《大學計算機基礎》智能教學平臺的研究與設計

劉海申，張 璐

（1.南陽幼兒師范學校 河南 南陽 414750；2.駐馬店職業技術學院 信息工程系，河南 駐馬店 463000）

隨著信息技術的發展和學生自身水平的提高，學生對計算機應用能力的需求越來越高。因此，大學計算機基礎是高校非計算機專業學生的一門通識課，各個高校都開展了對計算機基礎這門課程的改革，以滿足學生的需求和社會發展的需要[1]。在計算機基礎教學過程中，網絡輔助教學[2]常常被應用到其中，以克服傳統課堂中教學受到時間和空間限制的困境，方便學生進行自主學習，網絡平臺為學生學習提供豐富的教育資源。因此，要充分發揮網絡教學平臺的作用，構建智能網絡教學平臺。

1 智能化學習平臺的學習特征

在網絡智能學習環境中，學習是學生通過自身原有知識經驗與智能學習系統進行交互活動來獲取知識、獲得能力的過程。在這個過程中，學生能夠自我組織、制訂執行學習計劃，自主選擇學習策略，并能控制整個學習過程，對學習進行自我評估，它充分地考慮到教學行為的個性化與學習行為的個人化特征，打破了傳統學習群體的結構，把學生作為一個個體，置于一個更為個人化的情景之中。這種學習的主要特征：網絡智能學習平臺的關鍵是針對學生的個性特征信息，通過系統的分析和判斷，給予不同的學習環境和學習內容的呈現，并在學習過程中對學生的學習進行記錄、指導、反饋，對學生選擇的學習策略給予支持。在學生進行自主學習后，網絡智能學習系統通過智能執行系統，在以單元為單位的學習內容或學習任務庫中為學生抽取最適合當前學生的學習材料。在學習過程中，系統依然會對學生的學習活動進行記錄，并通過對學習行為的分析，結合學生模型做出智能導航，對新的學習內容、學習資源給予智能的呈現，滿足學生個性化學習的要求。而且系統也將對學生選擇的學習策略給予資源、智能分組協作諸方面的支持，這樣，每一位學生都將在系統中留下屬于他們自己的個性化資料檔案，并動態保留關于他們在其中學習的過程記錄以及系統對此做出的非量化評價與反饋。此外，系統還集成大量智能學習系統評價機制、討論交流工具、個人資源庫管理系統、作業系統等學習輔助工具。其最終的目的就是建立一個適合學生個性特征的學習環境。

2 系統需求分析

根據因材施教思想、建構主義學習理論、“教學過程最優化”理論等多種教育理論的要求，結合當前網絡課程在智能化方面的需求，分析得到智能化網絡課程的基本需求主要有：

1）要能夠根據各個學生的不同情況智能化地為其安排合適的教學內容

不同的學生，學習的基礎不同，學習的能力也不同，如果讓所有的學生都學同樣的知識，則有的學生吃不飽，學習能力沒有得到充分發揮，而有的學生則可能跟不上，學習效果很差，所以智能化網絡課程應能根據各個學生的不同情況，為其安排適應其學習情況和學習能力的教學內容來讓其學習，另外對于不同的學習者，教授同樣的知識點，應當在講解風格、講解方法和講解詳盡程度上都有所不同。這是因材施教教育思想的具體體現，也是建構主義學習理論中以學生為中心的教育思想的一種體現。

2）要能夠識別學習者的身份，掌握學習狀態，控制學習進程

“教學過程最優化”教學理論要求對教學過程進行控制，以保證教學過程（在最優化的范圍內）發揮從一定標準來看最有效的作用。這要求智能化網絡課程要能夠識別學習者的身份，全面掌握學習者的學習狀態，如：學習者已經學過哪些知識點，哪些知識點雖然學過但學習效果不好需要補充學習，學習者共學習了多長時間等。然后，智能化網絡課程要能控制每個學習者的學習進程，如什么時候該學習什么內容，什么時候該接受測驗等。

