基于MS M的網(wǎng)絡(luò)智能輔助教學(xué)系統(tǒng)初探
——以“現(xiàn)代教育技術(shù)”課程為例

歐陽明，邢安安

（1.云南大學(xué) 職業(yè)與繼續(xù)教育學(xué)院，云南 昆明650091；

2.云南大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)與信息中心，云南 昆明 650091）

基于MS M的網(wǎng)絡(luò)智能輔助教學(xué)系統(tǒng)初探
——以“現(xiàn)代教育技術(shù)”課程為例

歐陽明1，邢安安2

（1.云南大學(xué) 職業(yè)與繼續(xù)教育學(xué)院，云南 昆明650091；

2.云南大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)與信息中心，云南 昆明 650091）

本文在對ICAI概念、系統(tǒng)模型、模塊功能等理論研究的基礎(chǔ)上，基于一門具體課程現(xiàn)代教育技術(shù)來研究ICAI在實踐中的應(yīng)用，優(yōu)先研究ICAI決策模塊中，根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，來選擇不同的教學(xué)策略這一內(nèi)容。

ICAI；系統(tǒng)模型；教學(xué)策略；綜合集成方法論MSM；現(xiàn)代教育技術(shù)

計算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction，簡稱CAI）是利用計算機(jī)來模擬教師的行為，通過學(xué)生與計算機(jī)之間的交互活動來達(dá)到教學(xué)的目的。即在計算機(jī)輔助下進(jìn)行的各種教學(xué)活動，主要是以對話方式和學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)進(jìn)程、進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練的方法與技術(shù)。CAI為學(xué)生提供一個個人化的學(xué)習(xí)環(huán)境，綜合應(yīng)用多媒體、知識庫等計算機(jī)技術(shù)，這是傳統(tǒng)CAI的主要應(yīng)用方式。

在沒有智能系統(tǒng)支持的情況下，傳統(tǒng)CAI盡管可能具有良好的教學(xué)材料模型，但它往往僅借助于計算機(jī)來展示教學(xué)內(nèi)容，并不能很好地根據(jù)它所教學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，以不同的教學(xué)策略和教學(xué)方法來教授；只是盲目地傳授知識給學(xué)生，如果某個學(xué)生不能接受提供的教學(xué)策略，系統(tǒng)沒有為這個學(xué)生提供可供選擇的另外的教學(xué)策略。目前使用的絕大多數(shù)CAI是將全部教學(xué)信息以編程方式預(yù)置于課件中，這樣的CAI課件一旦制作完成，很難對課件進(jìn)行更新和維護(hù)，尤其是在這樣的CAI系統(tǒng)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)仍然處于被動狀態(tài)，即完全受計算機(jī)控制。

一、智能化計算機(jī)輔助教學(xué)概念

現(xiàn)代教育技術(shù)的日益發(fā)展以及與其他領(lǐng)先技術(shù)的結(jié)合，必然促使計算機(jī)輔助教學(xué)CAI的進(jìn)一步發(fā)展。人工智能技術(shù)應(yīng)用于CAI產(chǎn)生的基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的智能化CAI，就是現(xiàn)代信息化社會發(fā)展的產(chǎn)物，并在教育教學(xué)領(lǐng)域中有很好的發(fā)展前景。

人工智能是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，它的目標(biāo)是構(gòu)造能表現(xiàn)出一定智能行為的代理，目的就是讓計算機(jī)這臺機(jī)器能夠像人一樣思考。人工智能的研究更多地是結(jié)合具體領(lǐng)域進(jìn)行的，主要研究領(lǐng)域有專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別、博弈、智能決定支持系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等。人工智能技術(shù)與專家系統(tǒng)的成就，促使人們把問題求解、知識表示這些技術(shù)引入CAI，并借助于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來實施，這便是智能型計算機(jī)輔助教學(xué)。

智能計算機(jī)輔助教學(xué) ICAI（Intelligence Computer Assisted Instruction）屬于人工智能的一個分支，是以認(rèn)知科學(xué)和思維科學(xué)為理論基礎(chǔ)，綜合人工智能技術(shù)，教育心理學(xué)等多門學(xué)科的知識對學(xué)生實施教育的一門新的教育技術(shù)。ICAI通過研究人類學(xué)習(xí)思維的特征和過程，探索學(xué)習(xí)知識的模式，利用信息化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使學(xué)生獲得個別化自適應(yīng)性學(xué)習(xí)的獲取知識方法，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)更有針對性，更有效。

