淺談智能計算機輔助教學

摘 要：計算機輔助教學系統在各教育領域都扮演著重要的角色。然而，現有的計算機輔助教學系統面臨許多挑戰，亟待改變。隨著科學技術的發展，各支撐學科的進步，人工智能技術逐漸被引入到現代教育技術中。智能計算機輔助教學系統將成為教育技術的一個新的發展方向。

關鍵詞：計算機輔助教學；智能計算機輔助教學；CAI系統

隨著科學技術的發展，計算機在教學過程中占有了一席之地。計算機輔助教學（Computer Assisted Instruction——CAI）就是利用計算機輔助教師進行教學活動，通過學生與計算機間的交互從而達到教學目的。計算機輔助教學大致有兩種方式：一種是將教師在課堂上用語言和板書的形式難以表述清晰的重點、難點以課件的方式呈現給學生，這種課件一般是以課堂演示的方式使用；另一種是以電子教案的形式出現。電子教案中不僅包括學習內容及重點、難點的演示，還包括一些習題及習題的分析與解答等內容。

因為受到支撐學科及計算機水平的限制，CAI軟件的實現水平遠遠落后于CAI理論的發展。目前占主導地位的仍是基于行為主義學習理論的CAI軟件系統。眾所周知，這種軟件通常都是基于框面，采用小步驟的分支式程序設計，學生在使用這種軟件時則是被動地接受知識?，F在，我國CAI軟件的總體制作水平不高，軟件的智能性和通用性不強，使得CAI軟件的局限性比較大，有的僅僅是課堂教學的改版，教學內容、教學方法一成不變，無法根據學生的具體情況向他們提供合適的學習資料，進行恰當的個性化教學，從而達到實現學生全面發展的目標。而且軟件如果需要增加新的結構相似的教學內容時，開發人員還需重新編程，這樣既給開發者增加了許多重復性勞動，又給學習者造成了諸多不便。

目前使用的CAI軟件存在著以下一些缺點：（1）網絡支持不足：現在的大多數CAI軟件是以光盤形式存在，在單機環境下運行。雖然大多具有網絡支持，但是大多的網絡支持都是針對這一版本的軟件進行的系統修補，而很少針對教學內容進行更新維護，這樣的軟件生命周期不會很長。（2）教師的參與度不足：現在的大多數CAI軟件在制作時就沒有考慮到教師的參與，這些軟件的學習和使用都是學生自主進行。通過這些軟件，教師沒有辦法了解學生的學習情況，學生在碰到問題時也沒有辦法向教師求助，師生之間不能進行交流。這樣的軟件無法實現個別化教學。（3）監督機制不完善：現在的CAI軟件之所以僅僅被視作一種教學輔助工具，而不是一種完全獨立的教學手段，在很大程度上就是因為缺少必要的監督機制，得不到教育主管部門和社會大眾的認可。

綜上所述，現有的計算機輔助教學系統存在諸多問題，這些問題使計算機輔助教學系統不能適應新的要求。因此，智能計算機輔助教學系統將成為教育技術的一個新的發展方向。

智能計算機輔助教學（Intelligent Computer Assisted Instruction——ICAI）是一種新的教育技術，它以認知科學和思維科學為理論基礎，綜合了人工智能技術、教育學、心理學等各門學科的知識，對學生進行有效的教育。

ICAI系統主要由三個部分組成：知識庫、學生模型和教師模型。知識庫包含學科知識和教學知識兩部分；學生模型提供了學生的程度：學生知道什么和不知道什么，代表了學生的智能活動；教師模型提供了教學方法，負責指導系統怎樣進行教學活動，代表了教師的智能活動。此外，ICAI系統通常還包含一個具有自然語言處理的智能人機接口。

由此可見，ICAI系統將教學內容與教學方法分開，根據學生模型提供的信息，通過系統的智能搜索與推理，動態生成適合于特定學生的教學內容與策略；通過智能診斷機制判定學生的學習水平，分析學生產生錯誤的原因，從而向學生提出針對錯誤的修改意見，下一步的學習策略；通過對所有學生的錯誤進行統計，智能診斷機制將及時向教師提供教學策略的更改建議；通過對學生模型、教學過程、教學結果的智能分析，向教學主管部門提供對教師教學工作的評價意見?？梢哉f，一個理想、完美的ICAI系統就是一個自主、優秀的“教師”。

要開發一個好的智能計算機輔助教學系統，需要考慮以下幾個方面：

1.模擬人類將記憶與思維合一

由于計算機技術不斷地發展，計算機數據交換方式也在不停地發展，從而提升了處理器與存儲器之間的配合，這使智能計算機輔助教學系統進行模擬人類記憶與思維活動變得可能，從而可以同時應付多種不同的情況，進行多方位的綜合性思考。

2.模擬人類較好地解決不確定性問題

現實世界中的事物大多是模糊的、不確定的，人類可以又快又好地處理這樣的事物，但目前的計算機輔助教學系統無法做到這一點，為了能夠對不確定性進行正確處理，需要從軟件上彌補這一缺陷。

3.模擬人類較好地解決自主學習問題

人類具有感知能力，能通過各種感覺器官感知外部世界，從而得到所需要的有關信息，但目前的計算機輔助教學系統卻不具備這種能力，它需要人們把已經表示出來的各種信息通過一些輸入設備輸入才能進行處理。雖然目前人們已經通過各種軟件和硬件的方法能夠與計算機輔助教學系統直接交互，但是這已經限制了計算機輔助教學系統的應用。

4.與網絡技術相結合，實現深層次教學

隨著多媒體技術和網絡技術的飛速發展，智能計算機輔助教學系統不僅要在智能上有所發展，還要在多維的網絡空間中發展進步。基于網絡環境的智能計算機輔助教學系統要利用網絡的優勢，完成在線學習、實時討論、隨堂練習、網上測試等多種教學任務，實現遠程教學。

5.人工智能技術的使用

人工智能技術在智能計算機輔助教學系統中的應用，主要體現在對普通的計算機輔助教學系統中引入了知識推理機制，如，每次課程結束時，系統會根據學生的隨堂測試情況確定學生的新的認知水平，作為下次學習的起始依據，并且向學生提出新的學習建議。

6.提高虛擬學習環境的人機交互性

虛擬學習環境是由多媒體技術、仿真技術、計算機技術、網絡技術相結合而產生的一種交互式人工世界。它的最根本的目的就是要實現基于自然技能的人機交互。在智能計算機輔助教學系統中，使用這種虛擬學習環境，能夠在一般人所不能親身體驗的情景中，達到演示、操作完美統一的教學目的。

7.開發更有效的幫助系統

評價一個智能計算機輔助教學系統的優劣、智能性的高低，主要看該系統在學生遇到困難的時候，是否能夠及時地提供適當的、有啟發性的幫助。而現有的教學系統并不能夠很好地做到這一點。因此，開發更有效的幫助系統也是今后努力的方向。

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