一般網絡課程的教學實施方式是由學習者通過點擊超鏈接來自由選擇學習內容進行學習，這種自由度很大的學習方式要求學習者有較強的學習自覺性和較強的學習能力，它對那些學習自覺性較差，學習能力也較弱的學生并不適合，不少學生在這種無拘無束的學習方式中走馬觀花式地瀏覽了幾個教學頁面后就很難再深入學習下去。而學習過程控制能對學習者產生很大的督促作用，就像在老師的督促下學生能更好地學習一樣。另外，自由選擇學習內容的學習難以適應系統教學的需要，系統教學講究教學內容的系統性、嚴謹性和周密性，教學內容是經過科學組織的，有既定的教學先后次序、明確的教學線索和嚴謹的教學條理，自由選擇式的學習是難以體現這些教學思想的，這些教學思想的體現必須要有對教學過程的控制。

3）要能夠對學習者的學習情況做出評價和反饋

建構主義學習理論十分重視對學習的評價，學習過程中的階段性測驗和學習結束后的水平測試都是必不可少的。智能化網絡課程要能夠對學生的學習情況做出一個較為準確的評判。這種評判結果在學習過程中可以作為安排后續知識點學習的依據，可以對學習者起一種鞭策、引導、交互和信息反饋的作用，在整個學習過程結束后是對學習者所具有的水平的客觀認定。

測驗可分成主觀題的測驗和客觀題的測驗。從技術上而言，實現主觀題測驗較為容易，而要實現客觀題測驗則有較大復雜度。

4）要有協作學習的環境和氛圍

建構主義學習理論強調學習中的“協作”。協作應該貫穿于整個學習活動過程中。學生與學生之間的協作，可以激發學習興趣，提高學習效率，改善學習效果等。

對智能化網絡課程而言，就是要提供能讓學生與學生進行交流和協作的平臺和手段，使得網絡課程學習者感覺自己是處在一種協作學習的環境和氛圍中，能夠和其他的同學進行溝通、交流、協作等。通常一門網絡課程的學習者不只一人，在這種情況下只要在網絡課程中提供學生與學生之間的交流手段即可，如留言板、電子公告牌（BBS）、聊天室、討論組等。當然，還有一種技術可用于營造協作學習的環境和氛圍，那就是智能代理技術。在這種技術中，采用一段程序來模擬同學的行為，以實現和學習者的交流和協作等，可形象地稱其這樣的智能代理程序為“同學代理”。

5）要能解答學生提出的常見問題

學生在學習過程中，肯定會有問題出現，如果這些問題得不到及時解答，則學生的學習積極性和后續學習效率都將受到影響，所以，智能化網絡課程中應當有智能輔導答疑系統。

智能輔導答疑實現的前提都是要事先建立一個內容豐富、全面的答案庫。按照技術實現難度的不同，這類系統可以分成簡單匹配式、模糊匹配式和段落理解式3種類型。簡單匹配式輔導答疑系統主要通過簡單的關鍵字匹配技術來實現對學生提出問題與答案庫中相關應答條目的匹配，從而做到自動回答問題或進行相關輔導。模糊匹配式輔導答疑系統則在此基礎上增加了同義詞和反義詞的匹配。這樣，即使學生所提問題中按原來的關鍵字在答案庫中找不到直接匹配的答案，但是假若與該關鍵字同義或反義的詞能夠匹配則仍可在答案庫中找到相關的應答條目。段落理解式輔導答疑系統是最理想的、也是真正智能化的輔導答疑系統（簡單匹配式和模糊匹配式，嚴格說只能稱之為“自動輔導答疑系統”而非“智能輔導答疑系統”）。但是由于這種系統涉及自然語言的段落理解，對于漢語來說，這種理解涉及自動分詞、詞性分析、句法分析和語義分析等NLP領域的多種復雜技術，所以實現難度很大。

6）要有師生之間的交流和互動

沒有老師參與的學習稱不上教學，而只是自學。教師是教學的引導者，知識的傳授者和疑難的解答者。在智能化網絡課程中必須要有師生之間的交流和互動，這樣學習者才能獲得教師的指導和幫助等。

師生之間的交流和互動與學生之間的交流和協作在技術實現上有很多類似的地方。例如可以通過電了郵件、留言板、電了公告牌（BBS、聊天室、討論組等形式來實現教師和學生的交流。

3 設計原則

首先，智能化的教學系統軟件設計必須遵循其應用領域的學習需求，在常規教學系統設計的基礎上，進一步增強與完善系統適應性的決策能力。尤其對于分布式的網絡教學活動而言，盡管靈活多樣的教學活動強調“教無定法”，但在數字化、群體化的教學時空中，交互式的學習與教學仍然有一定的統計規律可循。這些規律就是實現推理分析、進行判斷決策的基礎與依據。