ICAI依靠人工智能技術(shù)的進(jìn)步，主要應(yīng)在因材施教方面取得進(jìn)展。其主要特點(diǎn)是:

（1）能自動生成適合學(xué)習(xí)者程度的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

（2）能根據(jù)學(xué)生的不同認(rèn)知水平與學(xué)習(xí)風(fēng)格選擇教學(xué)策略和教學(xué)方法。

（3）能評價學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，并不斷地在教學(xué)中改善教學(xué)策略。

二、智能化計算機(jī)輔助教學(xué)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，在一些發(fā)達(dá)國家，如美國、日本、加拿大、英國、法國、澳大利亞等，CAI已經(jīng)普遍存在于學(xué)校和家庭中，正起著越來越大的作用。而ICAI的研究還處于初始階段。目前國內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究主要集中在CAI和ICAI的優(yōu)缺點(diǎn)比較，ICAI的理論來源、系統(tǒng)特征、模塊建設(shè)、發(fā)展趨勢等基礎(chǔ)理論知識的研究，基于相關(guān)課程或?qū)W科的實踐研究還比較少見。智能教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，由于需要考慮的因素較多，系統(tǒng)比較龐大，同時也依賴于人工智能等技術(shù)的發(fā)展,因而要建立完善的ICAI還是比較困難的。[1]因此ICAI有很大的理論和實踐發(fā)展空間。

完善的ICAI系統(tǒng)需能夠充分調(diào)動學(xué)生的主動性，并能通過分析推理，對某具體學(xué)生做出適合的教學(xué)決策。使學(xué)生獲得個別化自適應(yīng)性學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方法，達(dá)到因材施教的目的。人工智能技術(shù)的發(fā)展必將會對ICAI的發(fā)展起到巨大的推動作用。隨著計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，21世紀(jì)的教育教學(xué)輔助手段將是以ICAI為主線，多學(xué)科、多方位發(fā)展的新技術(shù)的體現(xiàn)，越來越多的教育工作者會從更多的視角審視ICAI，并從事ICAI的研究。相信ICAI將會在現(xiàn)代教育領(lǐng)域中有更廣泛的應(yīng)用。

“現(xiàn)代教育技術(shù)”既是教育技術(shù)專業(yè)的必修課程，也是大中專院校廣泛設(shè)置的選修課程，適用范圍非常廣泛。本文以《現(xiàn)代教育技術(shù)》這門課程為主要研究對象，來研究智能化教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計在具體實踐中的應(yīng)用。

三、ICAI決策系統(tǒng)的理論依據(jù)

1.綜合集成理論

教育是以人為主體參與的活動，而人本身就是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)，因此以這種大量的復(fù)雜巨系統(tǒng)為子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)——教育系統(tǒng)，是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)。依據(jù)系統(tǒng)與其環(huán)境是否有物質(zhì)、能量和信息的交換，將系統(tǒng)劃分為開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)來看，學(xué)生的學(xué)習(xí)受到教師、同學(xué)、家庭及社會等因素的影響，所以教育系統(tǒng)是一個開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。

錢學(xué)森的理論和實踐研究表明：現(xiàn)在能用的、惟一能有效處理開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法，就是定性定量相結(jié)合的綜合集成方法論。綜合集成方法論（Meta-synthesis Methodology MSM）是方法論上的創(chuàng)新，它是研究復(fù)雜巨系統(tǒng)和復(fù)雜性問題的方法論。[2]定性定量相結(jié)合的綜合集成方法是將專家群體(各種有關(guān)的專家)、數(shù)據(jù)和各種信息與計算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，把各種學(xué)科的科學(xué)理論和人的經(jīng)驗知識結(jié)合起來，發(fā)揮這個系統(tǒng)的整體優(yōu)勢和綜合優(yōu)勢。[3]它把人的經(jīng)驗、知識、智慧以及各種情況、資料和信息系統(tǒng)集成起來，從多方面定性認(rèn)識上升到定量認(rèn)識，從而達(dá)到解決復(fù)雜系統(tǒng)問題的目的。在解決問題的過程中，專家群體和專家的經(jīng)驗知識起著重要的作用。

