楊友斌

（重慶大學 計算機學院，重慶400044；重慶電子工程職業(yè)學院，重慶401331）

基于web的智能輔助教學系統(tǒng)的多模式研究

楊友斌

（重慶大學 計算機學院，重慶400044；重慶電子工程職業(yè)學院，重慶401331）

隨著多媒體、超媒體以及網(wǎng)絡技術的發(fā)展，基于網(wǎng)絡的應用得到了快速的發(fā)展。CAI應用發(fā)展的一個主要方向就是網(wǎng)絡智能計算機輔助教學（ICAI）,它能為人們相互學習交流、共享網(wǎng)絡資源提供更大的方便。理想的智能教學系統(tǒng)應能提供多種教學模式及相應教學內(nèi)容,適應不同學生的學習風格和滿足不同學生的學習興趣和需求,對學生實施個性化的教學。

網(wǎng)絡；智能輔助教學系統(tǒng)；多種教學模式；個性化

隨著多媒體、超媒體以及網(wǎng)絡技術的發(fā)展，提供網(wǎng)絡學習環(huán)境，進行遠程的網(wǎng)絡教學成了計算機技術在教育應用領域的研究重點，出現(xiàn)了基于Web的智能輔助教學系統(tǒng)。學生的學習可建立在智能學習環(huán)境中，通過與智能教學環(huán)境的交互，與同伴的協(xié)作、會話來實現(xiàn)；同時實現(xiàn)了資源共享并能夠為學習者提供豐富的網(wǎng)絡學習資料，使得學生的學習在一定程度上成為基于豐富資源開放式、個性化、自主性的學習。

1 基于Web的智能輔助教學系統(tǒng)

基于Web的智能輔助教學系統(tǒng)與單機智能教學系統(tǒng)功能上存在較大的差異，因此，它們的體系結構有著很大的變化，其體系結構如圖1所示。

1.1 領域知識庫

使智能教學系統(tǒng)具有某一學科知識，它相當于教師具備的專業(yè)知識。領域知識庫應該既能有效地反映學科知識體系，又能為實現(xiàn)相應的教學過程提供充足的教學材料。

1.2 教學推理機

教學推理機使智能教學系統(tǒng)能夠依據(jù)課程的知識體系和學生學習的實際情況及當前狀態(tài)，為學生提供相應的教學材料、教學方法和教學表現(xiàn)形式，對學生實施個別化教學。

1.3 學生模型

學生模型是智能教學系統(tǒng)進行智能化教學的依據(jù)。它主要用來描述學生對所學知識的理解狀況，力求反映特定類型學生所具有的知識水平。學生模型一般包括以下幾個方面的內(nèi)容：學生擁有的正確知識及對這些知識的掌握程度；學生易犯的錯誤及對產(chǎn)生這些錯誤原因的解釋；學生學習史；學生個性特征等。

1.4 用戶接口

智能教學系統(tǒng)的用戶通過用戶接口與系統(tǒng)進行交互，它的接口包括學生接口和教師接口，各個接口交互的功能不同。

2 基于Web的智能輔助教學系統(tǒng)中的多種教學模式

教學模式可以定義為在一定教學思想或教學理論指導下建立起來的較為穩(wěn)定的教學活動結構框架和活動程序。作為結構框架，突出了教學模式從宏觀上把握教學活動整體及各要素之間內(nèi)部的關系和功能；作為活動程序則突出了教學模式的有序性和可操作性。20世紀50年代以來，隨著科學技術的發(fā)展，特別是系統(tǒng)論、控制論、信息加工理論等的產(chǎn)生，教育面臨著新的科技革命的挑戰(zhàn)，對教學實踐產(chǎn)生了深刻的影響，也使教學模式面臨著許多新的問題。促使人們用新的理論和技術去研究教育和教學問題，因此這一階段在教育領域出現(xiàn)了許多的教學思想和理論，也產(chǎn)生了許多新的教學模式。

一個智能教學系統(tǒng)可以包括多種教學模式,如教學模擬、教學游戲、虛擬實驗室、案例研習、操作與練習、個別授導[1]，各種不同的教學模式有各自不同的基本教學過程。

2.1 教學模擬

是利用計算機建模和仿真技術來表現(xiàn)某些系統(tǒng) （自然的、物理的、社會的）的結構和動態(tài)，為學生提供一種可供他們體驗和觀測的環(huán)境。教學模擬是一種十分有價值的CAI模式，在教學上有廣泛的應用。例如，可以模擬電子運動、原子裂變、落體運動等，幫助學生加深對原理的理解；可以模擬果蠅的遺傳過程，讓學生在短時間內(nèi)“發(fā)現(xiàn)”生物的遺傳定律；可以模擬構造一個微型公園，讓學生通過合理設計和妥善經(jīng)營形成相關的操作技能和解決問題的能力等等。

2.2 教學游戲

與計算機模擬有密切關系，多數(shù)教學游戲本質(zhì)上也是一種模擬程序，只不過在其中刻意加入趣味性、競爭性、參與性的因素，做到“寓教于樂”。例如，在教學游戲中，學生可以扮演某些角色，如作為探險家在蠻荒險地求生存，作為企業(yè)家在市場競爭中求發(fā)展等等，從而使學生在娛樂中形成相關的能力。

