基于移動終端的智能導(dǎo)學(xué)APP設(shè)計(jì)與開發(fā)研究

周心偉　秦媛媛　王超

摘 ?要：智能導(dǎo)學(xué)APP的出現(xiàn)主要源于人工智能技術(shù)的發(fā)展，其基本原理是借助計(jì)算機(jī)扮演的教師角色實(shí)行針對學(xué)生的個(gè)別化教學(xué)。文章首先指出智能導(dǎo)學(xué)APP的基本內(nèi)涵和它的智能性表現(xiàn)，其次說明建構(gòu)主義理論、混合學(xué)習(xí)理論和自主學(xué)習(xí)理論是智能導(dǎo)學(xué)APP的生成基礎(chǔ);最后提出基于移動終端的智能導(dǎo)學(xué)APP設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，具體從領(lǐng)域知識庫模塊設(shè)計(jì)、學(xué)生知識模塊設(shè)計(jì)以及教師知識模塊設(shè)計(jì)三個(gè)層面進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：智能導(dǎo)學(xué);建構(gòu)主義理論;混合學(xué)習(xí);領(lǐng)域知識庫

中圖分類號：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）31-0026-02

Abstract： The emergence of intelligent tutoring APP mainly stems from the development of artificial intelligence technology， and its basic principle is to implement individualized teaching for students with the help of the role of teachers played by computers. This paper first points out the basic connotation and intelligence performance of intelligent tutoring APP， then explains that constructivism theory， blended learning theory and autonomous learning theory are the bases of intelligent tutoring APP， and finally puts forward the design structure of intelligent tutoring APP based on mobile terminal， which is discussed from three aspects： domain knowledge base module design， student knowledge module design and teacher knowledge module design.

Keywords： intelligent tutoring; constructivism theory; blended learning; domain knowledge base

1 智能導(dǎo)學(xué)APP的智能性

1.1 智能導(dǎo)學(xué)APP的基本內(nèi)涵

智能導(dǎo)學(xué)APP是一款借助人工智能技術(shù)，根據(jù)具體學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求，在移動終端上建立起來的程序，它主要充當(dāng)教師的角色，實(shí)現(xiàn)向具有不同學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)特征的學(xué)習(xí)者傳授知識的目標(biāo)。智能導(dǎo)學(xué)APP的出現(xiàn)是我國教育領(lǐng)域由現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育向智能教育逐步過渡的重要標(biāo)志，它不僅是現(xiàn)代數(shù)字化教學(xué)的重要載體，更是一項(xiàng)涉及教育學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能學(xué)等多重綜合性交叉學(xué)科，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生進(jìn)行個(gè)別化教學(xué)，按照學(xué)生對知識的理解程度自動調(diào)節(jié)教學(xué)速度、并適時(shí)模擬人類進(jìn)行教學(xué)活動的軟件系統(tǒng)。[1]

1.2 智能導(dǎo)學(xué)APP的智能性

新課程改革要求教育領(lǐng)域使用數(shù)字化教育資源，倡導(dǎo)結(jié)合計(jì)算機(jī)、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與教學(xué)內(nèi)容的逐步整合，從而改善現(xiàn)代教育的教學(xué)方法、教學(xué)模式和教學(xué)效果。智能導(dǎo)學(xué)APP作為一款具有高度互動性和技術(shù)集成性的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，其研發(fā)的主要目的是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擔(dān)任學(xué)習(xí)者的指導(dǎo)教師，通過系統(tǒng)自動模擬專家的教學(xué)思維，代替教師擔(dān)負(fù)教學(xué)任務(wù)并取得最佳的學(xué)習(xí)效果;同時(shí)達(dá)到能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，提升學(xué)生獨(dú)立獲取知識、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，開發(fā)學(xué)生的智力并培養(yǎng)學(xué)生能力的功能。

智能導(dǎo)學(xué)APP具有以下幾個(gè)基本的智能性特征：首先，具備完整的知識體系和教學(xué)資源。該導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)知識庫中儲存了針對某一領(lǐng)域的學(xué)科知識，教學(xué)知識點(diǎn)以及教學(xué)資源之間都建立了明確聯(lián)系，這可以使學(xué)習(xí)者快速找到切入點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，方便從不同學(xué)習(xí)資源和知識點(diǎn)的聯(lián)系中進(jìn)行摸索。其次，能對學(xué)習(xí)者進(jìn)行個(gè)性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分析功可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征、學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)情況適當(dāng)調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度，根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)度自動生成習(xí)題，使學(xué)生自動解決學(xué)習(xí)問題并生成解答。再次，該系統(tǒng)具有教學(xué)評價(jià)的功能。系統(tǒng)具有自然生成的語言理解能力，可發(fā)揮自身的解釋咨詢功能，提高人機(jī)的交互性，診斷學(xué)生的錯(cuò)誤學(xué)習(xí)行為和評價(jià)教師的教學(xué)行為，使得教師不斷在教學(xué)中改善教學(xué)策略。[2]

