基于元認(rèn)知能力發(fā)展的智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)研究*

韓建華　姜　強(qiáng)　趙　蔚（東北師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130117）

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基于元認(rèn)知能力發(fā)展的智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)研究*

韓建華姜強(qiáng)趙蔚
（東北師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130117）

摘要：通過(guò)比較分析國(guó)際典型的7個(gè)智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)，文章發(fā)現(xiàn)各系統(tǒng)之間存在教學(xué)法、心理學(xué)、技術(shù)和實(shí)用主義的差異，但在智能化程度和有效促進(jìn)元認(rèn)知發(fā)展方面具有相同點(diǎn)。之后，文章采用系統(tǒng)建模方法分析了學(xué)生的元認(rèn)知策略，構(gòu)建了ITS中的元認(rèn)知能力模型。最后，文章以Betty’Brain系統(tǒng)為例，通過(guò)實(shí)證分析得出：元認(rèn)知意識(shí)的智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)不僅有利于促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知能力的發(fā)展，還能培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力。

關(guān)鍵詞：智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)；自主學(xué)習(xí)；元認(rèn)知；認(rèn)知；問(wèn)題解決

引言

智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)（Intelligent Tutoring Systems，ITS）是指具有某一領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)和相關(guān)的教學(xué)知識(shí)，能對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別化教學(xué)的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠模擬教師或?qū)＜疫M(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解掌握程度，選擇相應(yīng)的教學(xué)策略，幫助學(xué)生獲得新知識(shí)并解決學(xué)習(xí)問(wèn)題[1]。通常，ITS含有虛擬代理（包括虛擬教師代理、虛擬學(xué)生代理等），既是學(xué)生的智能伙伴，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者，參與學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)（非復(fù)制）、談話（非接受）、表達(dá)（非重復(fù)）、合作（非競(jìng)爭(zhēng)）和反思（非處方）等學(xué)習(xí)活動(dòng)，與學(xué)生進(jìn)行情感交流，為學(xué)生學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決、策略訓(xùn)練和技能獲得等過(guò)程提供支架和反饋，有利于促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和元認(rèn)知能力的發(fā)展。元認(rèn)知是影響學(xué)業(yè)成功的主要因素，是指在自我意識(shí)的基礎(chǔ)上，在認(rèn)知自身的過(guò)程中形成自我反省、自我控制與自我調(diào)節(jié)，是對(duì)學(xué)習(xí)中感知、記憶、思維、想象等認(rèn)知活動(dòng)的再認(rèn)知和再思考。ITS提供關(guān)于學(xué)生元認(rèn)知能力的指導(dǎo)，監(jiān)管學(xué)生的元認(rèn)知行為，可以幫助學(xué)生成為更好的學(xué)習(xí)者。

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)的發(fā)展及有效運(yùn)用，有關(guān)ITS的研究越發(fā)注重學(xué)習(xí)者的個(gè)性化、輕松和高效率的智能學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者與系統(tǒng)的交互不僅在于獲取知識(shí)和掌握知識(shí)，更重要的是能提高學(xué)生的問(wèn)題解決能力和元認(rèn)知能力。

一　ITS研究進(jìn)展

國(guó)際典型的ITS有MetaTutor、Protus、Andes、SimStudent、Crystal Island、Wayang Outpost、Betty’s Brain等，這些系統(tǒng)都是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的開(kāi)放式學(xué)習(xí)環(huán)境，主要形式有超媒體、建模與仿真、沉浸式及游戲化等[2]。

由于ITS之間存在教學(xué)法、心理學(xué)、技術(shù)和實(shí)用主義的差異，導(dǎo)致虛擬代理、界面和支架也各不相同，如表1所示。其中，虛擬代理通常以對(duì)話方式監(jiān)督和指導(dǎo)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)心情和態(tài)度；界面是指提供可以滿足學(xué)習(xí)者需求的智能化界面，包括必要的菜單、文本、動(dòng)畫、視頻、音頻和超鏈接等；支架是指系統(tǒng)提供不同的工具支持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)和問(wèn)題解決等活動(dòng)，便于學(xué)習(xí)者查找和獲取信息、建構(gòu)問(wèn)題方案等，如開(kāi)放式學(xué)習(xí)環(huán)境通過(guò)觀察學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)推斷學(xué)習(xí)需要，經(jīng)常以提示、建議、測(cè)試、評(píng)價(jià)等方式呈現(xiàn)，為學(xué)生順利完成任務(wù)提供支架。

