專家系統(tǒng)在高校成人人工智能教育的應(yīng)用初探

鄧先瑞

【摘要】本文以專家系統(tǒng)為研究對象，對專家系統(tǒng)的發(fā)展歷程、基本原理、設(shè)計思路進(jìn)行了詳細(xì)的分析，結(jié)合高校成人教學(xué)熱點(diǎn)，探討了針對成人高等教育的專家系統(tǒng)的設(shè)計思路、運(yùn)用范圍和發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】成人高等教育；人工智能；專家系統(tǒng)；ITS

一、成人高等教育與基于專家系統(tǒng)的人工智能

成人教育與傳統(tǒng)教育有所區(qū)別。成人教育既需要在老師的組織和引導(dǎo)下系統(tǒng)地掌學(xué)習(xí)高等學(xué)科知識技能，而由于成人的學(xué)習(xí)能力和動機(jī)都很強(qiáng)，他們又大部分時間主要依靠自己的自學(xué)和自我教育來完成整個教育。成人高等教育是以問題為中心展開教育的，教育具有很強(qiáng)的實(shí)用性和即用性。在高等教育中，成人由于長期處于生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)境中，因此自發(fā)地對實(shí)用的知識和技能有很強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動機(jī)，以提高自己的知識素養(yǎng)，而且成人由于思維相對成熟，邏輯思維、判斷推理和分析綜合等學(xué)習(xí)能力非常強(qiáng)，其學(xué)習(xí)主動性也非常高。為了推動成人高等教育的發(fā)展，基于專家系統(tǒng)的人工智能教育成為了新的教育手段。人工智能是基于計算機(jī)科學(xué)、信息論和控制論等多學(xué)科交叉綜合而興起的一門學(xué)科，人工智能的初衷是實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能化，其智能系統(tǒng)的研究在多個領(lǐng)域取得了豐富的成果。而在教育領(lǐng)域，人工智能研究出來的基于知識模塊化的知識庫的專家系統(tǒng)就是代表之一，專家系統(tǒng)在高密度的知識數(shù)據(jù)庫上模擬人類的信息決策過程，因此智能化的專家系統(tǒng)具備一般的咨詢功能、學(xué)習(xí)功能和教育功能。而目前專家系統(tǒng)的教育功能在高校成人教育用途潛力十分大。它能通過解釋系統(tǒng)自身的決策過程和回答有關(guān)領(lǐng)域知識的詢問來達(dá)到相關(guān)教育目的，可謂人類的第二教師。

二、專家系統(tǒng)的設(shè)計思想

與傳統(tǒng)的程序設(shè)計有所不同，專家系統(tǒng)的設(shè)計屬于基于知識的程序設(shè)計（Knowledge一basedProgamming）。即專家系統(tǒng)的運(yùn)行需要有一個知識庫作為支撐，該知識庫主要存儲著解決某領(lǐng)域的專門知識。如美國高校的GUIDON系統(tǒng)它可利用修正和誘導(dǎo)的方式來回答高校學(xué)生的醫(yī)學(xué)問題，SCHOLAR系統(tǒng)則可以智能回答美洲地理知識的問題。專家系統(tǒng)的模擬人的決策過程主要是通過知識獲取模塊從知識庫中抽取敘述性知識數(shù)據(jù)，機(jī)器通過推理模塊和解釋模塊對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)部推理，從而完成人類的模擬決策。從它的運(yùn)行基本原理決定了其基本由知識庫、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫和解釋機(jī)制四個部分構(gòu)成。知識庫負(fù)責(zé)專門領(lǐng)域的知識飯儲存和調(diào)?。痪C合數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)中間數(shù)據(jù)的存儲和調(diào)??；推理機(jī)負(fù)責(zé)通過某種記憶規(guī)則和邏輯對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、分析和決策；解釋機(jī)制最終面向客戶端解釋決策行為。當(dāng)前專家系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為擁有良好的人機(jī)界面和較強(qiáng)的調(diào)試功能的智能系統(tǒng)，在成人高等教育中逐步推廣，它能根據(jù)成人學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，制定出最優(yōu)的教學(xué)方法和教案，從而輔導(dǎo)成人在高校中的學(xué)習(xí)。

