從聊天機器人到單詞測試和課程管理

[摘要]智能英語教學系統因為能提供及時靈活的反饋和積極的學習者激勵等特點，在現代英語教與學中發揮著重要的作用。筆者在通過對國內外智能英語教學系統的研究和對國內英語教學需求分析的基礎上，以建構主義、行為主義和情境學習等理論為指導，多年來持續對“希賽可”系統進行了設計和開發，在原來提供對話練習的聊天機器人的基礎上，增加了英語詞匯的智能測試功能，以及課程管理功能，使其能夠更好地服務于我國中學英語教學的需求。

[關鍵詞]智能英語教學系統；英語教學；單詞測試；課程管理

[中圖分類號]G40-057 [文獻標識碼]B [論文編號]1009-8097(2011)06-0086-05

引言

英國著名語言學家D.A.Wilkins說過：“沒有語法不能很好地表達，沒有詞匯則什么也不能表達。”詞匯、語音和語法是構成語言的三大要素，其中詞匯是最重要的，是任何形式交流的基礎。特別是對于處于英語學習關鍵階段的中學生而言，課本詞匯的掌握對于聽說讀寫各個方面的影響都極大。但是，據工作在中學英語教學一線的教師反映，國內中學生在英語學習中遇到的最大問題就是詞匯學習。具體的學習困難體現為：一是學生單詞學得快也忘得快。比如初中生語言模仿能力較強，對于新單詞或短語，跟著老師重復幾遍就會說了，但是由于沒有及時和良好的強化和反饋，很快就會忘記。二是學生只是機械地記憶單詞，忽略應用。外語教學對詞匯的要求之一是，學習者應該理解詞的基本意義和一定的具體意義，并能在口語和書寫中自如使用。但是初中學生大多都是機械地記憶單詞的拼寫和翻譯，不重視單詞在真實語境中的應用，導致他們不能恰當地使用詞匯。三是課堂教學缺少強化過程。四是教師教學任務繁重，無法一對一地對學生進行單詞學習指導。

由于國內缺少真實的語言練習環境，對于大多數學生而言，英語口語學習都是在課堂學習中進行的，但是由于班額和教學時數的限制，教師和學生以及學生與學生之間展開一對一口語練習的時間和機會都十分有限。同時，學習者在課余也沒有機會將學習到的知識應用于真實的情境中。缺乏真實的語境、高質量的互動和反饋以及應用機會，成了我國中學生英語口語學習困難的主要“瓶頸”。

隨著人工智能技術和認知科學的發展，智能系統越來越多地被應用于日常生活與教育中。其中，英語智能教學系統以其能提供靈活的反饋、真實的語言學習情境和積極的學習者激勵等特點，在現代英語教學與學習中發揮著重要的作用。基于對國內外優秀智能教學系統的研究和國內初中英語教學需求的分析，以建構主義、行為主義和情境學習等理論為指導，我們設計并開發了“希賽可”智能英語教學系統；并從原來的提供場景對話等輔助教學功能的聊天機器人出發，擴展到包含詞匯和語法測試以及課程管理等功能。

一 智能教學系統

1 智能教學系統簡介

智能教學系統是一系列復雜的計算機程序，用于管理各種類型的知識，從領域知識到教學法方面的知識。其設計和開發通常涉及到多個領域，包括：人工智能、認知科學、教育、人機互動和軟件工程等。

在智能教學系統的框架中，生成和使用相互關聯的模型來指導教學過程：一個描述專家行為的方式，另一個描述新手的行為方式，還有一個教學法模型用于指導教學過程和學習過程。專家模型反映了以目標和次級目標形式表示的理想的解決途徑，這一理想的解決途徑是通過深入分析學科專家面對同樣的問題或問題類型時的認知過程步驟而得H{的。同樣，新手模型可能包括幾個分模型，每個分模型描述了新手學習者面對特定的問題或問題類型時可能步入的錯誤解決途徑。教學法模型用來指導教學和學習活動。

2 智能教學系統的知識表達

智能教學系統一般包含三個模塊：教師(專家)模塊、學生模塊和教學模塊。

教師(專家)模塊，由系統呈現給學生的領域知識組成，包括所教授內容和應用這些知識解決相關問題兩方面。前者是陳述性的基本事實，后者是程序性的推理機制。推理機制表示專家在解決特殊類型問題時所用的方法。專業領域知識的表示方法有：語義網絡表示法、過程表示法、產生式表示法和框架表示法等。

