基于移动终端的智能导学APP设计与开发研究

周心伟　秦媛媛　王超

摘  要：智能导学APP的出现主要源于人工智能技术的发展，其基本原理是借助计算机扮演的教师角色实行针对学生的个别化教学。文章首先指出智能导学APP的基本内涵和它的智能性表现，其次说明建构主义理论、混合学习理论和自主学习理论是智能导学APP的生成基础;最后提出基于移动终端的智能导学APP设计结构，具体从领域知识库模块设计、学生知识模块设计以及教师知识模块设计三个层面进行论述。

关键词：智能导学;建构主义理论;混合学习;领域知识库

中图分类号：TP311.52 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）31-0026-02

Abstract： The emergence of intelligent tutoring APP mainly stems from the development of artificial intelligence technology， and its basic principle is to implement individualized teaching for students with the help of the role of teachers played by computers. This paper first points out the basic connotation and intelligence performance of intelligent tutoring APP， then explains that constructivism theory， blended learning theory and autonomous learning theory are the bases of intelligent tutoring APP， and finally puts forward the design structure of intelligent tutoring APP based on mobile terminal， which is discussed from three aspects： domain knowledge base module design， student knowledge module design and teacher knowledge module design.

Keywords： intelligent tutoring; constructivism theory; blended learning; domain knowledge base

1 智能导学APP的智能性

1.1 智能导学APP的基本内涵

智能导学APP是一款借助人工智能技术，根据具体学科的教学内容和教学要求，在移动终端上建立起来的程序，它主要充当教师的角色，实现向具有不同学习需求和学习特征的学习者传授知识的目标。智能导学APP的出现是我国教育领域由现代远程教育向智能教育逐步过渡的重要标志，它不仅是现代数字化教学的重要载体，更是一项涉及教育学、计算机科学、人工智能学等多重综合性交叉学科，实现对学生进行个别化教学，按照学生对知识的理解程度自动调节教学速度、并适时模拟人类进行教学活动的软件系统。[1]

1.2 智能导学APP的智能性

新课程改革要求教育领域使用数字化教育资源，倡导结合计算机、多媒体、互联网等多种网络技术实现与教学内容的逐步整合，从而改善现代教育的教学方法、教学模式和教学效果。智能导学APP作为一款具有高度互动性和技术集成性的学习系统，其研发的主要目的是由计算机系统担任学习者的指导教师，通过系统自动模拟专家的教学思维，代替教师担负教学任务并取得最佳的学习效果;同时达到能够有效激发学生的学习积极性和主动性，提升学生独立获取知识、独立分析问题和解决问题的能力，开发学生的智力并培养学生能力的功能。

智能导学APP具有以下几个基本的智能性特征：首先，具備完整的知识体系和教学资源。该导学系统知识库中储存了针对某一领域的学科知识，教学知识点以及教学资源之间都建立了明确联系，这可以使学习者快速找到切入点进行学习，方便从不同学习资源和知识点的联系中进行摸索。其次，能对学习者进行个性化的学习指导。智能导学系统中的数据分析功可以根据学习者的学习特征、学习水平和学习情况适当调整学习内容和教学进度，根据学习者的学习进度自动生成习题，使学生自动解决学习问题并生成解答。再次，该系统具有教学评价的功能。系统具有自然生成的语言理解能力，可发挥自身的解释咨询功能，提高人机的交互性，诊断学生的错误学习行为和评价教师的教学行为，使得教师不断在教学中改善教学策略。[2]

2 智能导学APP生成的理论基础

2.1 建构主义理论

建构主义学习理论认为，学习者获取知识不仅仅依靠教师进行传授，而是学习者在教学者的指导下，利用一定的学习资料，通过意义建构的方式获取所需知识，“情景”“意义构建”“会话”和“协作”是为学习者构建学习环境的四种主要要素。在学习的方法层面，建构主义理论强调学习者的认知主体作用和教师的指导作用：教师是意义建构的帮助者和指导者，而不是知识的被动灌输者;学生是知识意义的主动获取者，而不是在外部刺激下的知识被动接受者。在学习环境层面，学习环境只是学习者进行自由学习的场所，学生通过利用各种信息资源和学习软件达成自己的学习目标，在此过程中，学习资源和学习软件只是学习者的认知工具。

2.2 混合学习理论

混合学习理论主要在网络学习快速发展的时期，人们对学习者学习技术环境进行反思而逐渐兴起的一种学习理念。首先，混合学习是一种学习方式，具体包括面对面学习、实时互联网学习、虚拟课堂学习、学生合作学习等多种形式的学习模式。其次，该学习模式强调以技能为导向，以此让学习者掌握特殊的知识和技能，混合学习理论强调将教学技术和实际教学任务进行紧密结合，为学习者提供一个相对和谐的学习环境。综上所述，混合理论的实质是将学生的学习主体地位和教师的指导地位进行结合，发挥在线教学和传统教学的优势，通过“混合式”的教学模式促进传统教学方式的变革。关于混合学习理论的研究可以为智能导学系统的研究提供理论支撑。[3]