教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它是由教育系統(tǒng)的復(fù)雜性決定的。教育系統(tǒng)具有復(fù)雜系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，它在結(jié)構(gòu)與功能上表現(xiàn)為規(guī)模大、相關(guān)因素多且相關(guān)方式復(fù)雜、目標(biāo)多樣等；在運(yùn)動上表現(xiàn)為隨機(jī)性、非線性等。用一般的理論方法無法全面合理地解決這一不良結(jié)構(gòu)的問題，本研究嘗試用綜合集成方法論來指導(dǎo)、分析教學(xué)設(shè)計智能化過程。因此，運(yùn)用綜合集成理論的方法來研究教學(xué)設(shè)計系統(tǒng)，探討具體科目的教學(xué)設(shè)計在設(shè)計過程中遇到的復(fù)雜性問題，進(jìn)而構(gòu)建科學(xué)合理的教學(xué)設(shè)計系統(tǒng)，具有重要的理論和實踐價值。

2.教學(xué)設(shè)計理論

本文采用“雙主”教學(xué)模式作為ICAI的教學(xué)設(shè)計的理論基礎(chǔ)?！半p主”教學(xué)模式既能發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用又能充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者認(rèn)知主體作用，是在教師主導(dǎo)下的課堂中能讓學(xué)習(xí)者參與進(jìn)來共同學(xué)習(xí)的一種教學(xué)模式。

基于“雙主”的教學(xué)模式，要求根據(jù)學(xué)習(xí)者的特征、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)目標(biāo)等多種因素的不同情況研究它們的結(jié)合方式，以使系統(tǒng)達(dá)到理想的教學(xué)效果。

基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的ICAI相對于傳統(tǒng)的CAI來說，充分體現(xiàn)了“雙主”的教學(xué)模式。ICAI中有專門分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)方式和認(rèn)知水平的學(xué)生模型，有專門為不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容選擇不同的學(xué)習(xí)策略的策略庫模型（也稱為教師模型），有評價學(xué)習(xí)效果并反饋給系統(tǒng)的評價模型。學(xué)生模型是對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征進(jìn)行分析，包括學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格、認(rèn)知水平。策略庫模型包含有豐富教學(xué)策略和有一個智能推理機(jī)，能根據(jù)學(xué)生模型的信息和學(xué)習(xí)目標(biāo)為學(xué)習(xí)者選擇合適的學(xué)習(xí)策略，指導(dǎo)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)。

3.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

當(dāng)代建構(gòu)主義者主張，世界是客觀存在的，但是對于世界的理解和賦予意義卻是由每個人自己決定的。建構(gòu)主義者認(rèn)為學(xué)習(xí)者要以自己的經(jīng)驗為基礎(chǔ)來建構(gòu)現(xiàn)實，或者至少說是在解釋現(xiàn)實，每個人的經(jīng)驗世界是用自己的頭腦創(chuàng)建的。

學(xué)習(xí)過程同時包含兩方面的建構(gòu)：一方面是對新知識意義的建構(gòu)，同時又包含對原有經(jīng)驗的改造和重組。建構(gòu)主義者強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中能夠靈活地建構(gòu)起用于指導(dǎo)實踐活動的圖式，這種圖式是對概念的豐富理解，依據(jù)個人經(jīng)驗背景的不同而不同。

教學(xué)應(yīng)當(dāng)把學(xué)習(xí)者原有的知識經(jīng)驗作為新知識的生長點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者從原有的知識經(jīng)驗中，生長新的知識經(jīng)驗。教學(xué)不是知識的傳遞，而是知識的處理和轉(zhuǎn)換。

ICAI伴隨著這種理論的發(fā)展而發(fā)展，它注重的是由學(xué)習(xí)者來控制學(xué)習(xí)過程，重視學(xué)習(xí)內(nèi)容的知識結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)習(xí)者主動構(gòu)建對自己有意義的知識的活動。基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的ICAI積極地為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，幫助學(xué)習(xí)者用他們已有的知識去建構(gòu)、生成、整合新的知識。