學生模塊涉及表征學生學習進步的方法，用來對學生的錯誤觀念和非最佳的行為策略提出假設，以便使教學模塊能指出他們的錯誤，說明錯誤原因，并給出正確答案。

教學模塊是指把教學內容傳授給學生的一組教學規范。針對某個學生的教學方法應該取決于學生模型中獲得的診斷信息。

3 英語智能教學系統的特點

智能教學系統被廣泛應用于英語課程的教與學中。通過文獻檢索，我們發現國內外優秀的智能英語教學系統具有以下特點。

(1)靈活的反饋。優秀的智能英語教學系統能基于對學習者的學習歷史的掌握，根據學習者的語言水平，為學習者“量身定制”學習反饋。比如E-Tutor智能英語教學系統，給予學生的反饋是基于學習者總體語言水平給出的，“學生模型”在跟蹤學習者學習的同時計算出適應學習者的外語水平。智能教學系統中關于學習者語言水平的知識對于正確地處理錯誤、決定錯誤是至關重要的，比如，有些錯誤是由于拼寫、粗心造成的，而有的錯誤是誤用了語法造成的等。智能英語教學系統的報告管理功能夠使學習者查看他們完成作業的情況，同時，能夠針對每個學習者生成相應的練習。優秀的智能英語教學系統還可以根據學習者多樣化的學習風格，為學習者提供多樣化的反饋。在有良好教學設計的智能英語教學系統中，答案的呈現是靈活多樣的，學習者可以從給出的反饋中，選擇適合自己的和自己更傾向接受的答案。尤其是對于能夠獨立進行學習的優秀學習者，智能英語教學系統能給出一系列與問題相關的反饋，拓展學習者的思路。

(2)提供良好的學習激勵。優秀的智能英語教學系統將學習者置于一個更加主動的位置，鼓勵學習者進行獨立學習，同時，能指導和幫助學習者找到自己的錯誤。比如imPRESSions智能英語教學系統可以實施一種延遲的反饋，系統標記出錯誤并提升和鼓勵學習者進行反思，然后再給予學習者正確的解答。優秀的智能英語教學系統還能夠提供額外的情境化幫助，將提供的幫助與語法指導、字典和其他資源相聯系。

(3)具有良好的可重用性。好的智能教學系統具有良好的可重用性。系統實現重用功能的重要設計因素之一是“模塊化”，這包含了將學習者的輸入分解成為幾個單獨的部分或者模塊，這些模塊能夠序列化的運行，或開發者可以根據需要進行模塊選擇。模塊化的設計便于對系統的某一部分進行更新，或者在未來加入合適的模塊。語法模塊和分析過程會因為第一語言的不同而不具有遷移性。具有可重用性的系統能夠使不會編程的使用者自由添加或者編輯內容，在這種情況下，智能英語教學系統需要具有界面友好的接口。

(4)具有復雜分析的功能。優秀的智能英語教學系統對于學習者輸入的識別和評價不僅是準確的，同時也是復雜的、流利的和有創意的。它們能對輸入的復雜度進行分析，比如，能比較句子的長度，計算每個分句的關鍵詞，檢查句法的復雜度，和分析詞匯的復雜度等。

(5)提供真實、輕松的語言學習環境。優秀的智能英語教學系統能夠為學習者提供一個更加安全和輕松的語言學習環境，同時由于能夠有效地減少在交流過程中的面部表情、性別、種族、社會地位等因素的影響，因此，能良好地激發英語學習者口語練習動機。此外，在智能英語教學系統中，不同對話場景的設計能夠使學生沉浸在不同的情境中，比如郵局、銀行等，從而能幫助學習者達到學以致用的目的。

(6)體現英語教學法特點。優秀的智能英語教學系統能反映出第二語言習得基本教學法的特點：一是互動學習，互動練習對于學習材料的長時間記憶是非常必要的。比如，在詞匯課堂，學習者可以反復多次地聽材料，直到他對句子或者短語的組成成分非常熟悉的時候，再轉向學習下一個短語或句子。二是注意力維持，為了保持學習者的注意力，智能英語教學系統中的句子和詞匯不是一次全部呈現給學習者，而是一次只呈現出一個或者一少部分，這樣能夠更好地幫助學習者聚焦。三是學習動機激發，由于良好的英語教學系統能夠適應不同理解水平的學習者，因此，系統針對性能夠有效地維持學習動機。四是情境學習，研究證明學習者必須沉浸在一個特定的學習情境中才能夠有效地掌握外語的句子結構。尤其是在學習英語短語和對話的時候，真實的情境能夠使學習者更好地掌握短語和對話的實際使用方法。

