基于web的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的多模式研究

楊友斌

（重慶大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，重慶400044；重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶401331）

基于web的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的多模式研究

楊友斌

（重慶大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，重慶400044；重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶401331）

隨著多媒體、超媒體以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用得到了快速的發(fā)展。CAI應(yīng)用發(fā)展的一個(gè)主要方向就是網(wǎng)絡(luò)智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（ICAI）,它能為人們相互學(xué)習(xí)交流、共享網(wǎng)絡(luò)資源提供更大的方便。理想的智能教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)能提供多種教學(xué)模式及相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容,適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和需求,對(duì)學(xué)生實(shí)施個(gè)性化的教學(xué)。

網(wǎng)絡(luò)；智能輔助教學(xué)系統(tǒng)；多種教學(xué)模式；個(gè)性化

隨著多媒體、超媒體以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，提供網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，進(jìn)行遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)成了計(jì)算機(jī)技術(shù)在教育應(yīng)用領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，出現(xiàn)了基于Web的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)。學(xué)生的學(xué)習(xí)可建立在智能學(xué)習(xí)環(huán)境中，通過與智能教學(xué)環(huán)境的交互，與同伴的協(xié)作、會(huì)話來實(shí)現(xiàn)；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了資源共享并能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供豐富的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資料，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)在一定程度上成為基于豐富資源開放式、個(gè)性化、自主性的學(xué)習(xí)。

1 基于Web的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)

基于Web的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)與單機(jī)智能教學(xué)系統(tǒng)功能上存在較大的差異，因此，它們的體系結(jié)構(gòu)有著很大的變化，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)

使智能教學(xué)系統(tǒng)具有某一學(xué)科知識(shí)，它相當(dāng)于教師具備的專業(yè)知識(shí)。領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)應(yīng)該既能有效地反映學(xué)科知識(shí)體系，又能為實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)過程提供充足的教學(xué)材料。

1.2 教學(xué)推理機(jī)

教學(xué)推理機(jī)使智能教學(xué)系統(tǒng)能夠依據(jù)課程的知識(shí)體系和學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際情況及當(dāng)前狀態(tài)，為學(xué)生提供相應(yīng)的教學(xué)材料、教學(xué)方法和教學(xué)表現(xiàn)形式，對(duì)學(xué)生實(shí)施個(gè)別化教學(xué)。

1.3 學(xué)生模型

學(xué)生模型是智能教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行智能化教學(xué)的依據(jù)。它主要用來描述學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解狀況，力求反映特定類型學(xué)生所具有的知識(shí)水平。學(xué)生模型一般包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：學(xué)生擁有的正確知識(shí)及對(duì)這些知識(shí)的掌握程度；學(xué)生易犯的錯(cuò)誤及對(duì)產(chǎn)生這些錯(cuò)誤原因的解釋；學(xué)生學(xué)習(xí)史；學(xué)生個(gè)性特征等。

1.4 用戶接口

智能教學(xué)系統(tǒng)的用戶通過用戶接口與系統(tǒng)進(jìn)行交互，它的接口包括學(xué)生接口和教師接口，各個(gè)接口交互的功能不同。

2 基于Web的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中的多種教學(xué)模式

教學(xué)模式可以定義為在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動(dòng)結(jié)構(gòu)框架和活動(dòng)程序。作為結(jié)構(gòu)框架，突出了教學(xué)模式從宏觀上把握教學(xué)活動(dòng)整體及各要素之間內(nèi)部的關(guān)系和功能；作為活動(dòng)程序則突出了教學(xué)模式的有序性和可操作性。20世紀(jì)50年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是系統(tǒng)論、控制論、信息加工理論等的產(chǎn)生，教育面臨著新的科技革命的挑戰(zhàn)，對(duì)教學(xué)實(shí)踐產(chǎn)生了深刻的影響，也使教學(xué)模式面臨著許多新的問題。促使人們用新的理論和技術(shù)去研究教育和教學(xué)問題，因此這一階段在教育領(lǐng)域出現(xiàn)了許多的教學(xué)思想和理論，也產(chǎn)生了許多新的教學(xué)模式。

一個(gè)智能教學(xué)系統(tǒng)可以包括多種教學(xué)模式,如教學(xué)模擬、教學(xué)游戲、虛擬實(shí)驗(yàn)室、案例研習(xí)、操作與練習(xí)、個(gè)別授導(dǎo)[1]，各種不同的教學(xué)模式有各自不同的基本教學(xué)過程。

