浅谈人工智能在计算机辅助教学中的应用

2022-11-04

目前在市场上出现的计算机多媒体辅助教学软件很多, 对方便学生学习起到了一定帮助作用, 但使用起来人性化不足, 本文全面的分析了目前在市场上出现的计算机多媒体辅助教学软件的不足, 给出了智能多媒体教学软件的发展及设计思路并进行了分析, 得出结论。

1 计算机辅助教学的现状

尽管计算机辅助教学比传统的教学模式先进了许多, 但并不是最完善的, 还存在许多不足, 主要表现在以下几点。

1.1 交互能力差

在教学过程中, CAI课件的教学信息是按预置的教学流程机械式地提供, 教师只能按预定的课件流程进行操作, 学生的学习也是被动的, 不能很好地参与教学过程, 因此人机交互能力没有很好地实现, 教师和学生的互动能力缺乏。

1.2 缺乏智能性

不能自动地提供学生助学信息而使学生有目标地学习, 不能使教师按照学生的认知模型为其准备最适合的学习内容, 无法根据学生的认知特点和学习效果去指导学生学习。

1.3 缺乏广泛性

CAI系统的设计都是围绕某一知识领域, 对于教学内容、问题的设计、答案等等的呈现, 都必须在原设计系统允许范围内实现, 无法根据具体教学、学习情况提出新的方案。

1.4 实时共享性差

由于没有实现网上资源共享, 一定程度上学生的学习条件受到了限制。

随着人工智能技术的发展, 人工智能技术在各个领域得到了越来越广泛的应用。将人工智能引入CAI系统, 使CAI系统能合理安排教学内容, 变化教学方法来满足个性化教学的需要, 由此就产生了智能计算机辅助教学系统。

2 人工智能的特点

2.1 人工智能的技术特征

(1) 具有搜索功能。采用一定搜索策略可以快速地找到答案。

(2) 知识表示能力。可以表示一些不精确, 模糊的知识 (适合表示多媒体数据) 。

(3) 一定的推理功能。可以从给定的实事、前题中找出答案、发现知识。

(4) 抽象功能。抽象用以区分重要与非重要的特征, 借助抽象可将处理问题中的重要特征和变式与大量非重要特征和变式区分开来, 使处理变得更有效、更灵活。对用户来说, 往往只需要叙述“是什么问题”, “要做什么”, 而把“怎么做”留给智能程序来完成。

(5) 语音识别功能及模糊信息处理能力。有处理不精确和模糊信息的能力。

2.2 智能多媒体技术

多媒体计算机教学软件虽然充分利用了计算机的快速运算能力, 综合处理声、文、图信息, 但交互式能力不足, 智能性差。随着计算机技术的发展, 特别是人工智能技术的发展, 开发具有人工智能技术的计算机辅助教学课件成为可能。

智能多媒体多媒体教学软件应具有学生模块、教师模块、知识库和智能接口等主要部分, 它可以实现以下功能: (1) 根据每个学生的学习基础、水平和能力, 为不同学生制定学习计划, 有针对性个别指导, 并可在学习过程中根据学生进度自动调整学习内容, 从而使课件具有很好地适用性, 易实现因材施教。 (2) 允许学生用自然语言与计算机进行人机对话, 并能对带有学生个性特点的问题作出回答, 从而具备更好的交与能力。 (3) 具有更多的创造能力和纠错能力。 (4) 能评价学生的学习行为和教师的教学行为。

3 智能多媒体教学软件的发展及设计

3.1 智能多媒体教学软件的发展

随着计算机技术以及人工智能技术的发展, 其发展方向表现为以下几方面。

(1) 与网络技术的结合, 实现远程教学随着多媒体技术和Internet网络的飞速发展, CAI不仅仅在智能上发展, 还要向多维的网络空间发展。它们要利用网络的优势, 完成在线学习、实时讨论、网上测试等多种教学任务, 实现远程教学。

(2) 智能代理技术的使用。人工智能技术在ICAI中的应用, 除了体现在对多媒体教学系统中引入学生模型和知识推理机制以外, 还可以起到在“智能导航”浏览中, 使用“智能代理”技术代替教师、学生进行指导学习和搜索学习的作用。

(3) 提高虚拟学习环境的人机交互性。虚拟学习环境是由多媒体技术与仿真技术以及计算机技术相结合而生成的一种交互式人工世界。它的根本目标就是达到真实体验和基于自然技能的人机交互。

(4) 开发更有效的帮助系统。该系统应该能在学生遇到困难的时候, 提供合适的、有启发性的帮助, 因此, 开发更有效的帮助系统也是今后努力的方向。

3.2 智能多媒体教学软件的设计思路

按课堂教学方式, 智能多媒体教学软件的模块主要为:课程知识历史背景介绍 (课程引入) 、课程内容讲解、练习与测试 (评介系统) 、阅读材料、作业批改。

(1) 课程知识历史背景模块。在学习新知识前, 要让学生了解学习本节课的目的, 对这个知识的背景作一个简介。智能多媒体教学软件一般是教师直接制作一个页面, 而智能多媒体教学软件采用人工智能中的搜索技术搜索相关材料, 让学生预习时用或上课时教师直接搜索, 这要省时, 且能提高学生学习兴趣与积极性。

(2) 课程内容模块。一般采用智能多媒体教学软件模式, 但增加分层次教学模式。如数学课件中有关定理证明并不要求全体学生掌握, 可设一按钮, 让有兴趣学生可点击进入自己看证明。例题设置难度系数, 针对不同专业、不同班级学生, 教师课堂上可根据班级不同程度选取题目, 学生使用时也可安自己能力点击相关难度题目学习, 实现分层次教学。另外, 涉及到作图题, 可点击进入相关作图软件自己研究不同条件下图形变化情况, 实现发现式学习, 培养创造性思维, 提高动手能力。

(3) 练习与测试模块。除设置题目难度系数外, 关键要建立一个评介系统, 即学生一个题目做对了, 可分析其能力, 通知其应做多少难度系数题目;做错了, 能分析其错误原因指导进入相关知识学习。这里要用到人工智能技术中的推理机制, 即建立一个关于知识点的知识库, 教师根据教学经验设置相关知识的知识点链接。对于错误, 推理分析学生错误原因, 自动搜索知识库中相关知识, 指导学生学习。另外, 若查询不到错误原因, 建立一个问答系统, 学生把问题留在上面, 教师检查时作出回答。这比智能多媒体教学软件只给出答案更能体现出智能多媒体教学软件的优越性。

(4) 阅读材料模块。为拓宽学生的知识面及知识在实际生活中的应用, 设立此模块。可采用教师课件中设置, 也可采用搜索技术, 让学生自己搜索学习, 提高用理论知识解决实际问题的能力, 注意理论在实际应用中应注意的问题, 提高解决问题、分析问题的能力。

(5) 作业批改模块。由学生根据自己学习情况, 选取相应难度系数的题目, 通过网络传输到教师作业批改系统, 由教师作出评介后发送回学生系统内。这里核心技术是建立一个学生学习记录系统。