2.3 虛擬實驗室

實際上是利用虛擬現(xiàn)實技術仿真或虛構某些情境，供學生觀察與操縱其中的對象，使他們獲得體驗或有所發(fā)現(xiàn)。

2.4 案例研習

系統(tǒng)為學生提供一種豐富的信息環(huán)境，系統(tǒng)中包含從實際案例中抽取的資料，讓學生以調(diào)查員的角色去調(diào)查案情（犯罪案件、醫(yī)療事故、道德倫理問題等），通過資料收集、分析和決策，得出問題的結論。

2.5 操練與練習

是發(fā)展歷史最長而且應用最廣的CAI模式，此類CAI并不向?qū)W生教授新的內(nèi)容，而是由計算機向?qū)W生逐個顯示問題，學生在機上作答，計算機給予即時的反饋。運用多媒體，可將許多可視化動態(tài)情景作為提問的背景。但是，從嚴格意義上說，操練（Drill）與練習（Practice）之間也是有一定區(qū)別的：操練基本上涉及記憶和聯(lián)想問題，主要采用選擇題和配伍題之類的形式；而練習的目的重在幫助學生形成和鞏固問題求解技能，大多采用短答題和構答題之類的形式。

2.6 個別授導

是經(jīng)典的CAI模式之一，此模式借助計算機來實現(xiàn)教師的指導性教學行為，對學生實施個別化教學，其基本教學過程為計算機呈示與提問——學生應答——計算機判別應答并提供反饋。在多媒體方式下，個別授導型CAI的教學內(nèi)容呈示可變得圖文并茂、聲色俱全，并可使交互形式更為生動活潑。

以上是部分能用計算機來實現(xiàn)的教學模式，隨著對教學模式研究的深入，還會有更多的教學模式出現(xiàn)。

選擇了基于Web的智能輔助教學系統(tǒng)某一種教學模式，就可以利用多種教學模式進行教學，其教學過程如圖2所示：

如圖2所示，學生登錄后，由教學規(guī)劃器根據(jù)學生模型和領域知識模型的相關信息決定學生應學習的知識點；模式調(diào)度器根據(jù)規(guī)劃結果、學生模型的相關數(shù)據(jù)以及學生應學習的知識點的教學資源相關屬性，找出合適的教學模式進行調(diào)度；教學模式依據(jù)相關規(guī)則和學生模型中學生數(shù)據(jù)，提取和組織教學內(nèi)容，進行教學；當該知識點教學內(nèi)容完成時，通知教學規(guī)劃器，確定下一步的教學。這個教學過程遵循 “全局教學規(guī)劃——教學模式調(diào)度——模式內(nèi)局部教學規(guī)劃”的教學解決模式，從而打破了單一教學模式對教學過程的全程控制，提高網(wǎng)絡智能教學系統(tǒng)的適應性。

3 基于Web的智能輔助教學系統(tǒng)中的多種教學模式的表示與管理

為了實現(xiàn)在基于Web的智能輔助教學系統(tǒng)中教學模式的轉換，系統(tǒng)中所有教學模式的安裝和注銷、教學模式組件的組織和儲存、教學模式組件的檢索與定位以及教學模式組件的升級、維護、轉換等都需要統(tǒng)一的管理。這種管理由教學模式管理器來完成。

為便于教學模式管理器對教學模式的管理，教學模式管理器對每一個安裝到系統(tǒng)的教學模式組件進行描述，并將該描述信息存儲到教學模式描述符文件中。對每一個教學模式的描述包括教學模式名稱（PatternName）、該教學模式存儲位置（Directory）、入口（Entry）、需要的參數(shù)列表（ParaReqList）、能夠應用于教學模式的資源屬性列表（ResourceAttrReqList）等信息。在資源屬性列表中，每個屬性還有一個數(shù)值型的值，該值描述了該屬性在所屬教學模式用于教學時該屬性的重要程度，有了它，使得教學資源在缺少某些不太重要的內(nèi)容時也可以利用該教學模式進行教學。該描述符文件是基于XML的：

一旦某個教學模式被安裝后，就一定可以在描述符文件中找到相應的信息。教學模式管理器正是根據(jù)這些描述信息對已安裝進系統(tǒng)的教學模式進行管理或激活。

4 結 論

隨著信息技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡開放式資源的逐步豐富與完善，基于Web的智能輔助教學系統(tǒng)將更進一步得到學習者的青睞，有效地促進人類多樣化的學習方式與學習需求的改革，達到個性化、自主學習的目標。

[1]祝智庭.現(xiàn)代教育技術——走向信息化教育[M].北京：教育科學出版社，2002：3.

[2]李建國，張小真.計算機輔助教學[M].重慶：重慶大學出版社，2006：65～89.

責任編輯 王榮輝

Web-based Intelligent Computer Assisted Instruction System of Multi-modal Study

YANG Youbin
(Computer Institute of Chongqing University,Chongqing 400044,China; Chongqing College of Electronic Engineering,Chongqing 401331,China)

With the development of multimedia,hypermedia and network technology,especially Internet-based applications has been rapid development.CAI application development in a mainstream direction is the network Intelligent Computer Aided Instruction (ICAI),for people to learn from each other,share network resources providing a convenient,has become a major concern the field of educational technology research content.The ideal intelligent tutoring system should be able to provide a wide range of teaching modes and the corresponding teaching content,to adapt to different learning styles and meet the different learning interests and needs of students to implement individualized instruction.

Network;ICAI;a variety of instructional models;personalized

G621

A

1674-5787（2010）03-0158-03

2010-03-02

楊友斌（1971—），男，重慶市忠縣人，重慶大學計算機學院計算機科學技術專業(yè)2004級在職研究生，重慶電子工程職業(yè)學院軟件工程系教師，主要從事軟件設計、軟件工程方面的研究。