開(kāi)放式智能化遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要:本文針對(duì)遠(yuǎn)程教學(xué)需要，創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)了一個(gè)實(shí)用的基于Web的開(kāi)放式智能CAI遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)、練習(xí)、測(cè)試、學(xué)習(xí)向?qū)?、課程討論和相關(guān)鏈接等多項(xiàng)功能。為模塊化框架結(jié)構(gòu)，可拼裝、可拆卸，能夠改變課程內(nèi)容以適應(yīng)不同課程的教學(xué)。文章首先介紹了系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)說(shuō)明了各模塊的工作機(jī)制，最后結(jié)合實(shí)例說(shuō)明使用該系統(tǒng)在實(shí)際教學(xué)中的具體運(yùn)用。

關(guān)鍵詞:智能CAI、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、遠(yuǎn)程教育、智能教學(xué)系統(tǒng)

伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)以及多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展，教育領(lǐng)域正在經(jīng)歷一場(chǎng)深刻的、全方位的變革。主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)輔助教育系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。所謂計(jì)算機(jī)輔助教育(Computer Based Education)，簡(jiǎn)稱CBE，即指以計(jì)算機(jī)為主要媒介的教育教學(xué)活動(dòng)。CBE在教學(xué)中的應(yīng)用形式一般為CAI或智能CAI(ICAI)系統(tǒng)。

1現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育與基于Web的智能CAI系統(tǒng)

1.1現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育及其特點(diǎn)

遠(yuǎn)程教育(Distance Education)是指利用各種媒體所進(jìn)行的非面對(duì)面教育。而現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育則是憑借現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與運(yùn)用多媒體技術(shù)所進(jìn)行的遠(yuǎn)距離教育。[2]基于網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育具有以下的基本特點(diǎn):

(1) 教與學(xué)不受時(shí)空地域限制。以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，運(yùn)用多種媒體表現(xiàn)課程內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)異地教學(xué)。

(2) 具有較好的互動(dòng)性。師生之間可以互動(dòng)交流，教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)答疑解惑。

(3) 節(jié)約資源，降低教學(xué)成本。利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué)，無(wú)需場(chǎng)地、教室還可以減少教學(xué)管理人員，因此大為降低成本。

1.2基于Web的智能CAI系統(tǒng)

因?yàn)楝F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育在學(xué)習(xí)模式上最直接地體現(xiàn)了現(xiàn)代教育和終身教育的基本要求。所以，如何利用現(xiàn)代教育技術(shù)更好地實(shí)施遠(yuǎn)程教育便成為亟需解決的問(wèn)題。目前，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展普及，構(gòu)建基于Web的智能CAI系統(tǒng)并應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育不失為一種很好的方法?；赪eb的智能CAI(以下簡(jiǎn)稱ICAI)系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為載體，實(shí)現(xiàn)了智能化分布式教學(xué)。既提高了資源利用率，又不受時(shí)空和地區(qū)限制，特別是能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)識(shí)水平和學(xué)習(xí)情況確定教學(xué)策略、調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

2基于Web的開(kāi)放式智能化遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

由于廣播電視大學(xué)屬于遠(yuǎn)程開(kāi)放式教學(xué)，學(xué)員僅有幾次面授輔導(dǎo)機(jī)會(huì)，課程學(xué)習(xí)大都依靠網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)，因此，迫切需要具有良好交互性的智能化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)。為更好地進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性，提高教學(xué)質(zhì)量，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)用智能型CAI遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以“多媒體技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用”課程為實(shí)例進(jìn)行開(kāi)發(fā)，該系統(tǒng)具有交互功能、即時(shí)反饋功能、導(dǎo)航功能、信息過(guò)濾功能。并能針對(duì)不同能力與水平的學(xué)生實(shí)現(xiàn)個(gè)別化教學(xué)，即因材施教。系統(tǒng)為開(kāi)放式模塊化框架結(jié)構(gòu)，可拼裝、可拆卸，可根據(jù)需要添加功能模塊，可以改變課程內(nèi)容以適應(yīng)不同課程教學(xué)的需要。下面就本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作一介紹。

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)建立在第三代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)模型(The 3th Generation Distance Learning Model，簡(jiǎn)稱3GDL)的理論基礎(chǔ)之上，以網(wǎng)絡(luò)作為載體，綜合人工智能(專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù))、教育心理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等多門(mén)學(xué)科的知識(shí)，利用計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)專家的思維，對(duì)教師提供協(xié)作式教學(xué)、對(duì)學(xué)生實(shí)施開(kāi)放式學(xué)習(xí)的智能化教學(xué)過(guò)程。設(shè)計(jì)符合ICAI系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)，即由知識(shí)庫(kù)模塊以及系統(tǒng)管理員模塊、教師模塊、學(xué)生模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

