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CAI中的人工智能应用

木马童年 2019-6-10 22:00 45 0

  【摘要】:文章较为详细的分析了人工智能技术对教学领域的影响,及其两者间的相互关系,展望了开发智能计算机辅助教学系统的发展方向,最后通过例子阐述了人工智能在计算机辅助教学中的应用。 中国论文网 https: ...

  【摘要】:文章较为详细的分析了人工智能技术对教学领域的影响,及其两者间的相互关系,展望了开发智能计算机辅助教学系统的发展方向,最后通过例子阐述了人工智能在计算机辅助教学中的应用。 中国论文网 https://www.xzbu.com/8/view-9133185.htm  【关键词】:人工智能;计算机辅助教学;智能计算机辅助教学系统( ICAI);专家系统

1. 引言

在今天,多媒体技术在教育领域得到了广泛应用。为了使教学改革能与之相适应,需要引入先进的教学手段,而使用计算机辅助教学系统(Computer Aided Instruction,CAI)可以提供理想的教学环境,更容易激发学习者的学习积极性和主动性,从而显著提高教学效果。多媒体技术的日益发展以及与其它领先技术的结合,必然促进CAI的进一步发展。

人工智能(Artificial Intelligence,AI)是20世纪50年代中期兴起的一门新兴边缘科学,它既是计算机科学的一个分支,又是计算机科学、控制论、信息论、语言学、数学、哲学等多种学科相互渗透而发展起来的综合性学科。人工智能又称为智能模拟,是用计算机系统模仿人类的感知、思维、推理等思维活动。例如,用计算机模拟人脑的部分功能进行学习、推理、联想和决策等。

2. 计算机辅助教学( CAI )

计算机辅助教学比传统的教学模式先进了许多,但目前并不完善,还存在许多不足:

(1) 缺乏人机交互能力

现有CAI 大多以光盘作为信息的载体,将教材中的内容以多媒体的形式展现出来,教学信息是按预置的教学流程机械式地提供给学生的,学生接受起来很被动。

(2) 缺乏教师与学生的互动

现有的CAI课件在学生自学、进行操作使用时,如何学习都是学生自己的事。教师不能完全了解学生的情况,学生在碰到问题时,也不能向教师求助,师生之间是互相封闭的,软件所起的积极效果大打折扣。

(3) 缺乏智能性

要想面对不同情况的学生进行不同程度的教学过程,使学生的学习变为主动,并能由系统自动地提供助学信息而有选择地学习,要想使教师的教学能积极地参与进去并根据系统提供的信息按照学生的认知模型为其准备最适合的学习内容,给予不同方式的教学模式与方法,没有智能性的CAI 课件系统,是很难实现以上目的并达到良好教学效果的。

由此可见,现有的CAI 随着人们要求的提高,已经不能尽如人意。因此以智能CAI 为代表的新的计算机辅助教学系统将是教师在教育技术上需要不断探求、努力实现的发展方向。

3. 智能计算机辅助教学(ICAI)系统

智能计算机辅助教学系统(Intelligent Computer AidedInstruction,ICAI)以认知学为理论基础,将AI技术应用于CAI,是智能化的CAI。在ICAI系统中,学生的学习可以借助于智能化计算机对大量知识进行选择、判断、处理,使学习内容更有针对性,从而提高学习效果。

在智能CAI中,教学思想、方法、学习内容可用知识形式表示,如何解决知识的形式化表示以及知识的访问与调用问题,是AI的核心技术之一,也是将AI引入教育技术领域中所要面临的一个问题。知识库是实现知识推理与专家系统的基础,可以用知识库作为智能CAI的构建环境,在知识库中,教学内容等的有关知识可以用事实与规则表示,并存储于知识库内。教学与学习过程即是对知识库中的知识进行推理,并最终得出所需结果的过程。由于专家系统主要是由知识库与推理机组成的,因此,它也是智能计算机辅助教学系统的核心技术。

