智能教學系統：需求分析、功能設計與技術架構

摘 要 深入分析智能教學系統的概念內涵及核心需求，在此基礎上闡述智能教學系統的功能設計與技術路線，旨在為當前智慧教育背景下的教學系統設計及教學環境構建提供參考與借鑒。

關鍵詞 智能教學系統；智慧教育；教學需求

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）06-0033-03

1 智能教學系統概念解讀

狹義的智能教學系統即ITS（Intelligent Tutoring System），是指借助人工智能技術，在沒有教師指導的情況下幫助學習者獲取知識和技能，主要指軟件系統。而若將其置于智慧教育的大背景下來看，智能教學系統是隨著物聯網、云計算、移動互聯網等新一代信息技術的發展而產生的，是指基于云計算、無線網絡和傳感技術等，有機整合軟件系統和硬件設備，由互動軟件與智能化的傳感設備、教學設備、終端設備、錄播設備、中控設備等硬件設備構成的軟硬件一體化的智能教學環境。其典型代表是近年來廣受關注的智慧教室。

筆者結合在佛山市禪城區智慧校園項目中的研究實踐，認為智能教學系統（環境）是一種“自適應”的學習環境，其核心是以新一代信息技術為手段，捕獲、記錄、分析學習者風格（包括學習者的能力、興趣、水平、認知特點），并以學習風格為依據，推送差異化的學習內容，使每位學習者均能在各自的起點水平上獲得知識、能力、情感的完善與發展。在學習方式上是以人（教師、學生）為主體，通過人與環境（設備環境、技術環境、資源環境）高效互動，促進知識建構，獲得能力發展。

2 智能教學系統的核心需求

即時、便捷的教學資源獲取及課堂生成性資源的捕獲和存儲 為破解課堂教學封閉的現狀，應將教學系統資源平臺統籌考慮，無縫對接。教師在講課過程中可根據實際需求，在不打斷原有思路的情況下直接進入資源平臺，及時獲取海量的優質教育資源，實時拓展教學內容，調整教學進度。另一方面，教學系統與資源平臺的無縫整合，可將學生的筆記、作業、練習的作答，教師的反思、課件修改等在教學過程中產生的生成性信息實時存入資源庫系統，為學生課外的復習、鞏固、答疑，教師的觀摩、反思提供資源支持，為其專業成長提供有效路徑。

教學狀態信息的收集、統計與分析，輔助教學決策 教學系統應對學生的學習狀態信息進行及時的收集、統計與分析，輔助教師進行教學決策，實時調整擴展教學內容，調整教學進度。同時，系統應基于教學反饋信息的分析，診斷學生學習狀態，提供智能化的篩選與分組功能，輔助教師進行分層教學、個性化教學，便于開展基于小組的多種自主學習模式。

為高效互動的課堂教學提供技術支持 互動是任何教學系統都應關注的重要因素。智能教學系統中的互動以教學主體為中心，通過新一代信息技術實現人與設備、資源、環境的多維度互動。智能教學系統可通過圖像識別、語音輸入、多點觸摸等技術實現人與終端的自然互動；通過傳感技術實現教學環境（燈光、溫度等物理環境）的自適應；通過一體化的系統設計，實現便捷、實時的資源獲取；通過實時的信息捕獲和無線網絡技術，實現教學狀態信息的動態跟蹤、捕獲、分析、反饋；通過富媒體的內容呈現方式，營造情境化的教學環境，增強師生互動的體驗感。

為開展以學生為主體的教學提供有效支持 首先，智能教學系統應與資源平臺無縫整合，便于學生及時獲取海量優質的學習資源，圍繞優質資源開展自主學習；其次，系統應提供學習診斷功能，并根據診斷結果施行智能化的分組，為開展以小組為單位的研究性學習、協作學習提供有效支持；最后，系統應提供高效便捷的互動交流、協作分享的工具，為學生開展自主學習提供工具支持。

智能化的課堂實況錄播 為支持教師的教學觀摩和學生的課外自主學習，可部署智能教學系統，通過智能化的識別與跟蹤拍攝技術，在不影響正常教學的情況下，將課堂教學實況完整記錄、實時存儲、發布，并可進行同步直播。