其次，分析網絡教學活動。它是建立在對學習目標、學習者特征、學習條件以及學習內容等過程與環節綜合分析的基礎上的。宏觀上規劃教學資源、制定教學計劃、實施教學評價；微觀上監控學習者的行為反饋，診斷當前學習狀況，利用推理技術為學習者開處方。具體通過提示、警告、建議與評價的方式，針對學習進度、努力程度、學習策略等幾個環節給予學習者教練式的指導與幫助。這相應要求預先對教學專家的領域知識進行建模，設計學生模型、組織學科知識與教學規則、診斷與分析學習者狀態并做出適應性的教學決策。

再次，分布式的軟件架構與以往單機式的系統不僅存在著技術上的差異，更關鍵的還是由一些非技術因素所引起的變化。單機情形下的孤島式的教學環境是不可能獲取分布式環境中如此豐富的統計信息的。考察這些條件的變化，調整與改善經典ITS中的模型設計，可以使系統的推理機制更趨合理有效，更易于實現人機協調的系統。

最后，在教學的表現方式上，適當地運用各種圖形圖表，能更加直觀地表現事物之間的復雜關系。例如，將學習成績、評估參數、認知進程等要素以圖形的方式進行呈現，這有利于促進學習者對當前狀況的全面把握，更加可以從反省認知的角度進一步促進網絡學習。

4 框架設計

4.1 系統的網絡拓撲結構

基于Web的智能網絡教學系統網絡模型結構如圖1所示。該系統采用瀏覽器、服務器、B/S模式，不受具體操作和硬件的制約，實現跨平臺應用。另外，更重要的是B/S模式降低了客戶端對計算機性能的要求以及對學習者的約束，將教學系統置于遠程高性能的網絡服務器中，學習者通過Internet上網學習。

圖1 系統網絡模型結構Fig.1 System network model structure

4.2 系統的組成

智能網絡教學系統主要為學生在網絡上的學習提供各種支持服務，其功能強弱對學生的學習效果起關鍵作用，其組成結構如圖2所示。

系統主要由具有自適應性的自主型學習模塊、輔導答疑、教學控制模塊、作業提交與批改、網上考試系統和師生交流工具等模塊組成。其中教學控制模塊是智能教學系統的核心，它的作用是根據學生的學習和測試情況，用來推導教學進度和教學策略的，是整個系統智能化的關鍵。系統工作流程圖如圖3所示。

圖2 智能網絡教學系統的組成Fig.2 Intelligent network teaching system of component

圖3 系統工作原理圖Fig.3 System work principle diagram

4.3 系統的B/S模式

智能教學系統的目的是要實現無地域、無時間限制自主學習，所以設計的系統必須基于WEB形式，采用B/S模式如圖4所示，用戶使用瀏覽器進行學習和測試。

圖4 系統的B/S模式Fig.4 B/S model of the system

4.4 系統的功能

智能教學系統關鍵在于能夠對學習者的學習效果進行檢驗并能夠給出相應的學習建議，從而實現學習過程的智能化，主要功能包括：

1）建立教學內容的智能知識庫：根據不同的教學內容，按知識體系結構進行知識點的劃分，并建立學習要素的數據庫。

2）對學習過程進行評價：學習效果是學習質量的重要標志，學習過程包括在線學習、在線練習、在線測試、實踐教學，收集學習過程信息，進而對學習效果進行合理評價。

3）學習指導和建議：根據學習情況給出學習效果評價，然后根據學習效果給出學習指導和學習建議，從而使學習過程具有更強的針對性，以達到提高學習質量的目的。

4）學習導航：及時收集學生的應答信息，并加以分析處理，評判學生的成績；為不同的學生選擇不同的教學內容，將學生不具備學習條件的知識過濾掉；幫助學生分析錯誤原因，判斷并標志出學生當前最需要學習的知識點；提供針對性的個別輔導和適當的補習材料。

5）允許學生用自然語言與計算機導師進行交流。

6）為學生創造交互協作學習的環境。

5 結束語

該網絡教學智能平臺的設計，突破了教學在時間和空間上的限制性，實現教師“教”與學生“學”的實時互動性和協作性、教育資源的共享性，充分體現了網絡教學的互動、開放、智能、自適應的特點。

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