(1) 系統(tǒng)管理員模塊。該模塊包括:系統(tǒng)權(quán)限管理、教師審核、公告管理等子模塊。

(2) 學(xué)生模塊。主要包括:課件學(xué)習(xí)模塊、提交作業(yè)模塊、考試模塊和在線交流四個(gè)子模塊。本系統(tǒng)建立的學(xué)生模塊采用的是具有學(xué)習(xí)歷史記錄的方法。對(duì)某學(xué)生已學(xué)習(xí)過(guò)的所有知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)其所作過(guò)的練習(xí)題分類計(jì)算以下幾個(gè)平均值:

P=已做過(guò)的所有練習(xí)題得分的平均值;

Pj=已做過(guò)的所有難度為“簡(jiǎn)單”的練習(xí)題得分的平均值;

Pi=已做過(guò)的所有難度為“較難”的練習(xí)題得分的平均值;

Pe=已做過(guò)的所有難度為“很難”的練習(xí)題得分的平均值。

根據(jù)這些信息建立學(xué)生檔案，并錄入“學(xué)習(xí)歷史記錄表”。可以實(shí)現(xiàn)個(gè)別化教學(xué)，還可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況動(dòng)態(tài)地修改，學(xué)生在進(jìn)行新知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)，系統(tǒng)要對(duì)其以往的學(xué)習(xí)歷史有一個(gè)評(píng)估測(cè)試，根據(jù)評(píng)估值確定學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)內(nèi)容的難易程度，使新知識(shí)內(nèi)容與學(xué)生的學(xué)識(shí)水平相匹配。本系統(tǒng)以各章練習(xí)的成績(jī)做為評(píng)估值，生成教學(xué)策略。各章習(xí)題類型有單項(xiàng)選擇、多項(xiàng)選擇、填空、簡(jiǎn)答、操作等，分值和數(shù)目不定，難度不等，總分為100分。根據(jù)每題的難易程度、考查的不同知識(shí)點(diǎn)分配權(quán)值并在“題庫(kù)表”中的“權(quán)值”字段分配，這樣統(tǒng)計(jì)的分?jǐn)?shù)能較科學(xué)的反映學(xué)生的知識(shí)水平。系統(tǒng)學(xué)生模塊的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)的各個(gè)表中，例如:“學(xué)生信息表”記錄基本信息;“學(xué)生答案表”記錄學(xué)生的練習(xí)答案及所做練習(xí)題的正誤;“學(xué)生習(xí)題錯(cuò)誤表”記錄學(xué)生的錯(cuò)誤知識(shí)點(diǎn)及錯(cuò)誤次數(shù);“點(diǎn)擊次數(shù)表”記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)次數(shù)等。

(3) 教師模塊。本系統(tǒng)教師模塊主要功能是根據(jù)學(xué)生模塊和知識(shí)庫(kù)模塊的教學(xué)策略知識(shí)作出智能化的教學(xué)決策并完成智能導(dǎo)航。包括4個(gè)子模塊，即課件管理、作業(yè)管理、考試管理、在線交流。系統(tǒng)可以及時(shí)收集學(xué)生的應(yīng)答信息，并加以分析處理，評(píng)判學(xué)生的成績(jī);為不同學(xué)生選擇不同的教學(xué)內(nèi)容，分析學(xué)生出錯(cuò)原因，判斷并標(biāo)志出學(xué)生當(dāng)前能夠?qū)W習(xí)的知識(shí)點(diǎn);還可以提供有針對(duì)性的個(gè)別輔導(dǎo)和適當(dāng)?shù)难a(bǔ)習(xí)材料等。

(4) 知識(shí)庫(kù)模塊。知識(shí)庫(kù)包括兩部分知識(shí)，一是教學(xué)知識(shí);二是教學(xué)策略知識(shí)。其中教學(xué)知識(shí)構(gòu)造為總體線性、局部非線性的結(jié)構(gòu)?？傮w線性結(jié)構(gòu)是按照課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)組織的。教學(xué)知識(shí)以超文本文件形式存放，供學(xué)生學(xué)習(xí)、查詢?！岸嗝襟w技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用”課教學(xué)內(nèi)容共有6章26節(jié)，按照章、節(jié)劃分知識(shí)點(diǎn)層次結(jié)構(gòu)是線性的，從節(jié)的層次開(kāi)始是非線性的，學(xué)生可并行選擇學(xué)習(xí)的內(nèi)容，即節(jié)中的內(nèi)容包含一個(gè)以上的超鏈接。形成教學(xué)策略的知識(shí)以數(shù)據(jù)庫(kù)中表的形式存放，如:“知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)系表”記錄整個(gè)課程各知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，為構(gòu)成不同的教學(xué)策略使用。