4.教學(xué)處方理論

“教學(xué)處方理論”是鄭永柏博士于1998年提出的一種新型適合于信息化教學(xué)設(shè)計的理論，他通過對教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論和計算機(jī)輔助教學(xué)設(shè)計方面的研究，建構(gòu)了一種新型的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論——教學(xué)處方理論。該理論主要包括：六個基本概念、一個理論框架、三條基本原理和兩個關(guān)于教學(xué)設(shè)計的知識庫。[4]

該理論指出教學(xué)處方可以看作是教學(xué)設(shè)計者 (有時可以看作是教師)依據(jù)系統(tǒng)分析后使用的各種教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容處理模式的組合；說明了在特定教學(xué)條件下對特定教學(xué)結(jié)果的教學(xué)，以不同的學(xué)習(xí)理論和教學(xué)理論為指導(dǎo)將會采用不同的教學(xué)方法，即教學(xué)處方，這也是本研究的核心內(nèi)容，是該系統(tǒng)設(shè)計的指導(dǎo)理論。“教學(xué)處方理論”具有更好的包容性、開放性，能夠吸收和容納豐富的學(xué)習(xí)和教學(xué)研究成果。

四、ICAI系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)

1.前端分析模塊：認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)動機(jī)、認(rèn)知風(fēng)格

前端分析是美國學(xué)者哈利斯（Harless，J．）在1968年提出的一個概念，指的是在教學(xué)設(shè)計過程開始的時候，先分析若干直接影響教學(xué)設(shè)計但又不屬于具體設(shè)計事項的問題，本文主要指認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)動機(jī)和認(rèn)知風(fēng)格方面的分析。前端分析模塊主要是建立相應(yīng)的學(xué)生特征類型的數(shù)據(jù)庫。

認(rèn)知能力的測量采用認(rèn)記、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評價六個維度，每個維度有“優(yōu)、良、中、差”四個選項。通過數(shù)據(jù)分析找出學(xué)習(xí)者的現(xiàn)狀和期望之間的差距，確定需要解決的問題是什么，并確定問題的性質(zhì)，形成不同層次的教學(xué)設(shè)計項目的目標(biāo)。

學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)動機(jī)通過專門的量表來收集數(shù)據(jù)。

2.內(nèi)容分析模塊

教學(xué)內(nèi)容分析就是在確定好總教學(xué)目標(biāo)的前提下，借助歸類分析法、圖解分析法、層級分析法、信息加工分析法等方法，分析學(xué)習(xí)者要實現(xiàn)總的教學(xué)目標(biāo)，需要掌握哪些知識、技能或形成什么態(tài)度。通過對教學(xué)內(nèi)容的處理，確定學(xué)習(xí)者所需學(xué)習(xí)內(nèi)容的范圍和深度，確定內(nèi)容各組成部分之間的關(guān)系，為以后教學(xué)順序的安排奠定好基礎(chǔ)。

對教學(xué)內(nèi)容的處理主要包括：教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)內(nèi)容的編排、確定單元目標(biāo)及對內(nèi)容進(jìn)行初步評價、分析教學(xué)內(nèi)容類別及性質(zhì)等四個基本方面。在構(gòu)建規(guī)定性教學(xué)內(nèi)容處理模式庫時，應(yīng)對上述四個方面提供具體的方法。[5]

3.決策模塊

教學(xué)策略（處方）的制定就是根據(jù)特定的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對象等條件，來合理地選擇相應(yīng)的教學(xué)順序、教學(xué)方法、教學(xué)組織形式。在數(shù)據(jù)庫中建立可供選擇的不同的教學(xué)策略（處方），是本文所研究的ICAI系統(tǒng)的主要模塊，也是特色模塊。

教學(xué)策略（處方）的制定包括教學(xué)順序的確定、教學(xué)方法的選擇、教學(xué)組織形式的選擇等。教學(xué)順序的確定就是要確定教學(xué)內(nèi)容各組成部分之間的先后順序；教學(xué)方法的選擇就是要通過講授法、演示法、討論法、練習(xí)法、實驗法、示范模仿法等不同方法的選擇，來激發(fā)并維持學(xué)習(xí)者的注意和興趣，傳遞教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)組織形式主要有集體授課、小組討論和個別化自學(xué)三種形式，各種形式各有所長，須根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)的選擇。教學(xué)策略的制定是根據(jù)具體的目標(biāo)、內(nèi)容、對象等來確定的，要具體問題具體分析，不存在能適用于所有目標(biāo)、內(nèi)容、對象的教學(xué)策略。