2.1 教學(xué)模擬

是利用計(jì)算機(jī)建模和仿真技術(shù)來表現(xiàn)某些系統(tǒng) （自然的、物理的、社會(huì)的）的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)，為學(xué)生提供一種可供他們體驗(yàn)和觀測(cè)的環(huán)境。教學(xué)模擬是一種十分有價(jià)值的CAI模式，在教學(xué)上有廣泛的應(yīng)用。例如，可以模擬電子運(yùn)動(dòng)、原子裂變、落體運(yùn)動(dòng)等，幫助學(xué)生加深對(duì)原理的理解；可以模擬果蠅的遺傳過程，讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)“發(fā)現(xiàn)”生物的遺傳定律；可以模擬構(gòu)造一個(gè)微型公園，讓學(xué)生通過合理設(shè)計(jì)和妥善經(jīng)營(yíng)形成相關(guān)的操作技能和解決問題的能力等等。

2.2 教學(xué)游戲

與計(jì)算機(jī)模擬有密切關(guān)系，多數(shù)教學(xué)游戲本質(zhì)上也是一種模擬程序，只不過在其中刻意加入趣味性、競(jìng)爭(zhēng)性、參與性的因素，做到“寓教于樂”。例如，在教學(xué)游戲中，學(xué)生可以扮演某些角色，如作為探險(xiǎn)家在蠻荒險(xiǎn)地求生存，作為企業(yè)家在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求發(fā)展等等，從而使學(xué)生在娛樂中形成相關(guān)的能力。

2.3 虛擬實(shí)驗(yàn)室

實(shí)際上是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真或虛構(gòu)某些情境，供學(xué)生觀察與操縱其中的對(duì)象，使他們獲得體驗(yàn)或有所發(fā)現(xiàn)。

2.4 案例研習(xí)

系統(tǒng)為學(xué)生提供一種豐富的信息環(huán)境，系統(tǒng)中包含從實(shí)際案例中抽取的資料，讓學(xué)生以調(diào)查員的角色去調(diào)查案情（犯罪案件、醫(yī)療事故、道德倫理問題等），通過資料收集、分析和決策，得出問題的結(jié)論。

2.5 操練與練習(xí)

是發(fā)展歷史最長(zhǎng)而且應(yīng)用最廣的CAI模式，此類CAI并不向?qū)W生教授新的內(nèi)容，而是由計(jì)算機(jī)向?qū)W生逐個(gè)顯示問題，學(xué)生在機(jī)上作答，計(jì)算機(jī)給予即時(shí)的反饋。運(yùn)用多媒體，可將許多可視化動(dòng)態(tài)情景作為提問的背景。但是，從嚴(yán)格意義上說，操練（Drill）與練習(xí)（Practice）之間也是有一定區(qū)別的：操練基本上涉及記憶和聯(lián)想問題，主要采用選擇題和配伍題之類的形式；而練習(xí)的目的重在幫助學(xué)生形成和鞏固問題求解技能，大多采用短答題和構(gòu)答題之類的形式。

2.6 個(gè)別授導(dǎo)

是經(jīng)典的CAI模式之一，此模式借助計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)教師的指導(dǎo)性教學(xué)行為，對(duì)學(xué)生實(shí)施個(gè)別化教學(xué)，其基本教學(xué)過程為計(jì)算機(jī)呈示與提問——學(xué)生應(yīng)答——計(jì)算機(jī)判別應(yīng)答并提供反饋。在多媒體方式下，個(gè)別授導(dǎo)型CAI的教學(xué)內(nèi)容呈示可變得圖文并茂、聲色俱全，并可使交互形式更為生動(dòng)活潑。

以上是部分能用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的教學(xué)模式，隨著對(duì)教學(xué)模式研究的深入，還會(huì)有更多的教學(xué)模式出現(xiàn)。

選擇了基于Web的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)某一種教學(xué)模式，就可以利用多種教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，其教學(xué)過程如圖2所示：

