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1、智能教学系统与知识心理学,张剑平 浙江师范大学 教育学院 西南大学 教育学院,智能教学系统与知识心理学,人工智能与知识心理学 智能教学系统与知识工程 人工智能的教育应用及其分类 我们的相关工作,内容提要,人工智能与知识心理学,智能与人工智能,智能 是一个人在运用以往积累的知识、经验解决实际问题的能力。 它表现为注意力、记忆力、理解力、计算力、综合分析能力和创造力等。 人工智能（Artificial Intelligence: AI） 是运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科 是计算机科学的一个分支,也是一门交叉和边缘学科 AI研究处于信息技术发展的前沿，它的研究和应用在一定程度上反映了信息技
2、术的发展方向。,认知心理学,狭义概念：认知心理学是用信息加工的观点和术语，通过与计算机相类比，模拟、验证等方法来研究人的认知过程（也称信息加工心理学）。 基本观点: 把人看成信息传递和加工系统 广义概念：认知心理学是研究人类知觉、学习、记忆与思考过程的心理学分支。 Cognitive psychology- The study of how people perceive, learn, remember, and think about information. 企图了解人的智能的性质以及人们是怎样思维的,认知心理学的研究方法,认知心理学的关注点,知觉 记忆 知识的表征与结构 决策与推理 人
3、工智能 问题解决 认知神经科学 语言 认知发展 注意力与意识(例如:游戏上瘾问题）,AI研究的重点内容,人工智能研究与认知心理学,认知心理学的创始人U. Neisser： 计算机出现后，人们对内部心理过程和状态的分析便突然不再是某种可疑的或矛盾的事情了。 认知心理学利用了AI的研究成果： 用产生式系统(Prodution System)来表现认知的技能就是人工智能研究对认知技能(Cognitivie Skills)获取作出的贡献 一些认知心理学家正在考虑把计算机语言作为认知科学研究中使用的语言，通过用计算机语言模拟人的复杂行为去研究认知过程 AI是认知心理学产生的重要外部条件 AI也应当充分利
4、用当代认知心理学的最新成果,知识心理学,由于认知心理学研究知识的表征与组织、利用知识推理、知识的获取，因此可称其为知识心理学。 丁峻，知识心理学，三联书店上海分店，2006.11 整合哲学、认知心理学、教育心理学、审美心理学、科学心理学和艺术心理学等相关学科的概念理论、思想方法与实证方法；对人类知识的结构类型、生成机制、传播方式、转化途径、进化规律、心脑系统的知识化重构逻辑、学习主体成才创造之知识策略、社会组织及国家关于自主创新工程的战略设计与思想路径等多元内容，进行多学科层面的阐述。 知识心理学 = 认知心理学 ！？！,知识表示陈述性知识,陈述性知识：描述事物状况的知识。 表征形式：命题、图
5、式（框架）等 图式的获得与改进（学习）：,知识表示程序性知识,程序性知识：关于怎样做事的知识。 表征形式：产生式系统（规则： IF THEN） 例：教师处理不专心学生的产生式系统,程序性知识与推理：专家系统,知识获取部分,解释部分,工作 记忆区,知识库,推理机,人机 界 面,一类模拟专家经验和推理过程来完成复杂专业任务的软件。,基本结构：,演示,问题解决的经典研究,问题解决是所面对的问题得到解决的认知活动 。 问题解决的策略（以状态空间搜索为例） 盲目搜索 启发式搜索,估价函数：f (n)=d(n)+h(n),问题解决的近期研究：专长的发展,新手 专家 的成长之路： 知识的程序化：由陈述性知识
6、向程序化知识转化 学会使用知识：由战术学习向策略信息的转变 对问题的表征：深层与抽象 对问题的记忆：多而大的记忆组块 参见：吴庆麟，认知教学心理学，上海科学技术出版社，2000,智能教学系统与知识工程,智能教学系统 （IIS，Intelligent Instruction System）,智能教学系统 是借助人工智能技术，让计算机扮演教师的角色实施个别化教学，向不同需求不同特征的学习者传授知识、提供指导的一种适应性学习支持系统。 智能教学系统的不同表述： IIS，Intelligent Instruction System 智能教学系统 ITS，Intelligent Tutoring Sys
7、tem 智能授导系统 ITS，Intelligent Tutor System 智能导师系统 ICAI，Intelligent Computer-Assisted Instruction （Systems）智能计算机辅助教学系统 AIS，Adaptive Instructional Systems 自适应教学系统 我国教育技术学专业2001-2006的学位论文情况：,智能教学系统的特征与构架,智能教学系统的特征： 能了解学生的学习情况 能进行有针对性的教学 可以用自然语言交互,学生模型 教师模型 智能接口,教师模型相当于 专家系统的推理机,ITS 也称为 教学专家系统,ITS 国际会议,ITS
8、国际会议：论文主题,ITS的发展趋势,自组织与个性化的信息系统新的人工智能研究趋势New AI: Toward Self-Organizing and Personalized Information Systems 克劳斯.迈因策尔（德国奥克斯堡大学跨学科信息科学研究所） 现代学习理论的应用 将现代学习理论用于ITS，可以激发学生的学习兴趣和学习主动性，为学生建构知识提供有效的信息，满足学生个性化学习的需求。 智能代理技术的应用 智能代理技术是由各种技术支撑着的，许多实用的应用特性的集合，系统正是利用这些特性来扩展并达到能自动执行用户委托任务的目的。 自然语言处理技术的应用 通过自然语言人机