2.2系統(tǒng)功能及其實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)是服務(wù)器端執(zhí)行的應(yīng)用系統(tǒng)，在客戶端只需運(yùn)行瀏覽器軟件，就可以完成所有的應(yīng)用、處理過(guò)程。

(1) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

系統(tǒng)前臺(tái)設(shè)計(jì)使用Dreamweaver8;Flash8;Fireworks8，后臺(tái)設(shè)計(jì)使用Microsoft Visual Studio2008以及C#程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建采用SQL Server2005。

(2) 系統(tǒng)功能。

① 學(xué)習(xí)向?qū)Чδ堋Ｔ摴δ苤饕菍?duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行全面的量化評(píng)定，給出適當(dāng)建議。學(xué)生每次進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)應(yīng)首先進(jìn)入此模塊，了解自己的學(xué)習(xí)狀況，查看系統(tǒng)建議，以便選擇下一步學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而科學(xué)地進(jìn)行學(xué)習(xí)。系統(tǒng)能夠統(tǒng)計(jì)學(xué)生學(xué)習(xí)了哪些章節(jié)，已做章節(jié)練習(xí)所獲得的分?jǐn)?shù)并以列表的形式顯示。

② 學(xué)習(xí)功能。系統(tǒng)學(xué)習(xí)功能模塊可自行統(tǒng)計(jì)出各章節(jié)學(xué)生已做練習(xí)的分?jǐn)?shù)，然后據(jù)此確定哪些章節(jié)是該學(xué)生可以學(xué)習(xí)的，并顯示提示信息。如果某章節(jié)學(xué)生已做練習(xí)的分?jǐn)?shù)未達(dá)到要求，則屏蔽其后各個(gè)章節(jié)，使該生無(wú)法進(jìn)入。學(xué)習(xí)功能主要以目錄和搜索方式實(shí)現(xiàn)。

③ 練習(xí)功能。練習(xí)模塊是形成學(xué)生模型的主要依據(jù)。練習(xí)題題型有:單選題、多選題、填空題、判斷題、操作題。學(xué)生可任做某章的習(xí)題，系統(tǒng)把學(xué)生的答案保留在“學(xué)生答案表”中，系統(tǒng)將其與題庫(kù)表中的正確答案進(jìn)行比較，判斷正誤，記錄錯(cuò)題數(shù)目以及習(xí)題錯(cuò)誤次數(shù)，并把結(jié)果顯示出來(lái)。

在題庫(kù)表中，系統(tǒng)對(duì)所有習(xí)題都有標(biāo)注，已做過(guò)的題給出分?jǐn)?shù)，未做的題標(biāo)注“未做”。題庫(kù)中的每題都涉及一個(gè)或幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)，所以，若某題錯(cuò)誤，系統(tǒng)到“錯(cuò)誤知識(shí)點(diǎn)表”中去查看這些知識(shí)點(diǎn)是第幾次錯(cuò)。當(dāng)某知識(shí)點(diǎn)錯(cuò)誤是第一次，則知識(shí)點(diǎn)為超鏈接形式顯示。當(dāng)某知識(shí)點(diǎn)錯(cuò)誤二次時(shí)，系統(tǒng)會(huì)打開(kāi)“知識(shí)點(diǎn)解釋表”，給出此知識(shí)點(diǎn)的從不同于教學(xué)內(nèi)容的另一角度的解釋舉例。當(dāng)某知識(shí)點(diǎn)錯(cuò)誤三次時(shí)，系統(tǒng)會(huì)打開(kāi)“知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)系表”，查找到此知識(shí)點(diǎn)的上位知識(shí)點(diǎn)，以超鏈接形式顯示。以便幫助學(xué)生了解錯(cuò)誤原因，掌握該知識(shí)并對(duì)錯(cuò)誤加以改正。當(dāng)某知識(shí)點(diǎn)錯(cuò)誤次數(shù)大于等于四次時(shí)，系統(tǒng)給出建議，請(qǐng)重新學(xué)習(xí)全章或全節(jié)的內(nèi)容。