三 “希賽可”智能英語教學系統的設計

1 理論基礎

行為主義學習理論將學習視為刺激與反應之間形成聯結的過程。斯金納作為該理論的代表人物之一，曾在《言語行為》(Verbal Behavior)一書中提出“言語行為是條件性的，由形成性反射及塑造非語言行為一樣的刺激和強化物來塑造。”同時，他指出：書面語言行為是視覺刺激控制下的語言操作。當書面語言幫助建立起其他語言反應時它們也得到了強化。在行為主義學習理論中，強化是使反應增強的作用，強化物或強化刺激是指任何在反應之后出現的使反應增強的刺激或事件。比如，在準備英語考試時，學習者學習了各種詞匯，當這些詞匯出現在測試中，他們就得到了強化。斯金納認為學校給予學習者的強化太少，每天每個老師對于學生的關注可能只有幾分鐘，當學生課堂練習時，老師不能給予每個學習者及時的反饋，因此不能保證學習者掌握所有課堂教學內容。及時的反饋與評價作為一種對以學生學習行為的強化物，在語言習得中發揮著重要的作用。情境學習理論在考慮到學習對認知條件的依賴的基礎上，強調創建合適的情境來鼓勵學習活動，并鼓勵學習者在相關的社會活動中進行練習。應用在語言學習中，情境學習理論強調借助恰當的情境交流促進語言學習。

2 系統構成

通過前期對國內外優秀英語智能教學系統特點的分析和對國內初中英語教學困境的調查和總結，我們以建構主義、行為主義和情境學習等理淪為指導，設計并開發了“希賽可”智能英語教學系統，目前的系統組成如圖1所示。以下我們將分別介紹其組成要素：智能英語口語練習系統、智能英語單詞測試系統和課程管理系統。

(1)智能英語口語練習系統

本系統中的智能英語口語練習系統是“希賽可”智能英語聊天機器人系統的一部分。開發者在“希賽可”智能英語聊天機器人系統中添加了“情境對話”的模塊，在該模塊中，錄入了中學課本中的情境對話，學習者登陸系統后，可以選擇課文中的對話場景，觀看或者參與對話。同時，系統還為學習者提供了“自由對話”模塊，學習者可以在該模塊中，選擇微軟動畫人物，觀看或者與動畫人物之間進行文字輸入或者語音對話。該模塊的設計充分考慮到了情境學習在英語學習中的重要作用。與單詞學習系統的功能協同作用，能夠有效地促進英語學習者的英語學習水平，體現在：一是促進學習者學以致用，學習者可以在該系統中使用新掌握的單詞，與機器人進行交流，加深記憶；二是標準發音，促進記憶。該系統提供的“觀看對話”功能中，有標準的英語單詞發音，學習者在觀看對話的時候，字幕的提示能夠促進學習者記憶單詞的拼寫：三是創設情境，激發動機。在情境對話模塊中，系統能模擬課本中的真實對話情境，學習者使用該模塊學習時，能有效激發學習者的學習動機，提高學習興趣。

(2)智能英語單詞測試系統

智能單詞測試系統的組成如圖2所示。智能英語單詞測試系統中包含若干門課程，每門課程同時包含若干單元，比如，單元練習、動詞形態練習等。在每個單元中，同時為學習者提供多種形式的測試題，比如，填空、選擇、“填空＋選擇”等。教師可以根據課程和教學需要添加、修改或者刪除課程、課程中的單元，以及具體的測試內容。具體測試題目是根據題型和單詞特點進行梯度設計的

由易及難。選擇題的設計要求學習者根據系統的發音選擇其相應的中文含義，填空題要求學習者根據發音進行完整的單詞拼寫，“填空+選擇”題的設計要求學習者選擇聽到單詞的詞性、進行拼寫并選擇其中文含義。

在智能單詞測試系統中，學習者進入單詞測試界面后，單擊“開始”按鈕后進入答題界面。答題時，學習者根據系統給出的每一道題的發音進行作答。每答完一道題后，單擊“提交”按鈕，系統會給出相應的反饋，在完成一整套題目測試后，系統會自動記錄學習者的答題時間以及答題結果，同時，生成相應的“錯詞本”，便于學習者對單詞的鞏固和掌握。學習者利用智能單詞測試系統的學習過程如圖3所示。

