人工智能計算機論文(2)
人工智能計算機論文
人工智能計算機論文篇二
【摘 要】 本文概要介紹了 計算機輔助教學的現(xiàn)狀，闡述了智能計算機輔助教學系統(tǒng)的內容，初步探討了開發(fā)智能計算機輔助教學系統(tǒng)的未來 發(fā)展的方向，認為智能計算機輔助教學系統(tǒng)模擬人類記憶與思想，有助于較好地解決形象思維、頓悟思維問題，提高自主學習能力和表達能力。
【關鍵詞】 計算機輔助教學;人工智能;教學模型;努力方向
計算機輔助教學(CAI)是計算機輔助 教育中的重要組成部分，是教師為了提高教學效果和效率，利用以多媒體計算機為中心的豐富的教學資源，改進傳統(tǒng)教學，或為學生提供一個學習 環(huán)境，使學生通過與計算機的交互對話，激發(fā)學生的學習積極性和主動性，幫助學生更有效地學習。使用CAI系統(tǒng)，有利于認知主體作用的發(fā)揮，它所提供的圖像、聲音、動畫等信息有利于學生知識的獲取與保持，達到提高教學效果。
一、計算機輔助教學的現(xiàn)狀
計算機輔助教學的實現(xiàn)需要 應用人工智能技術及程序設計，一些人工智能技術的特殊應用成果均被應用于計算機輔助教學系統(tǒng)，以提高其智能性和實用性。早期絕大多數(shù)CAI 課件大都使用決策理論和隨機學習的模式，極大地簡化了學習過程的表達形式。隨著人工智能技術的發(fā)展，計算機輔助教學系統(tǒng)中添加了學生的學習行為及訓練策略，同時人工智能技術被應用于建立學習互動學習模塊。這種方法能控制訓練策略并給出適合學生的學習內容。目前為了獲取對課程知識表示和控制的靈活性和模塊性，有些計算機輔助教學系統(tǒng)還用人工智能技術來表示訓練 計劃和策略。
現(xiàn)有的計算機輔助教學系統(tǒng)面臨許多挑戰(zhàn)，它主要存在以下幾方面的問題：
1、缺乏教與學的融合
制作系統(tǒng)的教師，并不全是一線的教師，所以導致教與學沒有真正融合。
2、缺乏開放性
不具有開放性是目前CAI 課件最大的缺點。使用者無法對課件進行任何修改，只能利用已有資源按設定的路線進行教學。
3、缺乏個性化
現(xiàn)有的CAI 課件系統(tǒng)不能對不同程度的學生進行有針對性的教育，學生的學習是被動的，不能由系統(tǒng)自動提供助學信息而使學生有選擇地學習。
4、缺乏人機交互能力
現(xiàn)有CAI 大多以光盤作為信息的載體，將教材中的內容以多媒體的形式展現(xiàn)出來，教學信息是按預置的教學流程 機械式地提供給學習者，學習者CAI 課件學習是完全被動的。
5、缺乏教師與學生的互動
現(xiàn)有CAI 課件在學生自學以及進行操作使用時，如何學習都是學生自己的事。教師不能完全了解學習者的情況，因此課件所起的效果大打折扣。
6、忽視課程本身的特點
各門課程在教學上有不同的要求，但現(xiàn)有課件對于這些不同要求完全不予理會。
二、智能計算機輔助教學系統(tǒng)
智能計算機輔助教學具有教師進行導學的特點，教師根據(jù)學生的學習軌跡指導學生，也可以將導學 工作交給智能計算機輔助教學系統(tǒng)來完成，系統(tǒng)根據(jù)學生的學習行為來決定學習內容。智能計算機輔助教學要實現(xiàn)啟發(fā)式教學和個性化教學，因此系統(tǒng)由知識庫、專家系統(tǒng)和學生的認知模型等部分組成，如圖1。
圖1
1、知識庫
知識庫用于存儲所要教授的學科領域內知識，主要包括元知識、陳述性知識和過程性知識。知識庫的內容可以隨教學系統(tǒng)所用時間的增加來逐漸積累、整理。其主要任務是根據(jù)要求檢索出有關的知識，生成問題并評價學生的解答。
2、專家系統(tǒng)
專家系統(tǒng)可以根據(jù)學生的認知情況和知識庫的內容，做出智能化的教學決策機構，好在學習過程中決定下一步采取哪種學習方法，學習哪方面的內容，還能評測學生的學習效果，并據(jù)此提出改進策略和意見。
3、學生的認知模型
學生的認知模型用于記錄學生的知識水平和認知能力，始終依據(jù)學生的實際知識水平來指導學生學習，并根據(jù)其學習情況進行動態(tài)調整。當學生學習新的教學內容時，系統(tǒng)可以根據(jù)該學生以前的學習記錄來建議新的學習內容提要。學生認知模型的信息被專家系統(tǒng)作為教學決策的依據(jù)，使系統(tǒng)能正確評價學生對所學知識的理解程度，并能針對每個學生的不同特點和差異，實行與該學生相適應的教學活動。
三、開發(fā)ICAI系統(tǒng)的努力方向
在新世紀全球都在ICAI的發(fā)展，智能計算機輔助教學系統(tǒng)已經(jīng)成為國際上計算機輔助教學研究的主要方向。要開發(fā)好的智能計算機輔助教學系統(tǒng)，要考慮以下幾個方面：
1、模擬人類記憶與思維合一
隨著計算機技術的發(fā)展，計算機的數(shù)據(jù)處理與存儲完全分離狀態(tài)雖然沒有變，但交換數(shù)據(jù)方式的發(fā)展也提升了處理器與存儲器之間的配合。智能計算機輔助教學系統(tǒng)模擬人類記憶與思想是非常有必要的。
