人工智能之智能教学系统课件.ppt

1、智能教学系统综述智能教学系统综述 周晓军周晓军 博士博士北京语言大学网络教育学院北京语言大学网络教育学院2002.122002.12 ITS(Intelligent Tutoring System)是一个综合性研究课题，是 AI的重要研究内容。ITS作为一个概念，形成于70年代。ITS通过教育、计算机、AI、认知科学、行为科学等多种学科的集成，通过对人类最优秀教师的计算机模拟，实现的最佳教学过程。：教师根据每个学生的不同特点来组织教学内容，给学生安排相应的学习任务，并根据学生的完成情况提供适当的反馈信息；如果在教学过程中，学生没有取得预期的进展，教师要根据目前学生的学习情况，及时进行教学策略的

2、改变 知识和行为的表示理解能力、解释说明能力、分析诊断能力、收集生成能力、行为评价能力、教学规划能力、组织适应能力等。要求计算机系统具备所教授领域的丰富知识，知道使用最有效的教学方式向学生传授知识，清晰了解学生的学习状况，能够及时诊断学生错误并加以更正等多种功能。基于计算机的教育基于计算机的教育:作为一种现代化教学手段和工具，应用于教育领域开始于作为一种现代化教学手段和工具，应用于教育领域开始于20世纪世纪50年代。年代。-教育手段教育手段/教学方法教学方法/教材形式教材形式/教学内容和结构教学内容和结构/教学思想和教学理论变革教学思想和教学理论变革 l从从50年代出现的早期线性程序年代出现的

3、早期线性程序l60年代开始出现的分支程序年代开始出现的分支程序l70年代开始出现的生成系统和年代开始出现的生成系统和 CAI和和ITS AI：ITS的研究由于涉及几乎的研究由于涉及几乎AI研究中的所有主要问题包括专家系统、研究中的所有主要问题包括专家系统、NLP、机器学习、机器学习、机器视觉、知识表示、知识工程、问题求解、规划问题等，从而对机器视觉、知识表示、知识工程、问题求解、规划问题等，从而对AI相关技术提出要求。相关技术提出要求。认知科学：认知科学：研究人类认识的心理学、研究人类认识的心理学、AI、逻辑和知识论等综合形成的交叉科学，以认知逻辑和知识论等综合形成的交叉科学，以认知心理学、认

4、知生理学、认知工程学等相关学科为基本内容并被认为是心理学、认知生理学、认知工程学等相关学科为基本内容并被认为是ITS的主要理论基础。的主要理论基础。ITS的研究开发运用了相关学科的最新研究成果并对相关学科的学科发展提出的研究开发运用了相关学科的最新研究成果并对相关学科的学科发展提出特殊要求，并通过特殊要求，并通过ITS的研究与开发及其运用反过来推动相关学科的发展。的研究与开发及其运用反过来推动相关学科的发展。SCHOLAR SCHOLAR系统129是一个关于南美洲地理的教学系统,是第一个有代表性的ITS。系统的知识表示采用语义网络方法。学科中的具体的对象或概念被表示成为语义网络中节点；每个节点

5、是由节点名和一组性质组成；这些性质是一些属性-值对；属性可以是其它单元，也可以是几种特殊属性之一。SCHOLAR系统研究的一个重要部分是教学中的对话，系统可以回答学生提出的未预测到的问题。系统中的自然语言处理基于状态文法系统，并且主要由语义网络中的地理知识指导对学生响应的语义解释。适应语义网络所存储的信息的不完备性，SCHOLAR系统中的推理策略被设计为通过相交搜索、共同的超级坐标、开集合与闭集合等方法来完成对问题的推理。推理方式与语义网络无关，可以应用于其它不同的领域。同时因为推理方式与人类的推理方式非常相似，因而十分自然。WEST系统是第一个计算机教练系统。教练这一术语描述一个基于计算机的

6、学习环境，在这一环境中学生像玩游戏那样参与活动；系统通过观察学生的活动进行工作，在需要矫正时提出批评或建议。WEST系统的研究集中于诊断策略和教学策略。系统支持有指导的发现学习。系统认为学生依靠其先验知识构造自己对一个环境或任务的认识。因此错误的概念或想法在教学中起主导作用。系统主要通过差别模拟技术来发现学生错误。该技术是将学生行为与专家在同一情况下的行动进行比较；这种比较所发现的差别在某种程度上说明了学生懂什么或不懂什么。系统通过执行以下两个任务构造差别模型：l同一情况下专家可能采取的行动对学生的行为进行评价；l判断学生和专家在决定其各自行为时所用的知识。为了使学生的学习取得较好的效果，系统