如圖2所示，學(xué)生登錄后，由教學(xué)規(guī)劃器根據(jù)學(xué)生模型和領(lǐng)域知識(shí)模型的相關(guān)信息決定學(xué)生應(yīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)；模式調(diào)度器根據(jù)規(guī)劃結(jié)果、學(xué)生模型的相關(guān)數(shù)據(jù)以及學(xué)生應(yīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)資源相關(guān)屬性，找出合適的教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)度；教學(xué)模式依據(jù)相關(guān)規(guī)則和學(xué)生模型中學(xué)生數(shù)據(jù)，提取和組織教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行教學(xué)；當(dāng)該知識(shí)點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容完成時(shí)，通知教學(xué)規(guī)劃器，確定下一步的教學(xué)。這個(gè)教學(xué)過程遵循 “全局教學(xué)規(guī)劃——教學(xué)模式調(diào)度——模式內(nèi)局部教學(xué)規(guī)劃”的教學(xué)解決模式，從而打破了單一教學(xué)模式對(duì)教學(xué)過程的全程控制，提高網(wǎng)絡(luò)智能教學(xué)系統(tǒng)的適應(yīng)性。

3 基于Web的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中的多種教學(xué)模式的表示與管理

為了實(shí)現(xiàn)在基于Web的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)中教學(xué)模式的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)中所有教學(xué)模式的安裝和注銷、教學(xué)模式組件的組織和儲(chǔ)存、教學(xué)模式組件的檢索與定位以及教學(xué)模式組件的升級(jí)、維護(hù)、轉(zhuǎn)換等都需要統(tǒng)一的管理。這種管理由教學(xué)模式管理器來完成。

為便于教學(xué)模式管理器對(duì)教學(xué)模式的管理，教學(xué)模式管理器對(duì)每一個(gè)安裝到系統(tǒng)的教學(xué)模式組件進(jìn)行描述，并將該描述信息存儲(chǔ)到教學(xué)模式描述符文件中。對(duì)每一個(gè)教學(xué)模式的描述包括教學(xué)模式名稱（PatternName）、該教學(xué)模式存儲(chǔ)位置（Directory）、入口（Entry）、需要的參數(shù)列表（ParaReqList）、能夠應(yīng)用于教學(xué)模式的資源屬性列表（ResourceAttrReqList）等信息。在資源屬性列表中，每個(gè)屬性還有一個(gè)數(shù)值型的值，該值描述了該屬性在所屬教學(xué)模式用于教學(xué)時(shí)該屬性的重要程度，有了它，使得教學(xué)資源在缺少某些不太重要的內(nèi)容時(shí)也可以利用該教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)。該描述符文件是基于XML的：

一旦某個(gè)教學(xué)模式被安裝后，就一定可以在描述符文件中找到相應(yīng)的信息。教學(xué)模式管理器正是根據(jù)這些描述信息對(duì)已安裝進(jìn)系統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行管理或激活。

4 結(jié) 論

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)開放式資源的逐步豐富與完善，基于Web的智能輔助教學(xué)系統(tǒng)將更進(jìn)一步得到學(xué)習(xí)者的青睞，有效地促進(jìn)人類多樣化的學(xué)習(xí)方式與學(xué)習(xí)需求的改革，達(dá)到個(gè)性化、自主學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

[1]祝智庭.現(xiàn)代教育技術(shù)——走向信息化教育[M].北京：教育科學(xué)出版社，2002：3.

[2]李建國(guó)，張小真.計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2006：65～89.

責(zé)任編輯 王榮輝

Web-based Intelligent Computer Assisted Instruction System of Multi-modal Study

YANG Youbin
(Computer Institute of Chongqing University,Chongqing 400044,China; Chongqing College of Electronic Engineering,Chongqing 401331,China)

With the development of multimedia,hypermedia and network technology,especially Internet-based applications has been rapid development.CAI application development in a mainstream direction is the network Intelligent Computer Aided Instruction (ICAI),for people to learn from each other,share network resources providing a convenient,has become a major concern the field of educational technology research content.The ideal intelligent tutoring system should be able to provide a wide range of teaching modes and the corresponding teaching content,to adapt to different learning styles and meet the different learning interests and needs of students to implement individualized instruction.

Network;ICAI;a variety of instructional models;personalized

G621

A

1674-5787（2010）03-0158-03

2010-03-02

楊友斌（1971—），男，重慶市忠縣人，重慶大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)2004級(jí)在職研究生，重慶電子工程職業(yè)學(xué)院軟件工程系教師，主要從事軟件設(shè)計(jì)、軟件工程方面的研究。