彭德林 黑龍江司法警官職業(yè)學院

ICAI智能計算機輔助教育發(fā)展趨勢的研究

彭德林 黑龍江司法警官職業(yè)學院

隨著人工智能技術(shù)的引入，計算機輔助教學（CAI）發(fā)展成為智能計算機輔助教學（ICAI）。ICAI不但克服了傳統(tǒng)CAI的弱點，而且大大地提高和改善了教學效果和教學質(zhì)量。本文首先對智能計算機輔助教學系統(tǒng)的特性和功能進行了析和研究，并在此基礎(chǔ)研究探討了ICAI的發(fā)展趨勢。

計算機輔助教學；人工智能；ICAI；智能計算機輔助教學

引言

計算機輔助教學（Computer Assisted Instruction，簡稱CAI）是利用計算機模擬教師的行為，通過學生和計算機之間的交互活動來達到教學目的。自第一個CAI系統(tǒng)由IBM公司研制出開始（1958年），就得到了各國的重視，逐步形成了CAI產(chǎn)業(yè)。然而，由于傳統(tǒng)的CAI系統(tǒng)難以對不同水平和能力的學生采用相應(yīng)的教學策略和合適的教學方式，略顯美中不足。

隨著計算機科學和人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，有人開始將AI引入CAI中，使CAI系統(tǒng)可以智能地理解教學內(nèi)容、教學對象以及教學方法，因而也就能夠合理安排教學內(nèi)容、改變教學方法以滿足個別教學的需要，這就是以AI技術(shù)和認知理論為基礎(chǔ)而形成的智能計算機輔助教學（Intelligent Computer Assisted Instruction，簡稱ICAI）系統(tǒng)。它是計算機應(yīng)用技術(shù)的一個新領(lǐng)域，代表了一種新的教學思想和教學方式，提高和改善了教學質(zhì)量和效率，完全彌補了傳統(tǒng)CAI系統(tǒng)的不足。

一、ICAI的功能特性

智能計算機輔助教學（intelligent computer assistedinstruction,簡稱ICAI）是以認知科學和思維科學為理論基礎(chǔ)，綜合人工智能技術(shù)、教育心理學等多門學科的知識對學生實施有效的教育的一門新的教育技術(shù)。它將教學內(nèi)容與教學策略分開，根據(jù)學生認知模型提供的信息，通過智能系統(tǒng)的搜索與推理，動態(tài)生成適合于個別化教學的內(nèi)容與策略；通過智能診斷機制判斷學生的學習水平，分析學生產(chǎn)生錯誤的原因，同時向?qū)W生提出更改建議以及進一步學習內(nèi)容的建議；通過對全體學生出現(xiàn)的錯誤進行分布統(tǒng)計，智能診斷機制將向教師提供教學重點、方式、測試重點、題型的建議；為教師提供友好的教學內(nèi)容、測試內(nèi)容維護界面,無需改變軟件的結(jié)構(gòu)即可調(diào)整教學策略；通過對學生認知模型、教學內(nèi)容、測試結(jié)果的智能分析，向教學督導人員提供對任課教師教學業(yè)績評價的參考意見?？梢哉f，一個理想、完美的ICAI系統(tǒng)就是一個完善、智能的“教、學、做、考”一體化教學系統(tǒng)。

由于ICAI系統(tǒng)采用了先進的設(shè)計理念，結(jié)合人工智能科學、超文本和多媒體技術(shù)，通過計算機將文本、圖像、聲音、動畫等各種媒體信息結(jié)合起來。因此，ICAI系統(tǒng)用于教學有如下顯著特點。

