淺析基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的智能型課件的開發(fā)與設(shè)計(jì)

[摘要]目前的多媒體課件，在教學(xué)過程中比較機(jī)械，不能適合學(xué)習(xí)者的多樣性，只能靠學(xué)習(xí)者主動適應(yīng)課件機(jī)械的教學(xué)過程。應(yīng)用一種動態(tài)、智能的ICAI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行設(shè)計(jì)和系統(tǒng)原型開發(fā)，從而可以更好的實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的。現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)智能技術(shù)速度發(fā)展，使得智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件成為當(dāng)代多媒體課件發(fā)展的必然趨勢。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)輔助教學(xué);智能型課件;人工智能技術(shù);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[中圖分類號]G42 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1009 — 2234(2010)02 — 0133 — 02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI:computer assisted instruction)已被逐步運(yùn)用到日常教學(xué)中，大大提高了教學(xué)效果，推動了教育技術(shù)的發(fā)展。作為CAI的成熟階段的智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(Intelligent CAI，ICAI)則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的不足，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，要求學(xué)生成為信息加工的主體，知識意義的主動建構(gòu)者，要求教師成為學(xué)生主動建構(gòu)意義的幫助者、促進(jìn)者。本文將從傳統(tǒng)CAI的現(xiàn)狀與缺陷、智能型課件(ICAI多媒體課件)的概述、智能課件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智能型課件的教學(xué)原則四個方面來具體闡述。

一、傳統(tǒng)CAI的現(xiàn)狀與缺陷

受教師對多媒體軟件應(yīng)用水平、學(xué)習(xí)模式和習(xí)慣等因素的制約，傳統(tǒng)的CAI課件的實(shí)現(xiàn)技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于CAI理論和技術(shù)的發(fā)展。CAI設(shè)計(jì)時(shí)只能根據(jù)歷史的經(jīng)驗(yàn)，將學(xué)習(xí)的對象分成幾個類別，并且僅僅根據(jù)這些類別粗略地設(shè)計(jì)個別化教學(xué)，不可能隨時(shí)根據(jù)學(xué)生對問題反應(yīng)的實(shí)際水平去生成適合于學(xué)習(xí)者的練習(xí)或指導(dǎo)，不能真正地做到因材施教。其缺陷主要有:

1.非開放性、難以更新完善。為避免制作的課件能脫離其開發(fā)制作的計(jì)算機(jī)，順利的運(yùn)行于具體使用時(shí)的計(jì)算機(jī)的軟硬件環(huán)境，通常將開發(fā)的源文件打包成可執(zhí)行文件，使其具有良好的兼容性，近可能的運(yùn)行于當(dāng)時(shí)流行的各種配置的微機(jī)系統(tǒng)中。而這種形式無法對教學(xué)內(nèi)容、組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行增刪改，即使是源文件，由于其結(jié)構(gòu)的局限，也不易修改。

2.機(jī)械的使用過程、缺乏智能性。無法按照學(xué)生的認(rèn)識模型為其準(zhǔn)備最適合的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法，無法實(shí)現(xiàn)教育學(xué)所要求的個別化教學(xué)和啟發(fā)式教學(xué)。只能適合作為教師課堂授課的輔助手段，不能作為以學(xué)生個別化學(xué)習(xí)的輔助手段，更不能作為學(xué)生個別化自學(xué)的主要手段。

3.缺乏交互性。學(xué)習(xí)者思想情感的自我認(rèn)識交流、學(xué)習(xí)者之間的交流和學(xué)習(xí)者與知識對象的交流都難以進(jìn)行。學(xué)生無法通過課件解決自己學(xué)習(xí)過程中遇到的個別問題，不能解決學(xué)生的疑問，不能根據(jù)學(xué)生的具體情況自動調(diào)整教學(xué)策略。

