智能導學系統在遠程教育中的應用研究*

劉藝琴

(云南廣播電視大學傳媒與信息工程學院，云南昆明 650223)

智能導學系統(Intelligent Tutoring System，ITS)是現代遠程教育向智能化發展的新階段，它借助人工智能技術，讓計算機扮演教師的角色實施個別化教學，向不同需求，不同特征的學習者傳授知識、提供指導的適應性教學系統。目前我國的遠程教育系統基本上只能實現資源呈現和網絡交互功能，不能實現個性化的智能導學，本文通過分析現階段遠程教育中存在問題，研究了如何將智能導學系統應用到遠程教育中，從而真正實現遠程教育中的個性化智能教學。

一、現代遠程教育自主學習過程中存在的問題

(一)資源堆積，沒有完整的知識體系

目前的遠程教育資源建設基本是將教材、課件、視頻以及試題等資源上傳到網上，各種資源之間沒有建立明確的聯系。知識點之間的組成關系、前驅關系、相關關系沒有明確體現，缺乏完整的知識體系。學習者面對繁雜的網絡資源，很難找到好的切入點進行學習，同時在學習過程中對同一知識點的搜索需要手動從不同資源中進行查找，對知識點之間的關系需要自己摸索，這對于缺乏教師指導的學習者來說難度太大。

(二)盲目學習，很難客觀評價自己的學習狀況

遠程教育的特點決定了學習者與教師和學習同伴之間無法進行實時的面對面交流，學習者只能根據自己的思路進行學習，然后通過做習題，參加考試進行測評。而每次系統抽出來的習題偶然性很大，無法體現完整的知識體系，學習者不知道自己掌握了哪些知識，還有哪些知識沒有掌握，自己的知識達到什么水平。另外學習者也無法和學習同伴進行橫向比較，不知道自己的學習狀況在同學之間處于什么層次。因此，學習者對自己的學習狀況難以作出比較客觀的評價。

(三)無個別化指導

在目前的遠程教育環境中，無論是學習能力強、基礎較好的同學，還是學習能力弱、基礎差的同學，他們面對的都是同樣的平臺、同樣的資源，系統無法根據個體的情況給出不同的學習指導。隨著學習的進展，學習者對知識的掌握和運用能力差異也越來越大，有的同學可以向更深層次的知識學習，甚至擴充一些相關的外延知識，而有的同學對基本知識還沒掌握，仍需要復習之前學習過的知識，這樣就需要系統根據學習者的不同情況給出不同的引導，而目前的遠教環境是無法實現的。

二、智能導學系統的構成

智能導學系統一般由領域知識模塊、學習者模塊、導學策略模塊組成。系統根據學習者的認知模型提供的信息，通過智能搜索與推理，判斷學習者的學習水平，制定新的教學計劃。

(一)領域知識模塊

領域知識模塊是智能導學系統的基礎，主要包括教學領域相關的知識、概念以及他們之間的關系，一般由知識點庫、知識樹兩部分組成。知識點庫是教學內容的集合，包括事實、概念、規則、定義以及定理等，每個知識點指向若干個相關的輔助教學軟件、課件庫、試題庫以及素材庫等。各知識點之間有著相關性，一部分是另一部分的基礎，又是另一部分的延伸，知識樹庫主要用于存儲知識點之間的邏輯關系，將課程的知識點之間的關系以樹形結構表示。領域知識以一定的形式存儲在知識庫中，供檢索、修改、推理以及判斷等使用。教師根據領域知識模塊中的內容建立教學任務列表。

(二)學習者模塊

學習者模塊包括學習者的基本信息模塊、行為信息模塊。基本信息是指學習者學號、姓名、性別、年齡、專業、教育程度等信息。行為信息是指學習者的學習過程信息，包括學習者登錄時間、登錄次數、登錄時長、訪問路徑、練習情況、提問信息、作業情況、考試成績等信息。系統將這些信息存入學習者數據庫。通過對網絡日志以及學習者數據庫中的數據進行抽取、轉換、加載，導入到數據倉庫中，作為個性化分析和挖掘的數據源，通過推理分析評測出學習者對知識的掌握情況，推斷出學習者已經學到哪些知識點，還想學習哪些知識點，將每個學習者對知識點的掌握情況列入各自的知識點掌握狀態表中，供導學策略模塊調用。

(三)導學策略模塊

導學策略模塊是智能導學系統的重要組成部分，其輸入是學習者對知識的掌握情況，該模塊根據學習者的個體情況，調用領域知識庫中相關知識點的資源以及教學任務表生成學習者的導學策略。

三、智能導學系統在現代遠程教育中的應用

智能導學系統可以對目前遠程教育中學習者自主學習存在的問題給予很好的解決。主要包括學習路徑引導、薄弱環節訓練、學習進度控制、試題診斷解答、統計學習者對知識點的掌握情況等功能。