1.有利于激發(fā)學生的學習興趣和認知主體作用的發(fā)揮。提高學生的學習興趣,引導學生進入一個主動的、高效率的學習環(huán)境中。

2.特別有利于個別化教育, 因材施教。教學研究表明，個別化教學遠比集體教學有效。

3.有利于知識的獲取與保持。有助于推廣優(yōu)秀教師的科學教學方法和淵博的科學知識。其復制和傳播不受時間和空間上的限制,

4.可實現(xiàn)對教學信息最有效的組織與管理。

5.可作為認知工具實現(xiàn)最理想的學習環(huán)境。

雖然ICAI的研究取得了一定的進展，但是目前比較成熟的ICAI教學系統(tǒng)是作為專家系統(tǒng)的一部分來研制的，真正為教學而設(shè)計的ICAI系統(tǒng)還不多。不難看出，ICAI與傳統(tǒng)的CAI相比，更加符合教育教學的規(guī)律、學生的認知習慣，具有明顯的優(yōu)越性。

二、ICAI的發(fā)展趨勢

完善的 ICAI 系統(tǒng)能夠充分調(diào)動學生的主動性，并能通過分析推理，對個體學生做出適合的教學決策，實現(xiàn)個別化教學，達到因材施教的目的。在實際設(shè)計時，由于需要考慮的因素較多，系統(tǒng)比較龐大，同時也依賴于人工智能等技術(shù)的發(fā)展，因而要建立完善的 ICAI 還是比較困難的，這也正是未來計算機輔助教學的努力目標，可以預計未來的計算機輔助教學研究，將朝著集成化、協(xié)調(diào)化、超媒體網(wǎng)絡(luò)化和智能化于一體的方向發(fā)展。ICAI在發(fā)展中不是孤立，它是伴隨著人工智能在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用及多種科學技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展的，表現(xiàn)為以下幾方面的發(fā)展趨勢。

1.ICAI發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)化

網(wǎng)絡(luò)化是當今世界ICAI系統(tǒng)的一大優(yōu)勢和特色?！盁o機不聯(lián)”正是現(xiàn)代高等教育計算機使用情況的真實寫照。隨著多媒體技術(shù)和Internet網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，多媒體教育技術(shù)與Internet的進一步融合，ICAI不僅僅只在人工智能上單一發(fā)展，它不可避免地還要向多維的網(wǎng)絡(luò)空間發(fā)展。目前，基于Internet網(wǎng)的ICAI系統(tǒng)正在蓬勃發(fā)展，它借助網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，完成在線學習、實時討論、網(wǎng)上測試等多種教學任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)化智能教學系統(tǒng)能使任何人在任何地點、任何時間都可以學習所需要的內(nèi)容，并能為學習者建構(gòu)知識提供豐富的信息，滿足學習者的個性化要求，為協(xié)同性學習創(chuàng)造了更大的可能，為交互性學習提供更強有力的支持，并能夠有效地實施個性化教學，從而提高教學效率。

由于有了計算機互聯(lián)網(wǎng)，計算機信息的共享和利用率大大提高。學生、教師和其他研究人員在教學科研中可通過網(wǎng)絡(luò)獲取、交流更多的信息獲得更完善的服務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)，不同地區(qū)、不同學校學生和教師可以進行教學交流或者跨地區(qū)、跨學校教學。時至今日，ICAI系統(tǒng)的開發(fā)離不開發(fā)展迅猛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

2.ICAI發(fā)展的智能代理(Intelligent Agent)化

在計算機領(lǐng)域，Agent指分布式系統(tǒng)或協(xié)作系統(tǒng)中能持續(xù)自主發(fā)揮作用的計算實體，它具有自主性、交互性、反應(yīng)性和主動性特征。Agent技術(shù)是計算機學科在人工智能領(lǐng)域中發(fā)展很快的一項新技術(shù)。它是能夠自主連續(xù)地在一個可動態(tài)變化的、存在其他Agent的環(huán)境中運行的，并可以與環(huán)境進行交互的實體。Agent的概念出現(xiàn)于20世紀70年代的人工智能中，80年代后期開始成長起來，Agent 主要有以下幾個特征：(1)Agent可以在沒有人或其他 Agent直接干預的情況下進行，而且對自己的行為和內(nèi)部狀態(tài)有某種控制能力；(2)Agent和其他Agent通過某種Agent交流語言進行交互；(3)Agent觀察其環(huán)境，并在一定時間內(nèi)做出反應(yīng)，以改變該環(huán)境；(4)Agent不僅能夠簡單地對環(huán)境做出反應(yīng)，而且能夠通過接受某些啟示信息，體現(xiàn)出面向目標的行為。

