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1、河海大学 硕士学位论文 基于WEB的智能教学系统 姓名：张晓峰 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：张正兰 20030612 摘要 智能教学系统( I T S ：I n t e l l i g e n tT u t o r i n gS y s t e m ) 也称为I C A I 系统 ( I n t e l l i g e n tC o m p u t e rA s s i s t e dI n s t r u c t i o nS y s t e m ) 即智能计算机辅助教 学系统，它是将人工智能( A I ：A r t i f i c i a lI n t e l l
2、i g e n c e ) 技术引入C A I 系统 中，赋予机器以人类高级智能的系统，属于人工智能的个分支领域。 本文对I T S 的相关概念、体系结构和功能进行了探讨，提出了一个基于W e b 的智能教学系统模型，并给出了其框架结构。 将该模型应用于多媒体技术智能教学系统( 眦I T S ) 的设计中。该系统主要 由教师系统、学生系统、W e b 教学服务器以及网络通讯四部分组成。另外，还设 计了一个具有树状结构的知识库结构，并把先进的教学元素进行归纳总结成教学 元素库，再根据教学策略摸板库就可以实现智能的选择教学策略来进行教学。 关键字：C A I ，I T S ，W e b ，人工智能
3、 A B S T R A C T I T S ，a s l oc a l l e dI C A I ( i e I n t e l l i g e n tC o m p u t e rA s S i S t e dI n s t r u c t i o n S y s t e m ) ，i S a s y s t e m t h a tc a nv e s ta c o m p u t e r w i t ha d v a n c e dh u m a n i n t e l li g e n c eb ya p p l Y i n gA 1t e c h n i q u e st oC A
4、I w h i c hi Sab r a n c ho fA I T h et h e s i Sp r o b e si n t oc o n c e p t i o n ，s y s t e ma n df u n c t i o nc o n c e r n e dw i t h I T S O nt h e s eb a s e s ，i tb r i n g su pa nW e b b a s e dI T Sm o d e l ，a n da n a l y s e s i t Sm a j o rc o m p o n e n t sa sw e l l A p p l Yt
5、h i Sm o d e lt ot h ed e s i g no fM u l t i m e d i aI n t e l l i g e n tT u t o r i n g S y s t e m ( M M I T S ) T h es y s t e mm a i n l Yc o n s i s t so ft e a c h e rc o m p o n e n t ，s t u d e n t c o m p o n e n t ，w e b t u t o r i n gc o m p o n e n ta n dn e t w o r kc o m m u n i c
6、a t i o n B e s i d e s ， t h et h e s i Si l l u s t r a t e st h ek n o w l e d g e l i b r a yw i t haf a m i l y - t r e em o d e l I t s u m su pt h ea d v a n c e dt u t o r i n gc o m p o n e n t s ，a n dt h e r e u p o nt h ei n s t r u c t i o n w i t hi t st a c t i c sc h o s e nb yi n t
7、e l l i g e n c ec a nb er e a l i z e dW i t ht h eh e l po f t u t o r i n gs t r a t e g ym o d e l K e yw o r d s ：C A I ，I T S ，W e b ，A I 河海大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 研究背景 计算机辅助教学是指用计算机帮助或代替教师执行部分教学任务，向学生传 授知识和提供技能训练，直接为学生服务。用于执行教学任务的计算机程序称为 教学软件或课程软件，简称为课件。作为一种教学媒体，计算机与教科书、投影 仪、电视机和录像机等一样，具有帮助教师提高教学效
8、果、扩大教学范围和延伸 教师功能的作用。然而，由于计算机具有存储和处理信息的能力，不仅能够呈现 教育信息，还能接受学生的应答并进行判断，进而对学生进行学习指导，计算机 辅助教育可以做到根据学生的特点，实施因材施教。 然而，传统的C A I 系统是将全部教学信息以编程方式预置于课件中的，学生 学习时，教学信息是按预置的教学流程提供给学生的。这显然不利于学生主观能 动性的发挥。而且，这样的课件一旦制作完成，任何较大的教学改进都可能会导 致整个软件系统的重新编译，给维护工作带来极大的不便。 随着计算机网络技术的迅猛发展，以互联网为基础的远程教育成为新世纪教 育的发展方向。开发和研究基于I n t e