有效拓展教學時空 為克服當前課堂教學的時空局限，智能教學系統應嵌入電子作業系統、輔導答疑系統，并與資源平臺無縫整合。充分利用移動互聯網技術和學生移動終端，隨時隨地進入資源系統點播教學視頻，下載學習資源，開展自主學習。同時可通過輔導答疑系統尋求問題解答，通過電子作業系統查閱、下載、提交。

3 智能教學系統的功能設計

智能教學系統旨在利用先進的信息技術服務課堂教學，拓展教學時間和空間，提升教師的教學效能，提高學生的學習效率。綜合以上分析，并結合智慧教室的構建實踐，從系統應滿足的核心功能這一角度，認為智能教學系統的功能設計應包含學習內容呈現、資源獲取、高效互動、學習信息收集與分析、實時錄播、智能控制、課堂延展等功能模塊。具體包括智能備課系統、互動課堂系統、答疑評價系統、電子作業系統和綜合評價系統等五個緊密關聯的子系統，其功能框架如圖1所示。

智能備課系統基于強大的教育資源平臺，提供了教學流程定義、備課資源智能匯聚、輕松編輯素材、快速制作教案、自動生成教學網站的智能備課功能，可將教師從繁雜的資源搜索、加工中解放出來，而將精力集中于教學流程設計和教學策略制定。

互動課堂系統為教師開展互動教學提供了智能化、一體化解決方案，包括教師端的交互式電子白板、短焦投影、實物展臺，學生端的電子書包及實現互聯、互操作的講課軟件和無線網絡。可在課時部署自動錄播系統，實現授課實況智能錄播。利用智能講課系統，教師可以按備課的教學流程在電子白板上演播素材、任意調整播放窗口、任意書寫，既像寫黑板一樣輕松自如，又能隨時保存，并可借助虛擬教具進行高效教學。同時，通過講課軟件可實現學生端和教師端的內容同步。教師也可根據學生的具體情況將不同的學習內容有針對性地發送至學生終端，實現個性化教學。系統還提供了學生學習分析功能，可對學生的作業、課堂練習的結果進行綜合分析，并且將分析結果在電子白板進行可視化呈現，教師可據此實時掌握教學情況，調整教學策略。

答疑評價系統整合了功能強大的QQ和微信平臺，構建了師生、生生間的信息交流通道，學生可隨時隨地通過移動終端開展學習交流，獲取疑難解答。

電子作業系面向教師提供了作業布置、批改和統計分析功能，面向學生提供了作業提醒、查看、作答及個人作業的記錄與統計分析功能。此外，教師既可利用系統中海量優質的試題資源自動生成作業，也可自主編輯發布。

綜合評價系統全面收集學生的課堂練習、課程作業、考試成績以及學生的考勤、獎懲、業績等信息，并制定科學的評價指標體系，全面診斷學生的學習情況，為教師教學決策提供重要依據，為家長全面了解孩子的情況提供有效渠道。

4 智能教學系統的技術架構

智能教學系統采用與學校其他信息化系統一體化的層次設計模式，包括網絡層、硬件層和軟件層三個層次。各類用戶可通過單點登錄系統進入系統進行操作。同時，智能教學系統基于SOA的架構體系，實現與資源平臺及其他業務系統的無縫對接；提供獨立接口，與第三方平臺兼容、對接，整合第三方服務，實現系統動態擴展。智能教學系統技術架構如圖2所示。

網絡層 網絡層提供了智能教學系統各類軟硬件設備間互聯、互通、互動、互操作的基礎條件。教師端通過有線網絡與資源平臺、其他子系統及外部網絡相連，通過WiFi與電子書包互聯，電子書包間可通過WiFi實現互聯。傳感網實現了對課室內的溫度、濕度、照度等環境數據的感知、捕獲、傳輸與分析，實現教室環境的智能控制。

硬件層 硬件層包括提供學習內容呈現、傳達，教學情境創設、教學互動功能的教師終端、電子書包、電子白板、實物展臺等設備；提供智能跟蹤、自動錄制、一鍵存儲、同步直播的智能錄播系統；提供各類設備整合、集中控制的智能講臺。

軟件層 軟件層面向最終用戶，提供教育教學的各類應用和服務，包括面向課前的備課系統，面向課中的講課系統、電子作業系統，以及面向課后的輔導答疑、綜合評價系統三部分。

參考文獻

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