通過上述的學習者單詞測試過程分析，可以看出智能單詞測試系統能有效地支持學習者的個性化單詞學習，同時激發學習者的學習動機和學習興趣。具體體現在以下四個維度：

一是學習者“專屬”測試題。系統能為每一個參與答題的學習者提供一套其“專屬”的測試題目，即一個班如果有三十位同學一起參與答題，系統為每一位學習者提供的一套題都是不同的，雖然這些題目是從同一個數據庫中抽取出的。

二是“一對一”的聽寫。系統中的每一道題目都有標準的英文發音，學習者根據系統發音回答相應的題目，就好像教師“一對一”地給學習者聽寫單詞，不僅能使學習者清晰地聽到每個單詞的發音，而且可以多次聆聽，從而能夠有效地激發學習者的學習動機，維持學習者的學習興趣。

三是針對不同水平學習者的梯度測試題型。每一個學習單元的測試都提供了難易程度不同的題目形式：選擇題、填空題和上述兩者的結合。學習者剛學習完新單詞時，由于記憶不深，可以參與選擇題形式的測試，當經過反復鞏固，學習者對單詞的拼寫有了較好的記憶后，可以選擇“真空題”進行測試。學習者完成一個單元的學習后，可以參加單元測試，其中每道問題既包含填空也包含選擇題。

四是及時、靈活的反饋。系統能及時為學習者提供學習反饋，反饋包括：答完每一道題后的對錯提示和完成每一套測試題后系統生成的針對每個學習者的“錯詞本”。系統采用延遲的反饋方法，即不直接給出題目的正確答案，只提示答案的對錯，鼓勵學習者進一步選擇，在此，學習者可以重復多次收聽系統單詞發音，并做出回答。為了鼓勵學習者盡可能牢固地記憶單詞，每多選擇或填寫一次，系統會進行相應的扣分“懲罰”。答完測試題后，學習者可以充分利用系統生成的“錯詞本”，及時鞏固和強化沒有完全掌握的單詞。

綜上所述，智能單詞測試系統以其具有標準的單詞發音、難度梯度題型和及時靈活的反饋等特點，不僅能在課堂或課后為學習者提供個性化的單詞測試功能，幫助其強化單詞的記憶，還能有效地促進學習者展開個性化的單詞學習。

(3)課程管理系統

課程管理系統的主要功能有以下幾個方面：

一是課程管理功能，教師登陸教學系統以后，可以在“課程編輯”模塊中對“課程名稱”、“課程描述”等課程信息進行修改，同時，系統也為教師提供了課程的添加、刪除、修改和隱藏功能。

二是題庫管理功能，在管理系統的題庫管理模塊中，教師可以導入或者導出試題，也可以根據需要創建不同題型的試題，比如填空、選擇題、描述題等。

三是學習過程管理，管理系統中的“活動報表”模塊能使教師清晰地看到學習者的使用該系統的學習過程，比如，學習者登陸系統的時間、完成了哪些單詞測試內容和測試分數。

四是成績管理，管理系統能詳細地顯示出每個單元，每個學習者的詳細成績，便于教師查看和管理。同時教師可以利用該功能作為學習者的動機激發方式之一，在課堂中，教師可以利用系統組織“單詞小競賽”，學習者在規定的時間內使用系統進行答題，測試結束后，老師可以立刻將所有學生的成績投影到屏幕上，以此來激發學習者的學習動機。

五是用戶管理功能，教師可以添加、刪除使用系統學習的學習者、可以修改使用者的權限。如圖4所示。

四 總結與展望

在“希賽可”智能英語教學系統的設計和開發中，我們不僅注重其系統功能方面的設計和實現，同時，將優秀外語教學法方面的特點整合入系統中，使整個系統具有了國內外優秀智能英語教學系統的特點。具體體現為：一是智能單詞測試系統能夠為學習者提供及時、靈活的反饋，為學習者提供了積極的學習鼓勵。二是智能管理系統中，動態試題庫的設計使系統具有了更好的可重用性：能被用于不同年級的英語教學中，滿足不同水平、多種方式的單詞測試需要。三是智能口語練習系統為學習者提供個性化、真實的語言學習環境的同時，能對學習者的輸入進行復雜的句法分析，從而能鼓勵學習者使用復雜和有創意的表達方式。

未來，我們的研究將使“希賽可”智能英語教學系統更加智能化。在智能化學習和管理方面，系統將會監測和分配學習資源；收集關于個體、任務和情境數據：生成最佳的實踐指導等，供教學系統的研究者和實踐者使用。

在提供個性化學習環境方面，系統能夠診斷學習需要、學習興趣和風格，根據學習者的反應和學習過程，調整反饋的水平和類型以及教學策略，根據最新的研究成果實施最佳的實踐指導。