在ICAI中，學生學習查詢有效知識可以使用Agent進行搜索、導引，由于它自具備的學習功能，能夠主動、高效地從Internet信息空間中發(fā)現(xiàn)和收集用戶所需要的信息。因此它有助于解決使用單一關(guān)鍵字匹配查詢、搜索引擎引起的大量無關(guān)信息的涌現(xiàn)、信息檢索的精確度不高等問題。將“智能代理”技術(shù)引入到ICAI中，將使得教師和學生在教與學的過程中，提高知識選取效率、加強交互學習和自主能動性學習。

3.ICAI發(fā)展的遠程教學化

計算機網(wǎng)絡(luò)、智能CAI以及多Agent協(xié)作，使ICAI系統(tǒng)可以實現(xiàn)真正意義上的遠程教學。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為遠程教學的實現(xiàn)提供了可能，智能CAI又使得教與學是互動的、非盲目的、高效的；而Agent與ICAI相比，能在智能化方面發(fā)揮更靈活、更多樣化的作用。它的多Agent協(xié)作特性，不僅可以作為教師代理，為學生學習提供指導，也可以作為學生代理，輔助學生學習，還可以成為學生學習、交流、協(xié)作過程中多方面的代理。因此，具有多種特性優(yōu)勢的遠程教學ICAI系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景。

4.ICAI發(fā)展的虛擬現(xiàn)實化

虛擬現(xiàn)實是由多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)以及計算機技術(shù)相結(jié)合而生成的一種交互式人工世界。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可用于ICAI系統(tǒng)中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬虛擬環(huán)境，學生可以與虛擬環(huán)境中各種信息進行交互，充分發(fā)揮了學生學習的主動性、創(chuàng)造性。使用創(chuàng)建的虛擬環(huán)境，在一般人所不能親身體驗的情景中，達到演示、操作的教學目的。例如，在體育課教學中，學生可以進入虛擬環(huán)境中去，親身領(lǐng)略NBA冠軍隊員在籃球場的表演；在物理課上，學生可以在虛擬世界內(nèi)去發(fā)現(xiàn)萬有引力的變化，比較地球大氣層的磁場與月球磁場的強弱；在建筑設(shè)計課上，學生可以在虛擬的建筑中實景化學習等。

目前，ICAI系統(tǒng)已經(jīng)成為國際上計算機輔助教學研究的主要方向，是一個綜合交叉學科。它涉及了計算機、教育兩大學科的許多分支領(lǐng)域，包括程序設(shè)計、數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)、算法分析、軟件工程、人工智能等計算機學科以及認知心理學、教學設(shè)計等教育學科。此外，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的加入，ICAI系統(tǒng)將由個別化的教學系統(tǒng)向智能遠程教學系統(tǒng)發(fā)展，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，則使ICAI系統(tǒng)更加完善。

三、結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)化與智能化是輔助教學發(fā)展的兩大趨勢，也是我國教育信息化的必然趨勢。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下智能教學系統(tǒng)的研究是當前和以后相當長時期內(nèi)的一個重要課題。智能教學系統(tǒng)是一個涉及許多學科的復雜工程。在對這一課題進行研究的過程中，必將深入到對人工智能技術(shù)、教育學、認知科學等理論的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。本文的研究對于推動智能教學及相關(guān)學科的不斷發(fā)展和進步具有深刻的理論和實踐指導意義。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.077

彭德林，黑龍江司法警官職業(yè)學院信息技術(shù)應(yīng)用系副教授。