9、 r n e t 的计算机远程教学系统已成为世界各 国所关注的重要课题。 1 1 1 计算机辅助教学C A I 的介绍 1 1 1 1 C A I 的起源和发展 计算机辅助教学( C A I ：C o m p u t e rA s s i s t e dI n s t r u c t i o n ) 在教育界已经成为 人们熟知的名词，它既是一项重要的教育技术，又代表一个十分广阔的计算机应 用领域，包括将计算机直接用于为教学目的服务的各类应用“”。 从诞生至今，C A I 经历了几个不同的发展阶段。6 0 年代是C A I 的启蒙期，7 0 年代是C A I 的试验期，在这段时期，C A I 虽
10、然表现出较大优势，但仍然主要是用 于模仿传统的课堂教学，代替教师的部分重复性劳动，并未充分发挥出计算机应 有的潜能。8 0 年代微型计算机的普遍使用使C A I 的应用得到蓬勃发展，教学理 念与计算机技术上的进步给C A I 注入了新的活力，计算机辅助教学有别于传统 教学的特点日益增强。9 0 年代，C A I 进入了一个网络化和多媒体化的时代，特别 阿海大学硕士学位论文 是随着”信息化教育”的提出，C A I 的概念与技术有了很大的发展。了解这些发展 动态对于把握C M 的研究与实践方向具有重要意义。 与传统的教学模式相比，基于网络的教学模式( 见图1 1 所示) 使得教学手 段和方式都发生
11、了翻天覆地的变化，突出了学生为中心的特点。试列表比较如下： 表1 1 传统教学模式与基于网络的教学模式的比较表 传统教学模式基于网络教学模式 教学方法以教师讲授为主启发学生探究为主 教学方式说教式教学交互式教学 课程设置分科性单一化教学多学科的综合性教学 集体的无个性的个性化、多样化的 学习行为 个体学习行为合作学习行为 教师角色教师作为知识的垄断者和教师作为学习的导航者、 传播者设计者、帮助者和指导者 对分科知识与分类技能的以行为为基础的综合性 评价方式 评价评价 基于网络的教学模式具有如下优点： ( 1 ) 覆盖面广，受众群体广。对于校园或局域网络，它的覆盖是某个学校 或某个局部地区；对于
12、I n t e r n e t ，它的覆盖就是全世界只要你上网。 ( 2 ) 更新及维护方便快捷。网络c A I 课件的作者或管理者可以在需要的时 候随时随地对课件进行修改和更新，课件的使用者也可以即时看到更新后的内 容，而且几乎不需要任何成本。 ( 3 ) 交互性极强。无论是校园网络或I n t e r n e t ，通过一定手段都可以实现 客户端 实时或异步的交流，教学者和受 教者都可以以某种方式交流思 想。应用网络C A I 课件可以不受 时间和地域的限制，实现点对点、 点对面的交流活动。 河海大学硕士学位论文 图1 1 基于网络的C A I ( 4 ) 实现资源共享。网络C A I 课
13、件发布后，任何登录到服务器的用户都可 以利用课件进行教育和学习活动，同时可以随时调用网络上的相关资源。建立一 个C A I 资源中心，就可以实现资源共享，避免人力、资源等的浪费，又可以互 相学习。 ( 5 ) 有利于因材施教。应用网络C A I 系统的监控功能，可以随时监看学生 的学习情况，对于不同程度的学生，可以调整课程进度，给予不同的建议、辅导。 学生在教师的指导下可以自行选择学习顺序和进度、难度，使个别化教学成为可 能。 1 1 1 2C A I 的结构和模型 C A I 的分类可以按照组织结构的方式来分，也可以按照该C A I 所进行的教学 活动的特点来进行。 ( 1 ) C A I
14、按照组织结构的方式可以分为固定型、生成型及智能型三种结构 类型。 夺固定型结构固定结构类型又称框面型( f r a m e o r i e n t e d ) ，是目前使 用较多的一种结构方式。它将各种与教学活动有关的信息( 教学内容、提问与预 计回答、反馈、控制转移方式等) 组织成一个个的框面，以这些框面为单位，通 过控制转移的预定路径实现教学活动。 夺生成型结构生成型课件是依据教学活动中的有关信息为参数，形成教 学内容，或是决定教学活动的控制转移。有的课件是以模型的方式把要教学的规 律与公式、定律等存放于计算机内，利用计算机内的随机数产生算法，随机地产 生该模型的输入参数，从而产生所要呈现
15、的例子和问题。 夺智能型结构智能型课件是将人工智能的研究成果应用于课件的结构 设计。一般说来，智能型课件由能产生教学内容的知识库、可检测学生能力与知 识状态的模型机制、可决定教学内容呈现次序与呈现方式的策略模块以及可对学 生进行授导、练习等教学会话的人机界面等模块组成。 ( 2 ) C A I 向学生提供各种各样的教学环境，控制着各种各样的教学活动。 按照C A I 所进行的教学活动的特点，通常将C A I 课件分为操练与练习、指导、模 拟、游戏、咨询及问题求解等基本模式。 河海大学硕士学位论文 夺操练与练习型模式操练与练习型课件的功能主要是不断地产生和提 出问题，等待回答，进行判断和给出反馈
16、。操练与练习型课件结构简单，又有一 定的教学效果，因而目前生产与销售量较多。 夺指导型模式指导型课件提供的教学方式比较精巧一些，包括呈现各 种形式的教学材料( 概念叙述、公式、规则、例子、说明等) 和提问、回答与判断 反馈等各个方面。它通过仔细安排的人机会话，使学生处于一种个别指导方式的 教学环境下进行学习，以达到预定的教学目标。 夺模拟型模式模拟( S i m u l a t i o n ) 型课件的教学方式与前几种类型的课 件不同。它利用计算机模拟自然科学或社会科学的某些规律，产生各种与现实世 界相类似的现象，供学生观察，帮助学生认识( 发现) 和理解这些规律与现象的本 质。 冷游戏型模式游戏( G a m i n g ) 型课件的教学方式是寓教学于游戏之中。 夺问题求解型模式问题求解( P r o b l e mS o l v i n g ) 型模式的计算机辅助教 学有着广泛的学习形态。最简单的一种是让学生利用计算机作为解题工具，进行 计算和方案的比较等，以发展学生解决问题的能力。 尽管本文按教学活动的方式将课件
