智能計算機輔助教學系統的功能與發展前景

[中圖分類號]G434[文獻標識碼]A [文章編號]1009—2234(2008)04—0192—01

自二十世紀九十年代起，以多媒體和Internet為標志的信息技術革命，正以驚人的速度改變著人們的工作、學習、生產和生活方式。信息技術的發展在教育領域也進行著深刻變革，使教育技術、教育體制與教學模式產生新的重大飛躍。換句話說，在基于Internet的教育網絡的基礎上進一步與多媒體相結合，將發展出一種能夠適應21世紀教育需求的全新的教育體制與教學模式。而信息技術的發展對傳統的教育技術、教育體制與教學模式必將產生重大的影響，計算機輔助教學所用的技術、方法和計算機輔助教學的觀念都將隨信息技術的發展而發生變革。

傳統的計算機輔助教學系統是運行在單機環境下的，在知識的更新上面缺乏便捷性，教學安排是事先制定的，并不能完全滿足不同學生的個性化要求，對學生學習效果的檢查手段也是不完善的。

智能計算機輔助教學系統(Intelligence Computer-Aided Instruction--ICAI)是目前順應教育理論與教育改革發展趨勢的一種新型計算機輔助教學系統。自從20世紀70年代第一個ICAI系統產生以來，世界各國紛紛拉開了ICAI系統研究的序幕。在運用此系統進行學習的過程中，學生不需按照系統設計者在設計時所規定的教學序列學習，教學序列是由程序在運行時產生的，比運用傳統的計算機輔助教學系統效果更好。

智能計算機輔助教學是以認知學為理論基礎，將人工智能技術應用于CAI，是智能化的CAI。它將教學內容與教學策略分開，根據學生的認知模型提供的信息，通過智能系統的搜索與推理，動態生成適合于個別化教學的內容與策略；通過智能診斷機制判斷學生的學習水平，分析學生產生錯誤的原因，同時向學生提出更改建議以及進一步學習內容的建議；通過對全體學生出現的錯誤分布統計，智能診斷機制將向教師提供教學重點、方式、測試重點、題型的建議；為教師提供友好的教學內容、測試內容維護界面，無需改變軟件的結構即可調整教學策略；通過對學生認知模型、教學內容、測試結果的智能分析，向教學督導人員提供對任課教師教學業績評價的參考意見。可以說，一個理想、完美的ICAI系統就是一個自主、優秀的“教師”。

ICAI將計算機技術、多媒體技術、Internet技術與教育、教學改革相結合，通過在教學模式、教學媒體、學生模型三方面的智能化設計，創造一種新的教學形式，有利于培養學生較強的信息獲取、信息分析和信息加工能力，發揮主動性、創造性，培養能適應二十一世紀激烈競爭的新型人才；同時ICAI也反映了信息社會的客觀需要，是教育技術發展的歷史必然。不難看出，ICAI與傳統的CAI相比，更加符合教育教學的規律，切合學生的認知習慣，具有明顯的優越性。

ICAI的歷史可上溯至上世紀70年代，當時有人提出了自適應CAI系統的概念(這些系統能使CAI因材施教地適應不同學生的不同水平要求)，并開發建立了一系列能夠訓練學習者進行計算和詞匯記憶的系統。由于這類系統能夠自動選出難度與學生能力相適應的問題供學習者選用，因此稱為自適應教學系統，它是ICAI系統的萌芽。到了70年代，ICAI的研究才真正開展起來。這一階段前期的研究重點是建立專家模塊，后期的研究重點逐漸轉為建立學生模型模塊。80年代，教學策略問題開始受到重視。因此，ICAI系統的研究主要集中在如何使用人工智能技術確切地表示學生模型和教師模型上，以使教學系統具有更高層次的應答敏感和全局觀念。80年代，C1ancey開發了GUIDON系統，Burton開發了WEST系統，Stevens和Hollan開發了STEAMER系統等等。進入90年代以后，合作教學模式、認知學生模型構造和智能超媒體輔助教學系統成為ICAI新的發展方向。另外，由于對專家系統外殼(ExpertSystemShell)的研究日益受到重視，ICAI在這方面也取得了一些成果，如著名的PIXIE系統。除此之外，還有人提出了智能超媒體教學系統的概念。所謂智能超媒體，就是將人工智能技術與超媒體的信息組織、管理方式結合在一起而形成的智能型知識(或信息)處理技術。在智能超媒體教學系統中，ICAI模塊可以利用超媒體提供的友好界面來激發學生的學習興趣和學習動機，同時還可以利用超媒體向學生提供圖文聲像并茂的解釋信息 ；而超媒體模塊則可利用知識推理技術實現教學內容和教學策略的適應性控制，對學生進行有針對性地指導。因此，智能超媒體教學系統不僅綜合了ICAI系統和超媒體系統各自的優點，還有效地彌補了它們各自的不足。當前，智能超媒體教學系統的研制和開發已成為人工智能和多媒體教育應用領域中一個重要的前沿課題。

ICAI在中國的發展雖然起步較晚，但已有了一定的進步，利用計算機自動推理研究成果開發了一些ICAI教學軟件，如理科教學軟件：《幾何專家》、《數學實驗室—立體幾何》等。這些軟件對我國的ICAI的發展起到明顯的促進作用。

傳統的CAI課件系統是在單機上將全部教學內容，以編程的方式預置于課件中。學生學習時，教學過程是按課件規定的路徑和內容展開的。由于缺乏必要的通信手段和智能特性，無法實現任課教師與學生之間的交互，和按學生的不同認知能力準備教案的因材施教教學。隨著計算機網絡技術的日臻成熟，人工智能在專家系統領域取得的成功，它們為CAI的發展提供了新的空間。我們認為CAI的發展方向在于網絡化、智能化。

當前教育制度的局限性和計算機技術的飛速發展是CAI技術的主要源動力，很多有志之士從CAI看到了未來教育的希望，指出發展智能化、網絡化和多媒體化的CAI教育是解決當前教育局限的一條出路，因此發展具有網絡化和多媒體化的智能CAI即ICAI成為眾多教育工作者和計算機技術人員研究的焦點。

由于基于知識點庫的ICAI系統采用了先進的設計理念，結合超文本和多媒體技術，通過計算機將文本、圖像、聲音、動畫等各種媒體信息結合起來。因此，ICAI系統從以下四個方面必然會對教育、教學產生深刻的影響：

1.有利于激發學生的學習興趣和認知主體作用的發揮。

2.有利于知識的獲取與保持。

3.可實現對教學信息最有效的組織與管理。

4.可作為認知工具實現最理想的學習環境。

綜上所述，在經濟全球化，科技飛速發展的今天，人才是一個國家和民族的寶貴財富，而人才的競爭取決于教育，教育的發展不可避免的遇到互聯網多媒體等技術的應用，我們要抓住這個大好時機，努力使我國教育跟上世界發展的趨勢，為我國建設培養出具有高科技含量的人才，提高他們的創新意識。ICAI系統應用，在智能化計算機輔助教學作為一種新型教學形式、促進我國教育、教學改革等方面必將起到積極的推動作用。

(本欄責任編輯：王興運)(署名除外)