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1、教育的信息化、科学化与智能化,崔光佐，教授，北京大学 现代教育技术中心副主任 2007年11月 于南京理工大学,主要内容,对教育的理解 教育信息化模型与演变 E-learning的效率与局限性 教育过程的有效性验证 教育的科学化与智能化 将来的趋势与期望,人类与世界,实际世界(人, 社会, 自然),知识 世界,认识 和 实践,方法: 教 + 学 + 实验,人的模型,教育的作用,教育的因素及其关系,教育内容,教育手段,教育者,受教育者,教育理论,教育技术,学习理论,学习技能,教学设计,关于世界的知识,方法、策略、工具,学习过程: 复杂的主动过程,教学设计,教育的目的：知识及能力,感性知识及其获得
2、能力,理性知识以及获得能力,解决问题的能力,环境,描 述 性 知 识 与 程 序 性 知 识,知识的分类,解决问题的能力,社会环境,自然环境,利用知识解决问题: (1)个人问题: 身体生存 精神感受 (2)社会问题: 人与人之间的 关系和矛盾等 (3)自然界问题: 现实与希望 之间的差别,2,2,2,3,3,3,如何获得知识和能力？,学习活动,学习方法,学习理论,教育活动,教育方法,教育理论,教 与 学 环 境 和 工 具,教育的层次结构,教育方法、教育策略,教育理论：解释,教育哲学：应该是什么？应该如何做？,一般哲学,教育技术： 实际的对象 具体的教育内容、 学生、工具等,教育理论：抽象的对
3、象 对所有对象所适合的方 法和模型。,以教育总体为研究对象,以整个世界为研究对象,教育信息化的主要内容,教育信息化,国外也称为e-learning 是一种教育技术 通过使用计算机技术、信息技术、通信技术（Information and Communication Technology, ICT）来增强教育的技术。,教育信息化（e-learning）的内容,学期计划,经过教育的人,教育 评估,人,招生入学,毕业结业,学习成绩,大 学 教 育 过 程,教授活动,学习活动,课程考核,教 学 过 程,教 务 管 理,教育管理,课程计划,管 理 改 革,教 学 评 估,教学设计,N,教 学 内 容,教育
4、信息化(e-learning)模型,技术实现,课件设计,受教育者,内容呈现,交互反馈,教育评估,教育理论,教育方法,教育研究,教育者,教育 服务器,课件 资源,教育理论,教育方法,教育研究,教育研究,教育研究,教育实践,教育媒介 ICT技术,教学服务器替代教师的部分工作 提高了教学效率（是否提高了学习质量？）,完成内容传输和交互,为教育内容和教育行为建立模型,E-learning技术随ICT的演变,处理技术,表示技术,Data-Level,Information-L,Knowledge-L,Data Process,Information Process (SQL),Metadata,Meta
5、data Process (XML),Knowledge Process (OWL),通信技术,Wired,Wireless,Ubiquitous,Mobile,网络技术,Binary Protocol TCP/IP,Text Protocol Http,Metadata Protocol WWW,Semantic Protocol,数据层,元数据层,。,知识层次 机器理解,知识处理 智能工具,网络教育,移动教育,普适教育,教育 语义网,移动教育、普适教育 m-learning, u-learning,技术实现,课件设计,受教育者,内容呈现,交互反馈,教育评估,教育理论,教育方法,教育研究,教
6、育者,教育 服务器,课件 资源,教育理论,教育方法,教育研究,教育研究,教育研究,教育实践,数据表示 元数据表示,多种网络类型 无线、移动,多种类型设备 内容访问,任何设备、任何网络、任何时间、任何地点访问,技术上的难题,北京大学网络教学平台课件 目前使用手机或PDA无法浏览,网络课件,统一资源访问： （1）资源制作一次 （2）不同设备都可以访问该资源；,解决的基本原理,PDA设备,PC机,资源：形式+内容,资源：内容+形式,自适应 算法,制作,用树表示整体资源,根,内容结点,所选择的结点之间 语义相关较差,每种设备具有 特定的屏幕大 小和应用软件,所选择的结点之间应该 具有可理解的语义关系
7、如何保证？,内容的表示应该含有语义,表示结点： 基本概念 或已经定义的概念,表示连接： 基本关系 或已经定义的关系,本体 技术,内容的表示：从数据到知识,数据表示 使用二进制格式数据表示内容，如doc、ppt文件 局限性：计算机能处理；人和机器都无法理解语义 元数据表示 对数据表示的对象进行信息描述，如文件描述信息 局限性：计算机可以查询、统计；人和机器可以了解部分信息，但无法理解具体内容。 知识表示（本体表示） 对领域包含的基本概念和基本关系进行规定和形式化表示-领域本体。基于领域本体描述具体内容。 特点：人和机器都可以了解内容，便于机器理解和智能处理,例子：作业的知识表示（参考）,作业本体
8、：定义好的概念和关系,语义Web工具： 支持本体构建； 应用对象的描述； 应用对象的理解； 领域应用的判断 和推理,包含关系,定义为,包含关系,类型,题干,题肢,教育语义Web,代码,行为模块,资源模块,Metadata Standards元数据标准,人工开发,教育应用,素材,自动组装,API Interface,教育本体,逻辑推理，理解语义,基于语义web服务和智能规划的 服务自动组装平台,可用的 基本服务,服务执行,装入教育本体 包含领域知识,直接插入已 有的服务,输入需求 自动组装,产生新的服务 OWL-S描述,1,2,3,4,5,基于本体的教育资源搜索引擎 提高查全率和查准率,标引处理