9、接口更加方便地进行人机交互；实现知识点之间的层次关系和复杂的语义联系；技术实现知识的查找和利用；进行跨语种的知识学习。 虚拟现实技术的应用 虚拟现实技术是多媒体技术的最新发展，在ITS中，可以通过在虚拟环境中的亲身体验，来达到演示、操作的教学目的，也为增强学生的学习实践提供了方便、高效的途径。,对“知识工程”的解读,“知识工程是应用人工智能的原理与方法, 对那些需要专家知识才能解决的应用难题提供求解的手段” 斯坦福大学费哥巴姆(Feigenbaum) , 1977 知识工程的主要课题： 知识的表示、利用知识推理、知识获取 广义的知识工程学：“一门研究人类智能及人类知识的机理以及如何用机器模拟人
10、的智能并促进人类知识发展的学科”（黄荣怀，2004） 被泛化了的概念： 中央宣传部、文化部、国家教委、等九部委发出在全国组织实施“知识工程”的通知，并附“全国知识工程实施方案”， 以发展图书馆事业为手段，以倡导读书、传播知识、推动社会文明与进步为目的的一项社会文化系统工程。,AI的教育应用及其研究分类,我国近十年AI教育应用的研究,马颖峰、肖晓飞，AI 教育应用研究的回顾与反思，现代教育技术，2006（4）,AI的教育应用之分类,从应用对象看，“计算机的教育应用”包括（3L）： 学习计算机 (Learn about computer)； 用计算机学习(Learn with computer)；
11、 从计算机学习(Learn from computer)。 同理，“AI的教育应用”包括： 学习AI(Learn about AI) 把AI作为学习对象，内容包括AI的基础知识、基本技能及其对社会的影响等。 用AI学习(Learn with AI) 学生把AI技术与工具作为学习工具，主要包括用AI来处理信息。 从AI学习(Learn from AI) 教师把AI作为一种辅助的教学工具来辅助教学、辅助测试、辅助备课、管理教学等工作。,人工智能的教育应用 研究框架,学人工智能 走进人工智能的神秘殿堂 1、人工智能与高中人工智能课程 2、人工智能语言与程序 3、知识及其表示 4、人机博弈与智能化搜索
12、 5、推理技术与专家系统 6、机器学习与神经网络 7、机器翻译与自然语言处理 8、人工智能的进一步探索 教人工智能 课程改革视野中的人工智能 1、人工智能教育概述 2、高中人工智能课程的目标与要求 3、人工智能课程的国际比较 4、人工智能课程的教学设计 5、人工智能课程的教学策略 6、人工智能课程的教学评价 7、教学平台与教学案例 8、人工智能教学存在的问题与对策,用人工智能 用人工智能技术优化教学 1、智能教学系统概述 2、智能教学系统的结构与技术 3、智能教学系统的设计 4、智能化答疑系统 5、智能化教育决策支持系统 6、基于Web的智能化教学系统 7、智能代理技术的教育应用 8、典型系统
13、实例分析 机器人教育 机器人教育与学生创新能力培养 机器人与机器人教育 教育机器人的构成与原理 机器人课程的目标与教学设计 机器人课堂教学的实施与评价 机器人竞赛的类型与规则 机器人竞赛的辅导与组织 人工智能技术与智能机器人 机器人教育存在的问题与对策,关于“教人工智能” 以高中人工智能课程为例,多媒体技术应用,算法与程序设计,数据管理技术,网络技术应用,人工智能初步,信息技术基础,关于人工智能教育： 我国高中信息技术新课程的构成,必修课（2学分）,选修课(2+X学分),1 2 3 4 5,英国中学ICT课程的基本构成,英国James Gillespies 中学的AI教学,高中教材: 人工智能
14、初步,第1章 初识人工智能 1.1什么是人工智能 1.2人工智能可以为我们做什么 第2章 了解人工智能语言 2.1了解Prolog 2.2使用Prolog 2.3人工智能语言 第3章 用计算机表示知识 3.1知识及其类型 3.2知识表示入门 3.3知识表示的常用方法 第4章 用计算机推理 4.1 什么是专家系统 4.2 专家系统如何工作 4.3 如何开发专家系统 第5章 用智能搜索解决问题 5.1 可以通过搜索求解的问题 5.2 穷举式搜索 5.3 启发式搜索与博弈 第六章 人工智能的发展与未来 6.1 人工智能的发展 6.2 人工智能的未来,张剑平主编 教育科学出版社 2004,我们目前的相
15、关工作,人工智能教育问题研究内容与实施，浙江省哲学社会科学规划课题，2006-2008 中外比较研究（中英课标、教材比较等） 机器人教育问题（参见中国电化教育2006（12） 新课标的校本教材 国家级精品课程现代教育技术，教育部项目，2004 网上学习平台 基于Web的智能化查询 基于Web的IIS 下一步：理论？ 实践？,人工智能的教育应用 网站,栏目设置： 学AI、 教AI、 用AI, ,谢 谢,张剑平 浙江师范大学 教育信息技术研究所 2006.12.30.,E-Mail: ,内容提要,智能教学系统（IIS）是一种借助AI技术实施个别化教学，向不同需求不同特征的学习者传授知识、提供指导的适应性学习支持系统。IIS的研究、开发与应用正受到人们的日益重视。 认知心理学采用信息加工观点，通过与计算机相类比、模拟、验证等方法来研究人的认知过程。由于重在研究知识的表征与组织、利用知识推理、知识的获取，因此将其称为知识心理学。 认知心理学的建立借助了人工智能（AI）的研究成果，AI是认知心理学发展的重要外部条件。反之，作为关注AI教育应用的教育技术学科，也应当充分关注和借鉴当代认知心理学的成果。,