表1　ITS比較分析

MetaTuor是基于自適應(yīng)多代理超媒體導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)，針對(duì)生物科學(xué)的內(nèi)容如循環(huán)、消化和緊張系統(tǒng)，通過(guò)4個(gè)代理適應(yīng)學(xué)習(xí)者的需要，個(gè)別化地指導(dǎo)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，同時(shí)為學(xué)習(xí)者提供自適應(yīng)反饋，支持學(xué)習(xí)者恰當(dāng)?shù)剡x擇子目標(biāo)、精確地判斷元認(rèn)知以及應(yīng)用具體的學(xué)習(xí)策略[3]。

Protus是自適應(yīng)個(gè)性化推薦的超媒體系統(tǒng)，用于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)Java程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基本知識(shí)。該系統(tǒng)具有高度模塊化的特征，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)義技術(shù)和推薦技術(shù)，結(jié)合學(xué)習(xí)者的性格特點(diǎn)，為學(xué)習(xí)者推薦個(gè)性化的界面和內(nèi)容，學(xué)習(xí)者利用測(cè)試、復(fù)習(xí)、討論、范例等監(jiān)控和調(diào)節(jié)元認(rèn)知[4]。

Andes是一種建模與仿真的開(kāi)放式學(xué)習(xí)環(huán)境，其基本原理是在教學(xué)法上最大化學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性和自由，維持學(xué)習(xí)者完成網(wǎng)絡(luò)作業(yè)的積極性[5]。根據(jù)系統(tǒng)的計(jì)劃識(shí)別技術(shù)，提供迅速的反饋和提示，促進(jìn)學(xué)習(xí)者監(jiān)管和調(diào)節(jié)元認(rèn)知。

SimStudent是一種類似于游戲的學(xué)習(xí)環(huán)境，結(jié)合兩個(gè)虛擬代理，利用解釋、問(wèn)題、范例和對(duì)話引導(dǎo)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)代數(shù)方程式知識(shí)。如果遇到不會(huì)或不能正確解決的問(wèn)題時(shí)，可以向虛擬教師代理（Mr.Williams）求助；隨著支架淡出，學(xué)習(xí)者嘗試自己解決問(wèn)題[6]。

Crystal Island是以故事為中心的虛擬沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)者充當(dāng)生物學(xué)家的角色，探索困擾島嶼研究站的傳染性細(xì)菌的來(lái)源和特性。學(xué)習(xí)者能與計(jì)算機(jī)控制角色（包括護(hù)士、病人、廚師和科學(xué)家等多個(gè)代理）對(duì)話，每完成5個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)者回答有關(guān)生物學(xué)科的問(wèn)題[7]。

Wayang Outpost是基于超媒體的學(xué)習(xí)環(huán)境，根據(jù)學(xué)習(xí)者的最近發(fā)展區(qū)提供自適應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，訓(xùn)練學(xué)習(xí)者基本的認(rèn)知技巧。該系統(tǒng)不僅能促進(jìn)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知發(fā)展，而且可視化的學(xué)習(xí)進(jìn)度能刺激學(xué)習(xí)者反思學(xué)習(xí)活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知意識(shí)[8]。

Betty’s Brain不僅基于超媒體的環(huán)境，而且結(jié)合建模仿真和以故事為中心的環(huán)境特點(diǎn)，是一個(gè)典型的以學(xué)習(xí)者為中心的多形式的開(kāi)放式學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)習(xí)者在學(xué)生代理（Betty）和教師代理（Mr.Davis）的幫助下，采取合適的自我調(diào)節(jié)的認(rèn)知和元認(rèn)知學(xué)習(xí)策略[9]。