2.3 自主学习理论

自主学习理论强调学习者对自身负责的学习态度，该理论的主要内容包括：学习者有内在的学习动机，在学习过程中学习者对学习时间有合理的安排、找到适合自身的一套完整的学习方法，在学习行为方面学习者能意识到学习效果并保持对学习环境的高度敏感性。自主学习的基本特征是：教师在学习过程中引导学生自主制定学习计划、自主选择学习方法并对自身学习结果进行客观评价。自主学习理论明确学习者应树立高度的自觉学习意识，增强对自身的学习激励和自我控制。

3 基于移动终端的智能导学APP设计

基于移动终端的智能导学APP开发设计的主要目的是：对教师而言，辅助教师变革传统的教学模式、创新教学方式、更好地进行网络在线教学;对学习者而言，可以按照教学系统中的内容，利用视频、微课以及网络技术等多种形式，完成课后习题并进行自我检测。以下是对智能导学APP设计结构的具体阐述。

3.1 领域知识库模块设计

智能导学APP的领域知识库的设计尤为重要，完善的领域知识库模块可以有效反映各个知识点之间的相互关系、向学习者表达较为完整的知识内容。领域知识库是人工智能技术与数据库知识产物的相互融合，它是整个智能导学APP的核心部分。知识库模块一般由知识点库和知识树两部分构成：知识点库主要包括事实、概念、定义等内容的集合，知识点库中的每个知识点都指向相关的辅导教学软件、知识题库以及知识素材，各个知识点之间的关联程度十分紧密，是连接知识点的重要纽带;知识树主要通过树状结构进行体现，其主要作用是将课程之间的知识集按照章、小结等多种形式组合而成。要建立完整的领域知识库模块，必须根据各个学科的特点将学科知识分解为多种知识节点，从而完整地表达教学单元。为明确清晰地表达知识点，需要处理好知识点属性和知识点关系这两个层面的内容。[4]

3.2 学生知识模块设计

在学生知识模块设计中，针对学生的具体知识点设计应达到描述学生基本信息、反映学生基本知识和能力水平的目的。学生知识模块设计是智能导学APP中的一种表示学生知识水平和认知结构的数据模型，因此系统设计必须实现随时检查学生知识能力、引导教师确定教学内容的目的。学生知识模块设计的重点部分是认知学生模型的设计，该模型主要包括学生当前学习状态、学生学习档案以及学生认知信息等多种内容。学生的当前学习状态信息是指学生登录系统之后，系统自动根据学生的访问痕迹添加更新并在界面加以显示的信息，该信息显示可以在一定程度上激发学生的学习热情和满足学生的成就感;学生的档案信息通过在学生学习过程中自动生成，从而将这些信息反馈到学生模型中，学生通过查看学习模型中的学习档案信息，能够自动调节学习进程并完善自身的学习方式;认知学生模块主要依据学生使用课件的具体表现，通过对学生理解、记忆等多种能力的考察了解其实际情况。总之，系统可以将这些信息存入学习者的知识库中，再利用数据转换的途径转入到数据仓库中，通过推理测评等一系列的方法推断学习者的学习情况和知识点的掌握状态，从而为学习者导学提供依据。

3.3 教师知识模块设计

智能导学APP中的教师模块主要对教师的教学内容、教学时间以及教学方法等进行详细的规定，即系统中的模拟教师按照学校的教学要求、在尊重学生认知水平的基础上，选择合适的教学方法进行教学活动并及时评价学生的学习行为。设计教师知识模块主要为了达到以下基本功能：根据学生知识模型中的学习水平和认知结构等基本信息，掌握学生的学习进度，并利用教学知识库的知识重建学生的教学方案和教学方法。在学生完成一个阶段的学习之后，教师知识模型可以根据学生的学习效果等情况提出针对性的评价和改进措施，对学生的学习过程进行综合总结，针对学生的错误学习行为进行积极的反馈和适当的启发，提出适合的复习方案和补救建议。[5]

4 结束语

综上所述，为发挥智能导学APP在教学中的最大成效，教师迫切需要改变自身传统的教学理念、教学模式和教学方法，将智能导学教学模式与传统教学模式的优势集中起来，结合实际教学课时的需要，最大程度地抓住学生的学习注意力，通过良好的智能导学策略引导学生利用碎片化的学習时间进行学习，从而提高学生的学习兴趣、保证学生的学习质量。因此，开展关于智能导学APP的研究以此促进教师对我国信息化教学的理解。

参考文献：

[1]刘艺琴.智能导学系统在远程教育中的应用研究[J].云南电大学报，2012（03）：34-36.

[2]朱莎，余丽芹，石映辉.智能导学系统：应用现状与发展趋势——访美国智能导学专家罗纳德·科尔教授、亚瑟·格雷泽教授和胡祥恩教授[J].开放教育研究，2017（05）：04-10.

[3]陆琦.点击流数据仓库在智能导学系统中的应用研究[D].长春：东北师范大学，2009.

[4]刘丹.高中生物智能导学系统的开发——以人教版《分子与细胞》为例[D].长沙：湖南师范大学，2017.

[5]尚晓晶.基于“导学案”教学模式的智能导学系统的设计开发与实证研究[D].锦州：渤海大学，2013.