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(xué)的現(xiàn)狀，闡述了智能計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)容，初步探討了開發(fā)智能計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)的未來 發(fā)展的方向，認(rèn)為智能計算機輔助教學(xué)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(xué)習(xí)能力和表達能力。
【關(guān)鍵詞】 計算機輔助教學(xué);人工智能;教學(xué)模型;努力方向
計算機輔助教學(xué)(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(xué)效果和效率，利用以多媒體計算機為中心的豐富的教學(xué)資源，改進傳統(tǒng)教學(xué)，或為學(xué)生提供一個學(xué)習(xí) 環(huán)境，使學(xué)生通過與計算機的交互對話，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，幫助學(xué)生更有效地學(xué)習(xí)。使用CAI系統(tǒng)，有利于認(rèn)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(xué)生知識的獲取與保持，達到提高教學(xué)效果。
一、計算機輔助教學(xué)的現(xiàn)狀
計算機輔助教學(xué)的實現(xiàn)需要 應(yīng)用人工智能技術(shù)及程序設(shè)計，一些人工智能技術(shù)的特殊應(yīng)用成果均被應(yīng)用于計算機輔助教學(xué)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(xué)習(xí)的模式，極大地簡化了學(xué)習(xí)過程的表達形式。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)中添加了學(xué)生的學(xué)習(xí)行為及訓(xùn)練策略，同時人工智能技術(shù)被應(yīng)用于建立學(xué)習(xí)互動學(xué)習(xí)模塊。這種方法能控制訓(xùn)練策略并給出適合學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)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(xué)系統(tǒng)還用人工智能技術(shù)來表示訓(xùn)練 計劃和策略。
現(xiàn)有的計算機輔助教學(xué)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(xué)的融合
制作系統(tǒng)的教師，并不全是一線的教師，所以導(dǎo)致教與學(xué)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(shè)定的路線進行教學(xué)。
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(xué)生進行有針對性的教育，學(xué)生的學(xué)習(xí)是被動的，不能由系統(tǒng)自動提供助學(xué)信息而使學(xué)生有選擇地學(xué)習(xí)。
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(nèi)容以多媒體的形式展現(xiàn)出來，教學(xué)信息是按預(yù)置的教學(xué)流程 機械式地提供給學(xué)習(xí)者，學(xué)習(xí)者CAI 課件學(xué)習(xí)是完全被動的。
5、缺乏教師與學(xué)生的互動
現(xiàn)有CAI 課件在學(xué)生自學(xué)以及進行操作使用時，如何學(xué)習(xí)都是學(xué)生自己的事。教師不能完全了解學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)系統(tǒng)
智能計算機輔助教學(xué)具有教師進行導(dǎo)學(xué)的特點，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡指導(dǎo)學(xué)生，也可以將導(dǎo)學(xué) 工作交給智能計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)來完成，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為來決定學(xué)習(xí)內(nèi)容。智能計算機輔助教學(xué)要實現(xiàn)啟發(fā)式教學(xué)和個性化教學(xué)，因此系統(tǒng)由知識庫、專家系統(tǒng)和學(xué)生的認(rèn)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(xué)科領(lǐng)域內(nèi)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(nèi)容可以隨教學(xué)系統(tǒng)所用時間的增加來逐漸積累、整理。其主要任務(wù)是根據(jù)要求檢索出有關(guān)的知識，生成問題并評價學(xué)生的解答。
2、專家系統(tǒng)
專家系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知情況和知識庫的內(nèi)容，做出智能化的教學(xué)決策機構(gòu)，好在學(xué)習(xí)過程中決定下一步采取哪種學(xué)習(xí)方法，學(xué)習(xí)哪方面的內(nèi)容，還能評測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并據(jù)此提出改進策略和意見。
3、學(xué)生的認(rèn)知模型
學(xué)生的認(rèn)知模型用于記錄學(xué)生的知識水平和認(rèn)知能力，始終依據(jù)學(xué)生的實際知識水平來指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，并根據(jù)其學(xué)習(xí)情況進行動態(tài)調(diào)整。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)新的教學(xué)內(nèi)容時，系統(tǒng)可以根據(jù)該學(xué)生以前的學(xué)習(xí)記錄來建議新的學(xué)習(xí)內(nèi)容提要。學(xué)生認(rèn)知模型的信息被專家系統(tǒng)作為教學(xué)決策的依據(jù)，使系統(tǒng)能正確評價學(xué)生對所學(xué)知識的理解程度，并能針對每個學(xué)生的不同特點和差異，實行與該學(xué)生相適應(yīng)的教學(xué)活動。
三、開發(fā)ICAI系統(tǒng)的努力方向
在新世紀(jì)全球都在ICAI的發(fā)展，智能計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)成為國際上計算機輔助教學(xué)研究的主要方向。要開發(fā)好的智能計算機輔助教學(xué)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(shù)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(xué)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(yīng)付多種不同的情況，把問題的不同側(cè)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(xué)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(xué)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(shè)計的復(fù)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(jié)合起來進行的。但是，目前的計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)只能進行符號處理，任何要在計算機輔助教學(xué)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(nèi)，這就使用現(xiàn)有的計算機輔助教學(xué)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(xué)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(dāng)問題比較復(fù)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(xué)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(shù)方面的創(chuàng)作，數(shù)學(xué)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(xué)習(xí)等方面遇到的困難都與它的這些局限性有關(guān)。
5、模擬人類較好地解決自學(xué)習(xí)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(guān)信息，但目前的計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)卻不具有這種能力，它需要人們通過輸入設(shè)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(shè)計了各種手寫文字以及圖形、物象等與計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)直接交互，這就限制了計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)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(yīng)，這也是目前計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)做不到的。
7、與 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)遠程教學(xué)
隨著多媒體技術(shù)和Internet 網(wǎng)絡(luò)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(luò)空間發(fā)展。它們要利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，完成在線學(xué)習(xí)、實時討論、網(wǎng)上測試等多種教學(xué)任務(wù)，實現(xiàn)遠程教學(xué)。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(shù)的使用
人工智能(AI)技術(shù)在ICAI 中的應(yīng)用，除了體現(xiàn)在對多媒體教學(xué)系統(tǒng)中引入學(xué)生模型和知識推理機制以外，還可以起到在“智能導(dǎo)航”瀏覽中，使用“智能代理”技術(shù)代替教師、學(xué)生進行指導(dǎo)學(xué)習(xí)和搜索學(xué)習(xí)的作用。
9、提高虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的人機交互性
虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境是由多媒體技術(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。它的根本目標(biāo)就是達到真實體驗和基于自然技能的人機交互。在教學(xué)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(xué)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(xué)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(jié)語
新世紀(jì)的教育教學(xué)手段將是以智能化CAI 為主線，是多學(xué)科、多方位發(fā)展的新技術(shù)的體現(xiàn)。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助教學(xué)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(xué)系統(tǒng)上的模擬、延伸、擴展，必須對其體系結(jié)構(gòu)、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(xué)系統(tǒng)才能稱為智能計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)。在當(dāng)今教育改革的大環(huán)境下，應(yīng)當(dāng)使更多的教育工作者關(guān)注ICAI 的建設(shè)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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