三、針對成人高等教育的智能教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

智能教學(xué)系統(tǒng)是一個構(gòu)成先對復(fù)雜的智能軟件系統(tǒng)，主要由專家模塊、智能接口、學(xué)生模塊和教學(xué)模塊四個板塊構(gòu)成。因此針對成人高等教育的ITS設(shè)計主要注意一下機(jī)電。第一，專家模塊主要負(fù)責(zé)儲存與成人教學(xué)領(lǐng)域有關(guān)的基礎(chǔ)知識，以及系統(tǒng)能基于儲存的基礎(chǔ)知識作出模擬決策的求解知識，專家模塊同時還要能評估一般成人的相應(yīng)的知識儲備和認(rèn)知水平，主要用來為成人高校教師實(shí)施具體的成人教學(xué)提供決策依據(jù)；學(xué)生模塊的設(shè)計要注意通過比較成人行為和專家行為，智能模擬成人的學(xué)習(xí)狀態(tài)，包括成人的知識儲備狀態(tài)、認(rèn)知規(guī)律特點(diǎn)和成人個性特征等，評估成人對知識的認(rèn)知狀況，用來反饋成人的學(xué)習(xí)狀態(tài)；教學(xué)模塊的設(shè)計主要依據(jù)相關(guān)成人高等教育教學(xué)原理，在科學(xué)的教學(xué)理論指導(dǎo)下確定合適的成人教學(xué)內(nèi)容并以合理的教學(xué)形式在最適宜的時候展現(xiàn)給成人；智能接口模塊的設(shè)計要確保成人同系統(tǒng)間能進(jìn)行充分的信息交流，保障成人能通過計算機(jī)可理解的形式同智能系統(tǒng)進(jìn)行信息互動，同時ITS交互界面也為系統(tǒng)的決策結(jié)果呈現(xiàn)、用戶對決策信息的獲取提供途徑。

四、針對成人教育的智能教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計

目前針對成人高等教育的智能教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)的設(shè)計理念主要有行為主義理念、認(rèn)知主義理念、人本主義理念、后現(xiàn)代主義理念以及建構(gòu)主義理念，而目前能適用于成人教育的智能教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)理念主要是建構(gòu)主義理念，建構(gòu)主義理念認(rèn)為人的知識形成的機(jī)制是在不斷吸取外來知識的基礎(chǔ)上調(diào)整、完善最后建構(gòu)已有內(nèi)化的知識體系，而成人一般都已經(jīng)擁有相對完整的內(nèi)化的知識體系，因此他們更愿意有選擇性地將外來知識進(jìn)行內(nèi)化，從而建構(gòu)自己知識體系；在智能教學(xué)系統(tǒng)的功能開發(fā)上，較為側(cè)重成人的模型和成人與系統(tǒng)的接口的開發(fā)，一方面，成人本身具有內(nèi)化的觀點(diǎn)和豐富的知識需求，因此系統(tǒng)要側(cè)重對成人的情感因素的開發(fā)，突出成人模型的開放性與動態(tài)性；在人機(jī)交互界面的開發(fā)上，智能教學(xué)系統(tǒng)要依據(jù)成人的認(rèn)知特點(diǎn)，更注重界面的形象化和簡便化的設(shè)計。隨著智能教學(xué)系統(tǒng)的研究的發(fā)展，在一把的高校成人教育中，ITS的運(yùn)用形式不再是傳統(tǒng)的以文本和圖形等相對單的形式，目前人工智能教學(xué)系統(tǒng)也逐漸朝著支持開放式教學(xué)方法的方向發(fā)展，如發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)法和探究式教學(xué)法等教與學(xué)的方式。

五、未來針對成人高等教育的人工智能系統(tǒng)的發(fā)展方向

從人工智能技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，針對成人高等教育的智能教學(xué)系統(tǒng)會朝著以下幾個方向發(fā)展。

第一，智能教學(xué)系統(tǒng)與信息技術(shù)的結(jié)合。智能教學(xué)系統(tǒng)將與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)等技術(shù)繼續(xù)高度融合，為提高高校成人教學(xué)效率提供技術(shù)支撐。

第二，人工智能系統(tǒng)的在教育研究領(lǐng)域間的集成，智能教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用還可以同其他人工智能應(yīng)用領(lǐng)域相互結(jié)合，如智能教學(xué)系統(tǒng)與電氣工程智能系統(tǒng)的結(jié)合，它們相互兼容使用，可以在高校成人教育中繼進(jìn)行更多的實(shí)踐教學(xué)。

第三，人工智能技術(shù)的潛力，人工智能的發(fā)展將會拓展更廣的領(lǐng)域，如計算智能與進(jìn)化計算、人工生命技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，人工智能技術(shù)的新的發(fā)展必將進(jìn)一步促進(jìn)智能教學(xué)的發(fā)展。

六、結(jié)束語

專家系統(tǒng)是人工智能技術(shù)和教育發(fā)展的結(jié)合的產(chǎn)物。當(dāng)前高校成人教育中，以專家系統(tǒng)為代表的智能教學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)用是大勢所趨，智能教學(xué)系統(tǒng)主要擔(dān)任輔助教師進(jìn)行智能教學(xué)的角色，而針對成人高等教育的智能教學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)用前景十分廣闊，智能教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿σ矊⑹执蟆?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]焦加麟，徐良賢，戴克昌.人工智能在智能教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計算機(jī)仿真，2003.

[2]元慧.議當(dāng)代人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展?fàn)顩r[J].福建電腦，2008.

[3]史忠植，王文杰.人工智能[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007（1）.