2、模擬人類思維過程是串行與并行共存且以并行為主
人們不僅可以順序地處理問題，而且可以同時應付多種不同的情況，把問題的不同側面、不同因素密切地 聯(lián)系起來，進行多方位的綜合性思考，但目前的計算機輔助教學系統(tǒng)只能進行串行式的處理。
3、模擬人類較好地解決不確定性問題
現(xiàn)實世界中的事物并非都是確定的兩態(tài)邏輯，更多的是多態(tài)邏輯、非確定性的、模糊的，人腦可以很自然地處理這樣的事物，但目前的計算機輔助教學系統(tǒng)的基于兩態(tài)邏輯的，為了對不確定性行處理，需要從 軟件上彌補這一缺陷，這就增加了軟件設計的復雜性及難度。
4、模擬人類較好地解決形象思維、頓悟思維問題
人的思維方式除了邏輯思維外，還有形象思維、頓悟思維等，人們在處理問題時，通常是把它們結合起來進行的。但是，目前的計算機輔助教學系統(tǒng)只能進行符號處理，任何要在計算機輔助教學系統(tǒng)上進行處理的問題都必須表示為一串符號序列，并且還要給出處理這引起符號的規(guī)則。因此它所能解決的問題僅僅局限于邏輯思維所能解決的問題范疇內，這就使用現(xiàn)有的計算機輔助教學系統(tǒng)難以有創(chuàng)造性它只能做人們?yōu)樗?guī)定的工作。目前的計算機輔助教學系統(tǒng)的通過搜索在知識庫中尋找可利用的知識的，而這些知識都是事先用某種表示模式進行了形式化的，當問題比較復雜時，搜索空間就變得很龐大，往往會引起組合爆炸。計算機輔助教學系統(tǒng)在思維能力方面的局限性極大地限制了它的功能，使得它無法進行音樂、 美術方面的創(chuàng)作，數(shù)學上不能發(fā)現(xiàn)新的定理。目前人工智能在自然信息理解、機器翻譯、機器學習等方面遇到的困難都與它的這些局限性有關。
5、模擬人類較好地解決自學習問題
人具有感知能力，能通過感覺器官感知外部世界得到所需要的有關信息，但目前的計算機輔助教學系統(tǒng)卻不具有這種能力，它需要人們通過輸入設備把已表示出來的信息交它才能進行處理。盡管目前人們已經(jīng)通過軟件的方法設計了各種手寫文字以及圖形、物象等與計算機輔助教學系統(tǒng)直接交互，這就限制了計算機輔助教學系統(tǒng)的應用。
6、模擬人類較好地解決多種形式表達問題
人們具有多種形式的表達能力及行為能力，能對外部刺激及時地作出反應，這也是目前計算機輔助教學系統(tǒng)做不到的。
7、與 網(wǎng)絡技術的結合，實現(xiàn)遠程教學
隨著多媒體技術和Internet 網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，CAI 不僅僅在智能上發(fā)展，還要向多維的網(wǎng)絡空間發(fā)展。它們要利用網(wǎng)絡的優(yōu)勢，完成在線學習、實時討論、網(wǎng)上測試等多種教學任務，實現(xiàn)遠程教學。目前，已有不少基于Internet 網(wǎng)的多媒體教育系統(tǒng)在使用。
8、智能代理(Intelligent Agent)技術的使用
人工智能(AI)技術在ICAI 中的應用，除了體現(xiàn)在對多媒體教學系統(tǒng)中引入學生模型和知識推理機制以外，還可以起到在“智能導航”瀏覽中，使用“智能代理”技術代替教師、學生進行指導學習和搜索學習的作用。
9、提高虛擬學習環(huán)境的人機交互性
虛擬學習環(huán)境是由多媒體技術與仿真技術以及計算機技術相結合而生成的一種交互式人工世界。它的根本目標就是達到真實體驗和基于自然技能的人機交互。在教學輔助中，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。
10、開發(fā)更有效的幫助系統(tǒng)
評價一個ICAI 系統(tǒng)智能的高低，是要看該系統(tǒng)能否在學生遇到困難的時候，提供合適的、有啟發(fā)性的幫助。而現(xiàn)有的ICAI 系統(tǒng)并不能夠很好的做到這一點。因此，開發(fā)更有效的幫助系統(tǒng)也是今后努力的方向。
四、結語
新世紀的教育教學手段將是以智能化CAI 為主線，是多學科、多方位發(fā)展的新技術的體現(xiàn)。隨著人工智能技術的發(fā)展，計算機輔助教學的成效將更加明顯。為了實現(xiàn)人類智能在智能計算機輔助教學系統(tǒng)上的模擬、延伸、擴展，必須對其體系結構、工作方式、處理能力、接口方式等進行變革，這樣造出來的計算機輔助教學系統(tǒng)才能稱為智能計算機輔助教學系統(tǒng)。在當今教育改革的大環(huán)境下，應當使更多的教育工作者關注ICAI 的建設與發(fā)展，并為ICAI系統(tǒng)的發(fā)展起到更大的推動作用。
【參考文獻】
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