9、,用户接口,提问处理 /检索匹配,教育 本体,基于本体的搜索引擎,基于本体的移动教育平台,Interface-1,Interface-0,Interface-n,Interface-2,Interface-m,教育服务 Service,系统/子系统,Device Binding,具体设备,用户界面,Semantic Web Service 教育本体,上下文感知组装,不同设备,PDA界面,PDA手机界面,E-learning认知过程分析,大脑中央处理机,工作记忆,长期记忆,工作设备,World Wide Web,传统存储设备，图书馆等,E-learning中的认知存储模型,内部存储,电子存储,物
10、质存储,天然接口,人机接口,人工接口,通信技术,大脑,学习过程中的例外事件,大脑学习: 发生在大脑内部,学习例外: 发生在学习过程内部， 大脑不能解决的事件。 学习中断： 来自学习过程的外部的 中断学习的事件。,E-learning学习中的事件分析,大脑学习,大脑学习,大脑学习,大脑学习,学习例外,外部事件,学习中断,E-learning学习的效率分析,学习任务,例外/中断,开始时间,结束时间,启动开销 :Tei,恢复开销 :Ter,例外进度 :Tep,大脑学习 :Tbl,任务的大脑学习时间 :Ttbl,E-learning的效率模型,教育信息化(e-learning) 能够大大提高学习的效率
11、,E-learning减少了例外准备和返回时间,个体的学习效果分析：内部过程,学习效率 完成给定学习任务/需要的学习时间 学习质量 掌握知识的程度（知识加工深度） 利用所学知识解决问题的能力,学习的发生：心理角度,来自密西根大学人工智能实验室,注 意,需要动机 信念毅力,外部信息,信息工具的作用：认知心理角度,需要动机 信念毅力,注意,教育的质量效果分析：教育角度,E-learning 的作用,教的 有效性,学习的 主动性,如何 保证 其有 效性,教育理论,教育方法,教学设计,教学实现,实际的教与学的过程,如何验证教学的有效性？,学期计划,经过教育的人,教育 评估,人,招生入学,毕业结业,学习
12、成绩,大 学 教 育 过 程,教授活动,学习活动,课程考核,教 学 过 程,教 务 管 理,教育管理,课程计划,管 理 改 革,教 学 评 估,教学设计,N,教育信息化： 能够保证教 学信息的快 速反馈； 但不能自动 分析问题 原因；更不 能给出改 进建议,能不能： 在实际 教育之前 就能 科学预测？,教 学 内 容,如何验证教学的有效性？,这样的 教育为 什么是 有效的?,逻辑证明: Logic model Of Knowledge Instruction- Design teaching Learning,模拟: Computational Model of Knowledge Instr
13、uction- design Teaching Learning,教学试验: With real practice,教育内容 世界的知识 知识表示 教师 内容设计: 如何编排内容 环境设计: 物理的精神的 教育实施 教育手段 教育方法，教育策略 教育工具 学习 获取知识、技能 知识获取的能力 解决问题的能力,目标,支持 加强,教学试验验证的局限性：非科学,教育理论,教育方法策略,教学设计（+内容）,教学实现,教学活动,学习活动,学习效果,教学过程 的有效性 依赖 学习效果,教学效果 能否证明 教学过程 有效性？,隐式效果 显式效果 短期效果 长期效果,？,很难定位到具体教学环节,教学的有效性验
14、证分析,教学设计,实际教学,学习过程,学习效果,教学目标，教学内容，学生特点等,逻 辑 关 系,概念定义,设计结果,如何预测 教学设计,教的效果,早期：行为理论的定义,什么是学习? 行为的改变 (Birkenholz, 1999) 以前： 将人视为黑盒子 对人类社会以及自然界了解不充分 不能科学学习,Sensor,Motor,Nervous System,Brain（Control）,Mind (Memory),环境（社会+自然界）,输出,输入,decide,decide,decide,Person,对人的更深入研究和理解,但现在：黑盒子正在打开 心理学: 精神过程和行为 脑科学: 物理过程
15、自然知识 越来越了解 社会知识 越来越了解 人的知识 越来越了解,Sensor,Motor,Nervous System,Brain（Control）,Mind (Memory),环境（社会+自然界）,行为输出,信息输入,decide,decide,decide,学习的逻辑过程 学习的物理过程 都已经并正在取得进展 我们渴望在不久的将来 能够获得更科学详细的表述,新环境下的教和学,指导学习 （教师、智能工具） 教育将会是什么样? 信息技术起很么作用呢？,Sensor,Motor,Nervous System,Brain（Control）,Mind (Memory),真实环境,行为 输出,展示，文字，声音,decide,decide,decide,世界的知识：信息世界,信息服务,智能工具: 信息技术支持 知识处理 基