7、的教学法遵守以下原则：教练哲理；维护学生的游戏兴趣；增加学习的机会和对教学环境的考虑。该系统在许多地方与SCHOLAR系统相似，都被认为是ITS发展史上的里程碑。系统设计的目的在于向学生提供一个模拟实验室，让学生运用自己的知识，在系统的帮助下进行实验。系统允许学生和基于计算机的专家之间存在一一对应关系。系统采取了基于语义文法的自然语言处理技术，以使学生与系统方便交流。系统的自然语言理解程序能妥善处理许多语言学方面的问题，如首语重复、省略现象等。系统研究发现，单一知识表示方式往往不能满足系统的需要。因此，为了实现推理的“有效性和健壮性”，系统采用了为与学生对话，系统执行几种不同的逻辑与教学任务，

8、包括回答。这些任务通过推理机制加以实现。在SOPHIE-系统中，该推理机制依靠电路仿真的数学模型来工作。由于这种推理方式与人类推理方式不同，在一定程度上限制了系统的解释能力。WHO 学生模型学生模型WHAT 领域专家（知识库）领域专家（知识库）HOW 教师模型（教学策略模块）教师模型（教学策略模块）WHERE 智能人机接口智能人机接口：多媒体技术多媒体技术网络通信技术网络通信技术VR技术技术AI技术技术建构主义学习理论建构主义学习理论NLP技术技术代理技术代理技术覆盖模型覆盖模型差别模型差别模型干扰模型干扰模型智能代理（智能代理（Intelligent Agent）多代理系统（多代理系统（Mu

9、lti-Agent System）。3个层次：一、以计算机多媒体为核心的教育技术在学校的普及与运用；二、组织学校上网，充分利用网上资源；三、远程教育，提供广泛的学习资源，不断满足社会终身教育的需求。：ITS98 教育学习代理/模拟培训/知识模型/3D环境/动机诊断/教育工具/合作学习/反馈/知识结构、表示教学策略学生建模Web-based ITSITS2000 网络的培训/教学策略/学生建模/学习环境/教学设计/智能多媒体与超媒体/智能远程学习/教育评价/分布式学习环境/合作系统/认知方法/编著工具/基于代理系统/系统结构ITS2002 学习的研究：人类学习机理尚不完全清楚.学习机制和认知过程

10、的理解和解释困难 投资的考虑：投资多、风险大、周期长、升级快、要求高：教育计算机 1994年底，年底，“中国教育和科研计算机网（中国教育和科研计算机网（CERNET）示范工程示范工程”由清华大学等由清华大学等10所所高校共同建成。高校共同建成。-国内第一个采用国内第一个采用TCP/IP协议的公共计算机网。协议的公共计算机网。1996年年清华大学清华大学王大中校长率先提出发展远程教育；王大中校长率先提出发展远程教育；1997年年湖南大学湖南大学第一个与湖南电信合作，建起了网上大学。清华大学则在第一个与湖南电信合作，建起了网上大学。清华大学则在1998年推出年推出了网上研究生进修课程。了网上研究生

11、进修课程。1998年年9月，教育部正式批准月，教育部正式批准第一批第一批4 4所试点院校所试点院校:清华大学、北京邮电大学、浙江大学、清华大学、北京邮电大学、浙江大学、湖南大学为国家现代远程教育。湖南大学为国家现代远程教育。1999年教育部制定了年教育部制定了关于发展我国现代远程教育的意见关于发展我国现代远程教育的意见:现代远程教育的指导方针、现代远程教育的指导方针、目标和任务。目标和任务。16字指导方针：字指导方针：统筹规划、需求推动、扩大开放、提高质量统筹规划、需求推动、扩大开放、提高质量 1999年年8月，北京大学、中央广播电视大学相继试点。月，北京大学、中央广播电视大学相继试点。199

12、9年年9月，月，“CERNET高速主干网项目高速主干网项目”立项，目标是在立项，目标是在2000年年12月底之前完成月底之前完成CERNET高速主干网的建设。高速主干网的建设。2000年，是中国远程教育大踏步前进的一年：年，是中国远程教育大踏步前进的一年：7月月:教育部教育部教育网站和网校暂行管理办法教育网站和网校暂行管理办法:领导权领导权.教育部批准教育部批准15-31所；颁布了所；颁布了关于支持若干所高等学校建设网络教育学院开展现代远程教关于支持若干所高等学校建设网络教育学院开展现代远程教育试点工作的几点意见育试点工作的几点意见，31所试点院校具有很大的自主权：可以自己制定招生标准并决定所

13、试点院校具有很大的自主权：可以自己制定招生标准并决定招生数量，可以开设专业目录之外的专业，有权发放国家承认的学历文凭。招生数量，可以开设专业目录之外的专业，有权发放国家承认的学历文凭。7月月31日，日，31所试点高校在北京成立了所试点高校在北京成立了“高等学校现代远程教育协作组高等学校现代远程教育协作组”，以加强试点高校，以加强试点高校间的交流与合作，促进教学资源的建设与共享。间的交流与合作，促进教学资源的建设与共享。9、10月间，部分新试点院校相继开通的网上大学。月间，部分新试点院校相继开通的网上大学。2000年年10月月31日，中国现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台。日，中国现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台。20022002年：试点院校增加到年：试点院校增加到6767所所谢谢！