從總體上分析，ITS把學(xué)習(xí)看作是一個(gè)積極建構(gòu)的過(guò)程，即學(xué)習(xí)者通過(guò)設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)，試圖監(jiān)管、調(diào)節(jié)、控制認(rèn)知和元認(rèn)知。盡管每一個(gè)導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)、功能和表現(xiàn)形式各不相同，但在自主學(xué)習(xí)環(huán)境下，這些系統(tǒng)可以促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知和元認(rèn)知的發(fā)展，提高學(xué)生的問(wèn)題解決能力。

二　ITS元認(rèn)知能力模型的構(gòu)建

通常，認(rèn)知控制、調(diào)節(jié)與策略應(yīng)用是基本的元認(rèn)知成分。加拿大的韋尼（Winne）和哈德文（Hadwin）從信息處理的角度，提出了一個(gè)自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)模型——COPES（Conditions條件、Operations操作、Products產(chǎn)品、Evaluations評(píng)估、Standards標(biāo)準(zhǔn)），并根據(jù)這一模型提出學(xué)習(xí)發(fā)生在四個(gè)循環(huán)的階段：任務(wù)定義，學(xué)生培養(yǎng)自己對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)的理解；目標(biāo)設(shè)定和計(jì)劃，呈現(xiàn)學(xué)生處理學(xué)習(xí)任務(wù)的方法；策略制定，學(xué)生實(shí)施他們的學(xué)習(xí)計(jì)劃；適應(yīng)元認(rèn)知，在策略制定成功或失敗的基礎(chǔ)上，將時(shí)刻調(diào)整學(xué)習(xí)策略和事后評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)方法相互聯(lián)系起來(lái)[9]。后來(lái)，美國(guó)詹姆斯（James）等根據(jù)COPES模型，把學(xué)習(xí)者在ITS的行為活動(dòng)分為目標(biāo)設(shè)定和計(jì)劃、知識(shí)建構(gòu)、監(jiān)管、求助四個(gè)領(lǐng)域，將四個(gè)領(lǐng)域相關(guān)的認(rèn)知和元認(rèn)知活動(dòng)整合在三層圓環(huán)內(nèi)，描述學(xué)生可以利用的理想化的元認(rèn)知活動(dòng)和策略[10]。鑒于上述研究成果，本文采用系統(tǒng)建模方法分析學(xué)生的元認(rèn)知策略，構(gòu)建了ITS的元認(rèn)知能力模型，如圖1所示。

圖1　ITS的元認(rèn)知能力模型

元認(rèn)知能力模型旨在培養(yǎng)學(xué)習(xí)者自我調(diào)節(jié)的學(xué)習(xí)能力，包括五個(gè)基本特征：

①模型以圓環(huán)形式呈現(xiàn)ITS的基本行為、認(rèn)知活動(dòng)、元認(rèn)知策略。其中，最內(nèi)層是學(xué)習(xí)者與系統(tǒng)交互過(guò)程的基本行為，次最內(nèi)層是學(xué)習(xí)者完成某一學(xué)習(xí)任務(wù)的認(rèn)知活動(dòng)，最外層表示每一個(gè)領(lǐng)域相應(yīng)的元認(rèn)知策略。模型最內(nèi)層和最次內(nèi)層之間的箭頭，既表示學(xué)習(xí)者基本行為相應(yīng)的認(rèn)知活動(dòng)，也表示這些行為對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的作用和影響。三個(gè)圓環(huán)的關(guān)系表明認(rèn)知活動(dòng)層依賴于學(xué)習(xí)者行為，元認(rèn)知策略則依賴于認(rèn)知活動(dòng)。