2 智能導(dǎo)學(xué)APP生成的理論基礎(chǔ)

2.1 建構(gòu)主義理論

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者獲取知識不僅僅依靠教師進(jìn)行傳授，而是學(xué)習(xí)者在教學(xué)者的指導(dǎo)下，利用一定的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式獲取所需知識，“情景”“意義構(gòu)建”“會話”和“協(xié)作”是為學(xué)習(xí)者構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境的四種主要要素。在學(xué)習(xí)的方法層面，建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知主體作用和教師的指導(dǎo)作用：教師是意義建構(gòu)的幫助者和指導(dǎo)者，而不是知識的被動灌輸者;學(xué)生是知識意義的主動獲取者，而不是在外部刺激下的知識被動接受者。在學(xué)習(xí)環(huán)境層面，學(xué)習(xí)環(huán)境只是學(xué)習(xí)者進(jìn)行自由學(xué)習(xí)的場所，學(xué)生通過利用各種信息資源和學(xué)習(xí)軟件達(dá)成自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)，在此過程中，學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)軟件只是學(xué)習(xí)者的認(rèn)知工具。

2.2 混合學(xué)習(xí)理論

混合學(xué)習(xí)理論主要在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)快速發(fā)展的時(shí)期，人們對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)技術(shù)環(huán)境進(jìn)行反思而逐漸興起的一種學(xué)習(xí)理念。首先，混合學(xué)習(xí)是一種學(xué)習(xí)方式，具體包括面對面學(xué)習(xí)、實(shí)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)、虛擬課堂學(xué)習(xí)、學(xué)生合作學(xué)習(xí)等多種形式的學(xué)習(xí)模式。其次，該學(xué)習(xí)模式強(qiáng)調(diào)以技能為導(dǎo)向，以此讓學(xué)習(xí)者掌握特殊的知識和技能，混合學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)將教學(xué)技術(shù)和實(shí)際教學(xué)任務(wù)進(jìn)行緊密結(jié)合，為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)相對和諧的學(xué)習(xí)環(huán)境。綜上所述，混合理論的實(shí)質(zhì)是將學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位和教師的指導(dǎo)地位進(jìn)行結(jié)合，發(fā)揮在線教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢，通過“混合式”的教學(xué)模式促進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方式的變革。關(guān)于混合學(xué)習(xí)理論的研究可以為智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)的研究提供理論支撐。[3]

2.3 自主學(xué)習(xí)理論

自主學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者對自身負(fù)責(zé)的學(xué)習(xí)態(tài)度，該理論的主要內(nèi)容包括：學(xué)習(xí)者有內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機(jī)，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)時(shí)間有合理的安排、找到適合自身的一套完整的學(xué)習(xí)方法，在學(xué)習(xí)行為方面學(xué)習(xí)者能意識到學(xué)習(xí)效果并保持對學(xué)習(xí)環(huán)境的高度敏感性。自主學(xué)習(xí)的基本特征是：教師在學(xué)習(xí)過程中引導(dǎo)學(xué)生自主制定學(xué)習(xí)計(jì)劃、自主選擇學(xué)習(xí)方法并對自身學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行客觀評價(jià)。自主學(xué)習(xí)理論明確學(xué)習(xí)者應(yīng)樹立高度的自覺學(xué)習(xí)意識，增強(qiáng)對自身的學(xué)習(xí)激勵和自我控制。

3 基于移動終端的智能導(dǎo)學(xué)APP設(shè)計(jì)

基于移動終端的智能導(dǎo)學(xué)APP開發(fā)設(shè)計(jì)的主要目的是：對教師而言，輔助教師變革傳統(tǒng)的教學(xué)模式、創(chuàng)新教學(xué)方式、更好地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué);對學(xué)習(xí)者而言，可以按照教學(xué)系統(tǒng)中的內(nèi)容，利用視頻、微課以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種形式，完成課后習(xí)題并進(jìn)行自我檢測。以下是對智能導(dǎo)學(xué)APP設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的具體闡述。

3.1 領(lǐng)域知識庫模塊設(shè)計(jì)