(一)學習路徑引導

當學習者首次登陸系統選擇某一知識點進行學習時，系統調用領域知識模塊，搜索當前知識點的前驅知識點和后續知識點，并通過練習判斷對前驅知識點的掌握情況，如果掌握情況未達到要求，則系統轉到對前驅知識點的學習;如果達到要求，則將轉入到對當前知識點的學習，當學習者完成對當前知識點的學習后，將會對學習者的學習情況進行測試，測試通過，將該知識點的學習情況添加入學習者知識點掌握狀態表中，集合中將該知識點標記為已掌握。同時系統會為學習者提供當前知識點的相關知識，由學習者自行選擇擴展學習內容。如果未通過檢測，學習者的學習掌握情況也將被添加到學習者知識點掌握狀態表中，集合中將根據測試情況標記該知識點的掌握情況。

當學習者再次登錄系統時，導學策略模塊將學習者知識點掌握狀態表和教學任務列表的內容進行比對，將學習者知識點掌握狀態表中已掌握的知識點剔除，將掌握情況不好的知識點抽出來，然后根據這些知識點生成新的學習計劃表，學習者就可以有針對性的對沒掌握的或掌握不好的知識進行繼續學習，然后再進行測試，通過后學習者知識點掌握狀態表中將會把該知識點標記為已掌握，否則將根據具體情況做不同的標記。系統中存儲了每個學習者的學習知識點掌握狀態表，每個同學在登錄時系統都會調用自己的學習知識點掌握狀態表和教學任務列表生成自己的學習路徑。學生隨時都可以了解自己的整體學習狀況。

(二)薄弱環節訓練

學習者可以選擇自認為沒有掌握好的知識點進行學習，系統也可以根據學習者前次學習結束后的知識點掌握情況表內容提取出掌握不好的知識點。當學習者點擊這些知識點進行學習時，系統將會查詢領域知識庫相關內容調出該知識點相對應的視頻、課件、相關資料、練習題以及試題等內容，供學習者學習以及進行測試。

(三)學習進度控制

開始課程學習之前，學習者制定自己的學習計劃，計劃中列出在什么時候應該完成哪些學習內容，如果時間到了而學習者還沒有完成任務，可以進行提醒。可以在一定的時段內將學習者的學習狀況進行統計，列出本段時間已經掌握的知識點和掌握不好的知識點，同時系統將列出同類課程中其他同學的學習情況，以便學習者將自己的情況和其他同學進行比對，客觀的評估自己的學習狀況。可以將學習狀況相當的同學進行互相推薦，使他們之間可以相互交流共同進步。

(四)試題診斷解答

學習者通過練習題加強對知識點的掌握，通過試題來檢測自己對知識的掌握情況，對于做錯的習題或者試題，系統將調用領域知識庫中與該知識點相關的材料展現給學習者，便于該學習者強化學習。

系統可以統計出錯率較高的試題，針對出錯率較高的知識點，教師可以修改教學計劃，加強對該知識點的訓練。學習者對習題和試題的解答情況也將成為期末考核的一部分。

(五)客觀評價學習者的知識掌握情況

系統可以將學習者對每章節的知識點掌握情況和教學任務表中的章節內容進行對照，評估出學習者對本章內容的掌握情況。在本課程結束時，系統可以根據學習者對所有章節的知識點掌握情況表和教學任務表的內容比較，評估出學習者對本門課程的整體掌握情況。同時結合學習者的練習、考試情況以及知識點掌握情況表內容，給出學習者最終的學習成績。這種評價方式可以將學習者平時的表現和學習者最終考試成績很好的結合起來，更客觀的評價學生的整體情況。

系統可以統計所有學習者對每個知識點的掌握情況，通過分析所有學習者知識點掌握情況表中對同一知識點的掌握情況，列出大部分同學掌握不好的知識點，以表格形式呈現給教師，對于普遍掌握不好的知識點，教師可以通過專題輔導、座談等方式有針對性的對這些知識點進行強化教學，并修改教學計劃。

智能導學系統是遠程教育發展必不可少的工具，它很好的解決遠程教育中現存的各種問題，能夠有效的組織資源，客觀的根據學生對知識點的掌握情況及時生成新的學習路徑、實時診斷學生的練習及測試情況并給予解答、實時把學習者的情況進行橫向比較、篩選大部分同學掌握不好的知識點，真正將教師從繁雜的工作中解放出來。但智能導學系統的發展、完善過程中仍然存在很多問題，比如知識點之間的組成關系、相關關系、前驅關系在領域知識庫中如何表示，學習者模塊中如何更準確的從日志中挖掘出有用信息、如何更客觀的評估學生的知識掌握狀況等問題都有待于進一步研究探索。

［1］陳士品，張劍平.智能教學系統的研究熱點域發展趨勢［J］.電化教育研究，2007，(10):41-46.

［2］康健.以知識點為中心的智能導學系統的研究與實現［C］. 碩士學位論文，2010，5:14-27.

［3］馬宜青.多Agent技術在智能導學系統中的應用［J］.科教前沿，2011，(31).