②雖然每一個(gè)圓環(huán)內(nèi)部活動(dòng)沒(méi)有連線，但是每一個(gè)圓環(huán)內(nèi)的元素仍然相互聯(lián)系、相互作用，且每一個(gè)活動(dòng)或行為的決策會(huì)影響其它活動(dòng)或行為的決策。每一個(gè)圓環(huán)內(nèi)部活動(dòng)沒(méi)有連線也表明學(xué)習(xí)活動(dòng)是一個(gè)靈活的過(guò)程，即學(xué)習(xí)過(guò)程可以從任意一個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)始、任意一個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)束，必要時(shí)某些環(huán)節(jié)根據(jù)情況還可以略去。

③學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)是一個(gè)持續(xù)發(fā)展的過(guò)程，元認(rèn)知作為一個(gè)不斷進(jìn)行的活動(dòng)，與所有其它活動(dòng)或行為相互聯(lián)系。元認(rèn)知策略貫穿于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的全過(guò)程，表明ITS可以不斷地監(jiān)管和控制學(xué)習(xí)者的認(rèn)知活動(dòng)，而長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)化對(duì)認(rèn)知活動(dòng)的反省和評(píng)估等行為可以影響學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知意識(shí)。ITS在學(xué)習(xí)者完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過(guò)程中能促進(jìn)學(xué)習(xí)者元認(rèn)知意識(shí)的發(fā)展，而這種元認(rèn)知意識(shí)可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知能力。

④模型為分析其它ITS的認(rèn)知活動(dòng)和元認(rèn)知策略提供了依據(jù)。雖然每個(gè)系統(tǒng)所處的環(huán)境不同，但某些認(rèn)知活動(dòng)、元認(rèn)知策略和學(xué)習(xí)行為是相似的，因此該模型對(duì)ITS相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)的學(xué)習(xí)具有普遍性。當(dāng)學(xué)習(xí)者遇到學(xué)習(xí)困難時(shí)，可以根據(jù)模型采取下一步操作、調(diào)整學(xué)習(xí)過(guò)程。教師也可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的日志數(shù)據(jù)文件分析其學(xué)習(xí)行為，利用元認(rèn)知能力模型和數(shù)據(jù)挖掘的方法分析其頻繁發(fā)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)或行為，這有助于深入地理解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)效果。

⑤通過(guò)分析模型的劃分層次可以得出：在自主學(xué)習(xí)環(huán)境下的學(xué)習(xí)者能根據(jù)需要采取相應(yīng)的策略，也可以由系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的特點(diǎn)進(jìn)行自適應(yīng)的個(gè)性化推薦或個(gè)別化指導(dǎo)——這些策略對(duì)學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)起到了支持作用。模型中的元認(rèn)知是以學(xué)習(xí)者在ITS中的基本活動(dòng)或行為為中心而展開(kāi)的，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)實(shí)際情況找到自己學(xué)習(xí)的起始點(diǎn)，并按具體需要編排學(xué)習(xí)活動(dòng)順序，因此這是一個(gè)典型的以學(xué)習(xí)者為中心的元認(rèn)知能力模型。

三　元認(rèn)知發(fā)展的智能學(xué)習(xí)實(shí)證分析——以Betty’s Brain系統(tǒng)為例

Betty’s Brain系統(tǒng)是美國(guó)范德堡大學(xué)工程學(xué)院智能代理教學(xué)研究組結(jié)合計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)和教育學(xué)等開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式ITS，強(qiáng)調(diào)在具體環(huán)境下學(xué)習(xí)需要內(nèi)隱的思考和學(xué)習(xí)過(guò)程的可視化，利用動(dòng)畫教學(xué)代理，整合問(wèn)題解決和知識(shí)建構(gòu)的過(guò)程，必要時(shí)為學(xué)習(xí)者提供指導(dǎo)和幫助。本項(xiàng)目組與智能代理教學(xué)研究組進(jìn)行了溝通并協(xié)同創(chuàng)新，對(duì)Betty’s Brain系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，并應(yīng)用元認(rèn)知能力模型對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了改造；同時(shí)，考慮學(xué)習(xí)者和系統(tǒng)之間的主客體關(guān)系，在該系統(tǒng)建立了雙向適應(yīng)交互，即用戶主動(dòng)選擇資源的適應(yīng)性交互和系統(tǒng)主動(dòng)推送資源的自適應(yīng)交互[11]。改造后的ITS，不僅可實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的知識(shí)水平和認(rèn)知風(fēng)格自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)策略，而且也能根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征和學(xué)習(xí)行為推薦具有個(gè)性化的建議，使學(xué)習(xí)者在完成學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，也可利用與代理對(duì)話的方式幫助學(xué)習(xí)者選擇合適的元認(rèn)知策略，進(jìn)而培養(yǎng)元認(rèn)知能力。