智能導(dǎo)學(xué)APP的領(lǐng)域知識庫的設(shè)計(jì)尤為重要，完善的領(lǐng)域知識庫模塊可以有效反映各個(gè)知識點(diǎn)之間的相互關(guān)系、向?qū)W習(xí)者表達(dá)較為完整的知識內(nèi)容。領(lǐng)域知識庫是人工智能技術(shù)與數(shù)據(jù)庫知識產(chǎn)物的相互融合，它是整個(gè)智能導(dǎo)學(xué)APP的核心部分。知識庫模塊一般由知識點(diǎn)庫和知識樹兩部分構(gòu)成：知識點(diǎn)庫主要包括事實(shí)、概念、定義等內(nèi)容的集合，知識點(diǎn)庫中的每個(gè)知識點(diǎn)都指向相關(guān)的輔導(dǎo)教學(xué)軟件、知識題庫以及知識素材，各個(gè)知識點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)程度十分緊密，是連接知識點(diǎn)的重要紐帶;知識樹主要通過樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行體現(xiàn)，其主要作用是將課程之間的知識集按照章、小結(jié)等多種形式組合而成。要建立完整的領(lǐng)域知識庫模塊，必須根據(jù)各個(gè)學(xué)科的特點(diǎn)將學(xué)科知識分解為多種知識節(jié)點(diǎn)，從而完整地表達(dá)教學(xué)單元。為明確清晰地表達(dá)知識點(diǎn)，需要處理好知識點(diǎn)屬性和知識點(diǎn)關(guān)系這兩個(gè)層面的內(nèi)容。[4]

3.2 學(xué)生知識模塊設(shè)計(jì)

在學(xué)生知識模塊設(shè)計(jì)中，針對學(xué)生的具體知識點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到描述學(xué)生基本信息、反映學(xué)生基本知識和能力水平的目的。學(xué)生知識模塊設(shè)計(jì)是智能導(dǎo)學(xué)APP中的一種表示學(xué)生知識水平和認(rèn)知結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須實(shí)現(xiàn)隨時(shí)檢查學(xué)生知識能力、引導(dǎo)教師確定教學(xué)內(nèi)容的目的。學(xué)生知識模塊設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分是認(rèn)知學(xué)生模型的設(shè)計(jì)，該模型主要包括學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)生學(xué)習(xí)檔案以及學(xué)生認(rèn)知信息等多種內(nèi)容。學(xué)生的當(dāng)前學(xué)習(xí)狀態(tài)信息是指學(xué)生登錄系統(tǒng)之后，系統(tǒng)自動根據(jù)學(xué)生的訪問痕跡添加更新并在界面加以顯示的信息，該信息顯示可以在一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和滿足學(xué)生的成就感;學(xué)生的檔案信息通過在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中自動生成，從而將這些信息反饋到學(xué)生模型中，學(xué)生通過查看學(xué)習(xí)模型中的學(xué)習(xí)檔案信息，能夠自動調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)進(jìn)程并完善自身的學(xué)習(xí)方式;認(rèn)知學(xué)生模塊主要依據(jù)學(xué)生使用課件的具體表現(xiàn)，通過對學(xué)生理解、記憶等多種能力的考察了解其實(shí)際情況。總之，系統(tǒng)可以將這些信息存入學(xué)習(xí)者的知識庫中，再利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的途徑轉(zhuǎn)入到數(shù)據(jù)倉庫中，通過推理測評等一系列的方法推斷學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況和知識點(diǎn)的掌握狀態(tài)，從而為學(xué)習(xí)者導(dǎo)學(xué)提供依據(jù)。

3.3 教師知識模塊設(shè)計(jì)

智能導(dǎo)學(xué)APP中的教師模塊主要對教師的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)時(shí)間以及教學(xué)方法等進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定，即系統(tǒng)中的模擬教師按照學(xué)校的教學(xué)要求、在尊重學(xué)生認(rèn)知水平的基礎(chǔ)上，選擇合適的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)活動并及時(shí)評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。設(shè)計(jì)教師知識模塊主要為了達(dá)到以下基本功能：根據(jù)學(xué)生知識模型中的學(xué)習(xí)水平和認(rèn)知結(jié)構(gòu)等基本信息，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，并利用教學(xué)知識庫的知識重建學(xué)生的教學(xué)方案和教學(xué)方法。在學(xué)生完成一個(gè)階段的學(xué)習(xí)之后，教師知識模型可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果等情況提出針對性的評價(jià)和改進(jìn)措施，對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行綜合總結(jié)，針對學(xué)生的錯(cuò)誤學(xué)習(xí)行為進(jìn)行積極的反饋和適當(dāng)?shù)膯l(fā)，提出適合的復(fù)習(xí)方案和補(bǔ)救建議。[5]

4 結(jié)束語

綜上所述，為發(fā)揮智能導(dǎo)學(xué)APP在教學(xué)中的最大成效，教師迫切需要改變自身傳統(tǒng)的教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)方法，將智能導(dǎo)學(xué)教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式的優(yōu)勢集中起來，結(jié)合實(shí)際教學(xué)課時(shí)的需要，最大程度地抓住學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力，通過良好的智能導(dǎo)學(xué)策略引導(dǎo)學(xué)生利用碎片化的學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、保證學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。因此，開展關(guān)于智能導(dǎo)學(xué)APP的研究以此促進(jìn)教師對我國信息化教學(xué)的理解。

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