4.評價模塊

在基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的ICAI的評價模塊，要依據(jù)前面確定的教學(xué)目標(biāo)，運(yùn)用評價量表，分析學(xué)習(xí)者對預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成情況，主要收集三個方面的基本信息，一是要收集關(guān)于教師對教學(xué)設(shè)計方案和教學(xué)方案實施結(jié)果的滿意度的信息數(shù)據(jù)，二是要收集關(guān)于學(xué)習(xí)者對教學(xué)過程、教學(xué)策略的適應(yīng)性的信息數(shù)據(jù)，三是要看與其他方法相比，本處方中所采用的方法是否有獨(dú)到之處，是否有不足之處。[6]在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對教學(xué)策略和教學(xué)內(nèi)容的修改和完善提出建議，并以此為基礎(chǔ)對ICAI各個環(huán)節(jié)的工作進(jìn)行相應(yīng)的修改。

5.ICAI系統(tǒng)模型框圖

學(xué)習(xí)者前端數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)庫包括：認(rèn)知結(jié)構(gòu)測量及分析系統(tǒng)、學(xué)習(xí)動機(jī)測量及分析系統(tǒng)、學(xué)習(xí)風(fēng)格測量及分析系統(tǒng)和學(xué)生基本信息系統(tǒng)。系統(tǒng)模型如圖所示。

五、ICAI決策系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)來源

本課題實踐研究的調(diào)查對象來自云南大學(xué)，是2008屆市場營銷教育和財會教育本科生，共89人，課程設(shè)置為現(xiàn)代教育技術(shù)。學(xué)生調(diào)查表包括本科生基本信息表，所羅門學(xué)習(xí)風(fēng)格量表，學(xué)習(xí)者認(rèn)知能力調(diào)查問卷，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動機(jī)調(diào)查問卷四份表格組成。實際收到數(shù)據(jù)表89份，有效數(shù)據(jù)表75份。數(shù)據(jù)表中的信息選項根據(jù)所占權(quán)重，統(tǒng)一折合成百分制進(jìn)行處理。

六、總結(jié)

本文把教學(xué)設(shè)計理論、方法與“現(xiàn)代教育技術(shù)”課程相結(jié)合，擬研發(fā)出一個基于綜合集成方法論的廣義智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)設(shè)計輔助系統(tǒng)。主要研究成果如下：

（1）把綜合集成方法論引入解決教學(xué)設(shè)計這一不良結(jié)構(gòu)問題；

（2）結(jié)合數(shù)字化方法和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，它能對學(xué)習(xí)者進(jìn)行數(shù)字化的前端分析；

（3）它所自動化給出的教學(xué)設(shè)計方案，可為青年教師提供良好借鑒，有利于教師因材施教、因風(fēng)格施教、因需要施教；

（4）它所自動化給出的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)建議方案，有利于促進(jìn)學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)。

現(xiàn)有的CAI存在的許多問題隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)而顯得越來越不能適應(yīng)新環(huán)境的需求，因此以基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的ICAI為代表的新計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，將是教育教學(xué)研究人員在教育技術(shù)上需要不斷探求、努力實現(xiàn)的發(fā)展方向。

[1]楊采堅，董玉銘.智能教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[J].中國電大教育,1993（3）.

[2]于景元,涂元季.從定性到定量綜合集成方法——案例研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2002.5.

[3]錢學(xué)森,于景元,戴汝為.一個科學(xué)新領(lǐng)域：開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)及其方法論[J].自然雜志,1990(1).

[4]鄭永柏.教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論和方法研究:教學(xué)處方理論和ISD-EPSSS的設(shè)計與開發(fā)[D].北京師范大學(xué)博士學(xué)位論文，1998.

[5]何克抗,鄭永柏,謝幼如.教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2005.

[6]楊世偉.“教學(xué)處方理論”應(yīng)用研究與實踐[D].華中師范大學(xué)（碩士）,2006.11.01.

（編輯：楊馥紅）

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