本文以Betty’s Brain的“森林生態(tài)系統(tǒng)”學(xué)習(xí)為例，分析該系統(tǒng)促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知能力的過(guò)程——首先學(xué)習(xí)者需要讀材料，如科學(xué)書（ScienceBook）、教師指南（Teacher’s Guide）等，也可以在筆記（Notes）界面做筆記，然后在因果圖（Causual Map）界面內(nèi)畫圖。該系統(tǒng)主要依據(jù)Betty和Mr.Davis兩個(gè)代理促進(jìn)學(xué)習(xí)者元認(rèn)知能力的發(fā)展，其中Betty代理的身份是學(xué)習(xí)者的學(xué)生，而Mr.Davis代理的身份則是學(xué)習(xí)者的老師。

1Betty與學(xué)習(xí)者會(huì)話

當(dāng)學(xué)習(xí)者讀超文本資源或識(shí)別相關(guān)概念時(shí)，如果長(zhǎng)時(shí)間停留，Betty代理就會(huì)主動(dòng)與學(xué)習(xí)者對(duì)話，提示學(xué)習(xí)者繼續(xù)工作。為了進(jìn)行下一步操作，學(xué)習(xí)者需要從下拉列表中選擇符合自己的回復(fù)，如圖2所示。

圖2　Betty監(jiān)督學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)

圖3　Mr.Davis詢問(wèn)學(xué)習(xí)者狀態(tài)

學(xué)習(xí)者既能自己決定學(xué)習(xí)進(jìn)度，也能主動(dòng)與Betty發(fā)起會(huì)話，讓Betty解釋概念、回答因果關(guān)系或參加測(cè)試等。當(dāng)學(xué)習(xí)者根據(jù)下拉列表選擇要提出的問(wèn)題后，Betty就會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)者的問(wèn)題給出相應(yīng)的反饋。

2Mr.Davis與學(xué)習(xí)者會(huì)話

Mr.Davis代理主動(dòng)與學(xué)習(xí)者對(duì)話，監(jiān)督學(xué)習(xí)者的狀態(tài)，幫助學(xué)習(xí)者調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度，就學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀況或進(jìn)行鼓勵(lì)、或給出提示、或提供建議。例如，Mr.Davis詢問(wèn)學(xué)習(xí)者的感覺(jué)如何（如圖3所示），使學(xué)習(xí)者反思自己的認(rèn)知加工過(guò)程并增強(qiáng)自我監(jiān)控意識(shí)。

學(xué)習(xí)者也能主動(dòng)與Mr.Davis對(duì)話，咨詢的問(wèn)題主要有三個(gè)方面：科學(xué)書閱讀中遇到的難題，如何有效地向Betty呈現(xiàn)因果關(guān)系，以及如何確保教給Betty內(nèi)容正確的知識(shí)。

3Betty的測(cè)驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)界面包括測(cè)驗(yàn)的歷史記錄、測(cè)驗(yàn)問(wèn)題、Betty的答案、Betty的成績(jī)以及測(cè)驗(yàn)相關(guān)的因果關(guān)系。成績(jī)的標(biāo)注有四種顏色：綠色代表Betty回答正確；紅色代表Betty回答錯(cuò)誤；橙色代表Betty的回答有待完善；灰色代表Betty不知道。學(xué)習(xí)者可以根據(jù)測(cè)驗(yàn)結(jié)果修正因果關(guān)系，這一過(guò)程有利于學(xué)習(xí)者監(jiān)管和調(diào)節(jié)自己的元認(rèn)知，并計(jì)劃下一步的操作。