大多数ICAI系统一般由专家模块、学生模块、教学模块、界面模块和智能接口模块组成。

(1) 专家模块:专家模块是一个专家系统,具有成熟的要进行传授的领域知识以及对该领域各种问题的求解能力。能够根据学生模块提供的学生学习情况,通过智能系统的搜索与推理,得出智能化的教学方法与教学策略;能够较科学地评估学生的学习水平;能够通过分析学生以往的学习兴趣和学习习惯,预测学生的知识需求和常犯错误等诸多功能。

(2) 学生模块:学生模块能够对学生学习的各个环节信息进行搜集,然后根据搜集到的学生信息,通过一定的诊断方法,找出学生当前的学习特征,从而便于进行解释指导和因材施教;能够建立和更新学生模型,为后续教学提供依据;能够记录学生的学习情况,以便专家系统对学生学习情况进行自动评估。

(3) 教学模块:教学模块也是一个专家系统,它对于整个教学过程具有指导能力,这种指导不仅非常灵活而且相当细致。此模块中教学内容与教学策略分离,它的知识库中存储的是各种教学策略。

(4) 界面模块:界面模块能以喜闻乐见的形式为学习者提供方便的操作环境,通过它来处理学习者与系统间的信息交流。对于一个教学系统,界面的设计不但影响系统的可操作性,更重要的是输入、输出方式能极大地影响发送题目的可理解程度。

(5) 智能接口模块:使用文字识别、语音识别、自然语言理解等技术让学生可以用自然语言与"智能导师"进行人机对话,其中实现的难点是自然语言接口。

在对CAI与智能CAI各方面进行分析的基础上,可以发现CAI与智能CAI在理论基础、教学模式、教学信息组织等方面都有明显区别。智能CAI倡导"以人为本",强调学习者的主体性,实现以"教"为中心向以"学"为中心的转变。教师和学校不再是知识的传授者、灌输者和控制者,而成为学生学习的引导者、帮助者和促进者。

4. 开发 ICAI系统的简单策略

(1) 与网络技术的结合,实现远程教学随着多媒体技术和Internet网络的飞速发展,CAI 不仅仅在智能上发展,还要向多维的网络空间发展。它们要利用网络的优势,完成在线学习、实时讨论、网上测试等多种教学任务,实现远程教学。目前,已有不少基于Internet 网的多媒体教育系统在使用。

(2) 智能代理(Intelligent Agent)技术的使用

人工智能(AI)技术在ICAI 中的应用,除了体现在对多媒体教学系统中引入学生模型和知识推理机制以外,还可以起到在"智能导航"浏览中,使用"智能代理"技术代替教师、学生进行指导学习和搜索学习的作用。

(3) 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与仿真技术以及计算机技术相结合而生成的一种交互式人工世界。它的根本目标就是达到真实体验和基于自然技能的人机交互。在教学辅助中,使用创建的虚拟环境,在一般人所不能亲身体验的情景中,达到演示、操作的教学目的。

(4) 开发更有效的帮助系统

评价一个ICAI 系统智能的高低,是要看该系统能否在学生遇到困难的时候,提供合适的、有启发性的帮助,而现有的ICAI 系统并不能够很好的做到这一点,因此,开发更有效的帮助系统也是今后努力的方向。

5. 结束语

国内的ICAI虽然刚起步不久,但广阔的教育市场与应用前景以及时代发展的强烈需求,一定会大力推动ICAI的快速发展。随着计算机技术、AI技术和教育学的深人发展和日趋成熟,人们对ICAI的认识和理解也会逐渐加深,越来越多的人们会从越来越多的视角审视ICAI,并从事ICAI的研究,从而促使智能计算机辅助教学的健康发展。最终,ICAI一定会在现代教育领域中得到广泛应用。

参考文献

[1] 莫赞, 冯珊, 唐超. 智能教学系统的发展与前瞻[J]. 计算机工程与应用, 2002.6.

[2] 王万森. 人工智能原理及其应用, 北京:电子工业出版社, 2000.

[3] R勃朗逊. 过去、现在和未来的教学模式. 《美国教育技术》杂志, 2003.

[4] 王万森. 人工智能原理及其应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2000.

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