二、ICAI課件的概述

智能型課件彌補(bǔ)了傳統(tǒng)CAI課件的不足。作為傳統(tǒng)CAI課件的升級版，從某種意義上說，它是一個理想、完美的智能課件系統(tǒng)，是一個自主、優(yōu)秀的“教師”。智能課件系統(tǒng)模擬的是教師，其服務(wù)對象是學(xué)生，它綜合了專家系統(tǒng)與人工智能技術(shù)、教育心理學(xué)、教學(xué)理論等領(lǐng)域知識，是一種新的教學(xué)手段和教學(xué)思想。

智能課件系統(tǒng)具有開放性的特征，也就是說，它不是通過一次開放完工的，它的數(shù)據(jù)庫、它的策略系統(tǒng)要根據(jù)軟件系統(tǒng)在使用過程中自動的不斷獲取和積累用戶(學(xué)生)學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)結(jié)果等信息而由開發(fā)者(教師群)不斷更新和補(bǔ)充。系統(tǒng)通過對所有學(xué)生出現(xiàn)的錯誤分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果，智能診斷機(jī)制向教師提供教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)、教與學(xué)的方式、測試重點(diǎn)、題型的反饋信息;教師通過提供友好維護(hù)界面，無需改變軟件的結(jié)構(gòu)即可調(diào)整教學(xué)策略、教學(xué)內(nèi)容、測試內(nèi)容等。

智能型課件系統(tǒng)其主要特點(diǎn)是:

1.能自動生成適合學(xué)習(xí)者程度的問題和練習(xí)。

2.能根據(jù)學(xué)生的不同水平與學(xué)習(xí)情況選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。

3.能夠評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。

4.具有問題解決能力。能理解教學(xué)內(nèi)容并對其具有解釋咨詢，并能不斷地在教學(xué)中改善教學(xué)策略。

5.具有診斷糾錯能力。能診斷學(xué)生錯誤、分析錯誤發(fā)生的原因并采取相應(yīng)的糾正措施。

6.具有自然語言的生成與理解能力，能夠?qū)崿F(xiàn)比較自由的教學(xué)問題系統(tǒng)，提高課件在人機(jī)交互作用中的主動性。

要使智能型課件具有上述的全部智能特征不容易，因此，在實(shí)用的智能型課件中，可能只具備上述特征中的幾個。可以認(rèn)為，問題解決能力、診斷糾錯能力和自然語言的生成與理解問題是當(dāng)今智能型課件的三個重要特征。

三、智能課件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了能實(shí)現(xiàn)以學(xué)生的學(xué)為中心、為了使課件能夠象優(yōu)秀教師那樣有豐富的知識、可以隨機(jī)的解釋各種問題、為了能夠根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況自動動態(tài)地組織和調(diào)整教學(xué)過程、并對學(xué)生提出有效的學(xué)習(xí)建議。智能課件系統(tǒng)的核心應(yīng)具有綜合而有效的綜合知識庫，知識庫的規(guī)模則決定了課件系統(tǒng)的智能程度。

1.系統(tǒng)架構(gòu)。以往多媒體課件多數(shù)可以用光盤、磁盤等存儲載體存放，并可以隨存儲載體運(yùn)行與不同用戶的計(jì)算機(jī)中，即使有以網(wǎng)絡(luò)為載體的課件也基本是載體形式發(fā)生了變化，而其實(shí)質(zhì)仍舊是傳統(tǒng)的多媒體課件，也無法實(shí)現(xiàn)智能化。智能課件系統(tǒng)需要開放性，其使用周期就是開放周期，開發(fā)周期結(jié)束于系統(tǒng)的廢止，因此智能課件系統(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的瀏覽器服務(wù)器模式。學(xué)生可以通過任何一臺能連接互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)中的瀏覽器以瀏覽網(wǎng)頁的簡單方式登錄到課件系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。在服務(wù)器上運(yùn)行的教學(xué)系統(tǒng)可以接受多個用戶訪問，使資源利用率大大提高。同時(shí)，在這種教育網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)不受時(shí)間、空間和地域的限制，從而實(shí)現(xiàn)了自主學(xué)習(xí)。