綜上所述，Betty’s Brain系統(tǒng)首先分析了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為，然后利用Betty和Mr.Davis兩個(gè)代理以對(duì)話的方式干預(yù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程，并根據(jù)學(xué)習(xí)者的狀態(tài)和學(xué)習(xí)進(jìn)度提供自適應(yīng)反饋，使學(xué)習(xí)者調(diào)節(jié)和監(jiān)管自己的學(xué)習(xí)行為，培養(yǎng)元認(rèn)知意識(shí)。更重要的是，該系統(tǒng)使學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知意識(shí)從系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)向了自我控制、從不自覺(jué)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向了自覺(jué)調(diào)節(jié)，從而培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者有意識(shí)地控制和調(diào)整認(rèn)知活動(dòng)的能力。

四　啟示與思考

皮亞杰曾說(shuō)“理解就是創(chuàng)造”，當(dāng)學(xué)習(xí)者通過(guò)ITS（如Betty’s Brain系統(tǒng)）學(xué)習(xí)知識(shí)、利用掌握實(shí)體之間的關(guān)系建立一個(gè)正確的因果圖時(shí)，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解過(guò)程也是知識(shí)創(chuàng)造的過(guò)程。這是因?yàn)?，因果圖不僅將知識(shí)以可視化方式呈現(xiàn)，而且也體現(xiàn)了學(xué)習(xí)者的思維過(guò)程；整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程既培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性思維能力，也培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者的推理性思維能力和批判性思維能力，因此可以說(shuō)ITS培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者的高階思維能力。

新媒體聯(lián)盟在2015年的《地平線報(bào)告（高等教育版）》中指出，驅(qū)動(dòng)教育技術(shù)在高等教育中利用的長(zhǎng)期趨勢(shì)是增加跨機(jī)構(gòu)的合作。因此，很多機(jī)構(gòu)在開(kāi)發(fā)ITS的過(guò)程中，需要進(jìn)行學(xué)科之間的溝通與合作、互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，并深入結(jié)合學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)和開(kāi)放的云技術(shù)，將這些系統(tǒng)共建共享，以促進(jìn)全球教育事業(yè)的共同進(jìn)步。如果系統(tǒng)之間關(guān)于學(xué)生的非保密性的學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù)可以互相調(diào)用，或者說(shuō)如果學(xué)習(xí)者在不同的ITS環(huán)境下的學(xué)習(xí)檔案材料可以互用，那么就可以利用大數(shù)據(jù)分析，使ITS結(jié)合學(xué)習(xí)者的特征和需求，進(jìn)行學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)材料和界面的個(gè)性化推薦。目前，ITS的學(xué)習(xí)內(nèi)容主要針對(duì)的是中小學(xué)的課程內(nèi)容，而關(guān)于大學(xué)的課程內(nèi)容相對(duì)較少，如果將ITS向大學(xué)群體免費(fèi)開(kāi)放，那么ITS的應(yīng)用范圍也會(huì)大大拓寬。

正在熱議的“互聯(lián)網(wǎng)+”給教育帶來(lái)的思考，最重要的就是讓教育有了“人的維度”，特別是慕課（MOOCs）和翻轉(zhuǎn)課堂真正做到了以學(xué)習(xí)者為中心，使學(xué)習(xí)者成為了學(xué)習(xí)過(guò)程的主體。ITS既注重學(xué)生個(gè)性化的發(fā)展，又強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生自主與互動(dòng)合作的學(xué)習(xí)能力，有助于慕課或翻轉(zhuǎn)課堂模式下的學(xué)習(xí)者在“做中學(xué)”，同時(shí)ITS所提供的自適應(yīng)反饋或提示等也有利于學(xué)習(xí)者的個(gè)別化學(xué)習(xí)。2015年，在青島舉行的首屆國(guó)際教育信息化大會(huì)上，進(jìn)一步明確了要建設(shè)“人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)”的學(xué)習(xí)型社會(huì)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)教育注定會(huì)成為未來(lái)教育的趨勢(shì)。而移動(dòng)設(shè)備的普及，為學(xué)習(xí)者提供了獲取教育資源的便捷通道；如果將ITS配置到移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行，就可以方便學(xué)生利用碎片化時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)而提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。