④ 測(cè)試功能。主要是自測(cè)試和考試部分，在系統(tǒng)中包括了安全可靠的組卷功能、自動(dòng)閱卷功能和試題庫(kù)。利用測(cè)試功能，系統(tǒng)可進(jìn)行各章或全部?jī)?nèi)容的測(cè)試，可以隨機(jī)組卷。學(xué)生任選某一試卷后，即可進(jìn)行答題，單擊“提交”按鈕后，系統(tǒng)會(huì)立即統(tǒng)計(jì)并顯示成績(jī)。成績(jī)的顯示以列表給出題號(hào)、學(xué)生答案、正確答案、正確答案解釋四項(xiàng)內(nèi)容，正確答案解釋一項(xiàng)為超鏈接形式，點(diǎn)中會(huì)顯示詳細(xì)的答案解釋。而且，可以選擇限時(shí)答卷方式，利用系統(tǒng)定時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到，停止答題，自動(dòng)提交。

⑤ 課程討論區(qū)。系統(tǒng)設(shè)置了課程討論區(qū)，實(shí)現(xiàn)討論與答疑功能，能夠支持教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的多模式交流(實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí))形式，為網(wǎng)絡(luò)教育提供了真正的人與人直接交流的通道。學(xué)生與學(xué)生之間可以在討論區(qū)進(jìn)行交流，從而實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)者的交互。另外，教師還可以利用課程討論區(qū)定期或不定期地通過(guò)發(fā)帖來(lái)答疑解惑，彌補(bǔ)學(xué)生自學(xué)的不足，為師生交流提供方便。

⑥ 相關(guān)鏈接。學(xué)習(xí)者通過(guò)相關(guān)鏈接可以進(jìn)入其他學(xué)習(xí)網(wǎng)站或娛樂(lè)網(wǎng)站，以便學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)或者在學(xué)習(xí)后稍事休息。

3應(yīng)用實(shí)例

開(kāi)放式智能化遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于天津廣播電視大學(xué)河西分校的“多媒體技術(shù)及應(yīng)用”課程的教學(xué)過(guò)程。學(xué)生可以在任何地方任何時(shí)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)利用本系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，首次進(jìn)入系統(tǒng)需要注冊(cè)，否則只需輸入學(xué)號(hào)、密碼登錄。進(jìn)入系統(tǒng)之后，可以根據(jù)需要選擇不同功能模塊。建議首先進(jìn)入學(xué)習(xí)向?qū)?，閱讀系統(tǒng)提示和建議，然后再進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)。當(dāng)然，也可以直接進(jìn)入課件界面學(xué)習(xí)。學(xué)完一節(jié)內(nèi)容后，一般應(yīng)通過(guò)做作業(yè)或隨機(jī)測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)知識(shí)掌握的程度，當(dāng)完成測(cè)試題之后系統(tǒng)將給出成績(jī)，系統(tǒng)還將答題情況和結(jié)果進(jìn)行記錄并判斷學(xué)生是否可進(jìn)行下一步學(xué)習(xí)。如果在學(xué)習(xí)中遇到疑難問(wèn)題，可以利用課程討論區(qū)進(jìn)行師生之間或?qū)W生之間的定時(shí)、不定時(shí)在線交流。目前，本系統(tǒng)使用情況正常，獲得學(xué)生好評(píng)。

4結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)的特點(diǎn)是:支持多學(xué)科、多課程，在協(xié)作的基礎(chǔ)上，達(dá)到教學(xué)資源的交流、協(xié)作、互補(bǔ)、信息共享的目的。能使教師以簡(jiǎn)單靈活的方式組織教學(xué)材料，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、書(shū)面等多角度把相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容以最佳的表現(xiàn)方式展現(xiàn)給學(xué)生。能夠使教師做到因材施教、使學(xué)生能按需求學(xué)，從而在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境下大幅度提高教師授課質(zhì)量以及學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，而且可以節(jié)約教學(xué)資源。本系統(tǒng)特點(diǎn)之二是:開(kāi)放式模塊化框架結(jié)構(gòu)，可拼裝，可拆卸，能夠改變課程內(nèi)容以適應(yīng)不同課程的教學(xué)，還可以根據(jù)各個(gè)學(xué)校各門(mén)課程的不同需要增加相應(yīng)的功能模塊。以滿足實(shí)際教學(xué)的要求。而且，系統(tǒng)配置移植比較方便，具有一定的推廣價(jià)值。

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The Design and Realization of the Open Type Intelligence Long Range Teaching System

SHAN Hong

(Department of Computer Science， Officers and workers’ University of Hexi District， Tianjin 300203， China)

Abstract: This text introduced the CAI with the knowledge between intelligence CAI technique and long range teaching and characteristics. Then discussed a practical according to Web open type intelligence CAI long range teaching system design with realizes. The system has six functions: the study， practice， test， study face lead， the course discussion and hyperlink. The system turn the frame construction for mold piece， can put together to pack， can dismantle to unload， can change the course contents to adapt to the demand of the different course teaching.

Key words: intelligent CAI; online education; long range teaching; intelligence tutoring system

(編輯:白杰)