功能和知識庫的結(jié)構(gòu)、內(nèi)容采用開放性的設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中根據(jù)教學(xué)需要不斷補(bǔ)充功能和知識庫。并且知識庫的補(bǔ)充應(yīng)該具有智能性，可以由教師根據(jù)教學(xué)實(shí)際不斷豐富知識庫，也要能根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和問答情況自動將教師的答疑和教學(xué)情況補(bǔ)充到知識庫。以保證知識庫盡可能的滿足學(xué)生一次查詢即可得到所需知識內(nèi)容。

2.模塊結(jié)構(gòu)。整個課件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，通常包括知識庫、學(xué)生模塊、教師模塊三個主要部分模塊，知識庫是其主要內(nèi)容和設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

(1)知識庫。存放全部教學(xué)知識和形成教學(xué)策略的知識，這些知識相互之間的關(guān)系構(gòu)成了一個知識網(wǎng)絡(luò)。各類知識以數(shù)據(jù)庫的形式存放，供學(xué)生通過系統(tǒng)的交互功能進(jìn)行學(xué)習(xí)、查詢和咨詢等;供教師通過系統(tǒng)得到反饋信息進(jìn)一步補(bǔ)充和更新知識庫。系統(tǒng)的整個使用周期內(nèi)教師不斷豐富調(diào)整知識庫的內(nèi)容，目的是實(shí)現(xiàn)學(xué)生不僅可以通過課件進(jìn)行課件指導(dǎo)性學(xué)習(xí)，而且還能實(shí)現(xiàn)答疑提問功能以滿足學(xué)生的自助自主學(xué)習(xí)，進(jìn)而接近理想狀態(tài)的智能課件系統(tǒng)代替教師的目的。

(2)學(xué)生模塊。反映出智能課件系統(tǒng)是以“學(xué)生”為中心，因此學(xué)生模塊的設(shè)計(jì)要突出學(xué)生這個主體，其作用是反映學(xué)生的學(xué)習(xí)要求、學(xué)習(xí)能力、知識水平，并建立和更新學(xué)生檔案。由于課程是由一系列相關(guān)的知識點(diǎn)組成的，因而學(xué)習(xí)者對于知識庫中的所有知識點(diǎn)的掌握程度就構(gòu)成了對該課程的掌握程度。學(xué)習(xí)者對于某一知識點(diǎn)的有關(guān)測試題的回答情況構(gòu)成了對該知識點(diǎn)的掌握程度。此外，考慮到不同認(rèn)知能力學(xué)生在學(xué)習(xí)不同類型的知識時(shí)表現(xiàn)出不同的學(xué)習(xí)能力，我們對某學(xué)生已學(xué)習(xí)過的所有知識點(diǎn)進(jìn)行分析，并記錄入“學(xué)習(xí)歷史記錄”，供系統(tǒng)選擇合適的教學(xué)方案時(shí)參考。

(3)教師模型。主要功能是:通過對“學(xué)習(xí)歷史記錄”信息的分析推理，判斷對知識的需求，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)選擇教學(xué)策略和教學(xué)內(nèi)容;通過測試后的分析反饋，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以便組織下一次教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，并能給提出相應(yīng)的建議。一般地，當(dāng)學(xué)生參加了某單元的測試后，教師模型便根據(jù)學(xué)生的成績自動地調(diào)整其教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，并動態(tài)地生成最佳教學(xué)序列，實(shí)現(xiàn)個別化教學(xué)。

3.團(tuán)隊(duì)要求

(1)多媒體開發(fā)人員與一線教師協(xié)調(diào)合作。一線教師有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，但對多媒體技術(shù)的使用水平必然比較低;而有優(yōu)秀多媒體技術(shù)的開發(fā)人員對教學(xué)卻是很外行。因此要開發(fā)一個智能的多媒體課件系統(tǒng)就要由以上兩類人員合作進(jìn)行，并且他們要相互盡可能多的了解對方的工作，這樣才能互相配合的協(xié)調(diào)合理。