五　結(jié)論

本文比較分析了國(guó)際典型的7個(gè)ITS，這些系統(tǒng)盡管在開(kāi)發(fā)環(huán)境、學(xué)習(xí)代理數(shù)量以及為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)支架的方式不同，但卻都可以智能地分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，并給予個(gè)性化推薦、個(gè)別指導(dǎo)或自適應(yīng)反饋和提示等，因此有助于學(xué)習(xí)者元認(rèn)知能力的發(fā)展?；谧晕艺{(diào)節(jié)學(xué)習(xí)模型（COPES），本文從目標(biāo)設(shè)定和計(jì)劃、知識(shí)建構(gòu)、監(jiān)管、求助四個(gè)方面構(gòu)建了ITS的元認(rèn)知能力模型，實(shí)現(xiàn)了ITS的雙適應(yīng)交互，能幫助學(xué)習(xí)者更好地監(jiān)管、調(diào)節(jié)認(rèn)知活動(dòng)和元認(rèn)知策略，并為后期同行研究提供參考。文章還以Betty’s Brain系統(tǒng)為例進(jìn)行了實(shí)證分析，運(yùn)用兩個(gè)代理（Betty和Mr.Davis）以對(duì)話方式監(jiān)管和調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知意識(shí)。研究結(jié)果表明：在自主學(xué)習(xí)環(huán)境下，學(xué)習(xí)者利用ITS不僅可以掌握基礎(chǔ)知識(shí)，而且有助于培養(yǎng)元認(rèn)知能力?？傊?，信息技術(shù)正深刻改變著人類的思維和學(xué)習(xí)方式，而ITS研究引發(fā)了新思考、新啟示，將開(kāi)啟智能化教學(xué)的新紀(jì)元。

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編輯：小米

Study on Intelligent Tutoring Systems for Promoting the Metacognitive Ability Development

HAN Jian-huaJIANG QiangZHAO Wei
(School of Computer Science and Information Technology,Northeast Normal University,Changchun,Jilin,China 130117)

Abstract:Through comparing and analyzing seven international typical ITS (intelligent tutoring systems),it found that there were differences in teaching methods,psychology,technology and pragmatism among the systems,but there were also similarities in aspects of intelligent degree and effective promotion in metacognition development.Thereafter,the paper analyzed students’ metacognitive strategy employing system modeling method,and constructed the metacognitive ability model about ITS.In the end,the paper took Betty’s brain system as an example to make an empirical analysis,and the results shown that metacognitive awareness of ITS can promote learners’ metacognitive ability development and cultivate learner’s problem-solving ability.

Keywords:ITS; self-regulated learning; metacognition; cognition; problem-solving

收稿日期：2015年7月9日

作者簡(jiǎn)介：韓建華，在讀碩士，研究方向?yàn)閭€(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)，郵箱為hanjh675@nenu.edu.cn。

*基金項(xiàng)目：本文為教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金“大數(shù)據(jù)支持下的個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)及教育測(cè)量研究”（項(xiàng)目編號(hào)：15YJA880027）、教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金“基于知識(shí)圖譜的開(kāi)放學(xué)習(xí)資源自主聚合研究”（項(xiàng)目編號(hào)：14YJA880103）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金“吉林農(nóng)村中小學(xué)教師遠(yuǎn)程培訓(xùn)學(xué)習(xí)適應(yīng)性研究”(項(xiàng)目編號(hào)：130021049)的階段性研究成果。

【中圖分類號(hào)】G40-057

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097（2016）03—0107—07 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2016.03.016