学习过程，实现教学各环节的知识共享与交互，从而实现学生的按需学习和教师的因材施教，体现“以学习者为中心”的教学思想。但是，目前的智能教学系统的研究可以说仍然处于基础理论的研究阶段，其主要的研究方法就是将远程教学技术与传统的智能教学系统相结合，运用人工智能技术来更加有效地实现教学的个性化和智能化。

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