(2)系統(tǒng)投入運(yùn)行后仍要有一線教師繼續(xù)支持。課件系統(tǒng)的智能程度無論有多高，都是限于知識庫的數(shù)據(jù)量，另外學(xué)生需要解答的問題會層出不窮，系統(tǒng)不可能滿足對學(xué)生的答疑要求，因此要有教師對此做出解答，并自動記錄進(jìn)知識庫，以后再有學(xué)生提出同樣問題，系統(tǒng)才能進(jìn)行智能解答。為了保證系統(tǒng)的良好交互性，必須有一個教師團(tuán)隊(duì)對系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行終生教學(xué)支持。

四、智能型課件的教學(xué)原則

利用ICAI智能多媒體課件教學(xué)是一種新的教學(xué)思想和教學(xué)方式，理想上是其智能程度完全代替教師，但這一理想狀態(tài)是不可能達(dá)到的，無論實(shí)現(xiàn)了多高的智能程度，都是要有一個專家型的教師群為課件系統(tǒng)服務(wù)的，并且目前還處于嘗試階段，在它的開發(fā)設(shè)計(jì)中有多種結(jié)構(gòu)和形式，也存在一些問題，因此實(shí)際開發(fā)的時(shí)候要注意不能忽視教師的作用，要貼近傳統(tǒng)教學(xué)，不能冒進(jìn)走極端。下面結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，簡要介紹在ICAI設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循基本原則。

1.多媒體素材與知識的科學(xué)性相結(jié)合。這是ICAI課件編寫中應(yīng)堅(jiān)持的首要教學(xué)原則。多媒體課件進(jìn)行教學(xué)，很大程度是利用有聲動畫給學(xué)生以感觀刺激，多媒體素材必須以反映教學(xué)內(nèi)容規(guī)律的科學(xué)性為前提，切不可本末倒置，在系統(tǒng)開發(fā)中盲目追求界面精致、動畫美觀。

2.多媒體課件應(yīng)方便與常規(guī)教學(xué)手段結(jié)合。不可一味追求多媒體教學(xué)課件在課堂上的展示，把由教師講述的內(nèi)容變?yōu)槎嗝襟w演示，把教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生的口頭交流變?yōu)槿藱C(jī)對話，企圖用ICAI包括一切教學(xué)內(nèi)容。

3.以學(xué)生為中心的原則。傳統(tǒng)的教學(xué)方法更強(qiáng)調(diào)教師的指導(dǎo)和控制，對學(xué)生的自我指導(dǎo)、自發(fā)性和創(chuàng)造性方面沒有更多的要求，ICAI系統(tǒng)應(yīng)該能充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，讓學(xué)生有多種機(jī)會在不同的情境下應(yīng)用所學(xué)的知識和探索解決實(shí)際問題的方案。

4.ICAI系統(tǒng)的評價(jià)結(jié)果要及時(shí)準(zhǔn)確。ICAI系統(tǒng)的評價(jià)結(jié)果要能準(zhǔn)確、及時(shí)地反饋給學(xué)生，使學(xué)生知道自己的學(xué)習(xí)狀況和學(xué)習(xí)效果，并據(jù)此變更學(xué)習(xí)策略、改進(jìn)學(xué)習(xí)方法。評價(jià)反饋功能不僅僅是指出“對”、“錯”，而且要幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、改正錯誤，指出要特別注意的相關(guān)知識點(diǎn)。

五、結(jié)論

基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的智能型課件ICAI比CAI具有更大的靈活性，它以教師和專家的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用邏輯分析和計(jì)算能力，對學(xué)生的信息進(jìn)行分析、計(jì)算、推理和決策，有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、主動探究;有利于相互交流、相互協(xié)作;有利于知識的意義建構(gòu);有利于個性發(fā)展、能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，是當(dāng)代課件發(fā)展的必然趨勢，具有廣闊的發(fā)展前景。

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