人工智能之智能教学系统.ppt
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1、智能教学系统综述智能教学系统综述ITS(Intelligent Tutoring System)是一个综合性研究课题,是 AI的重要研究内容。ITS作为一个概念,形成于70年代。 ITS通过教育、计算机、AI、认知科学、行为科学等多种学科的集成,通过对人类最优秀教师的计算机模拟,实现的最佳教学过程。:教师根据每个学生的不同特点来组织教学内容,给学生安排相应的学习任务,并根据学生的完成情况提供适当的反馈信息;如果在教学过程中,学生没有取得预期的进展,教师要根据目前学生的学习情况,及时进行教学策略的改变 知识和行为的表示理解能力、解释说明能力、分析诊断能力、收集生成能力、行为评价能力、教学规划能力
2、、组织适应能力等。要求计算机系统具备所教授领域的丰富知识,知道使用最有效的教学方式向学生传授知识,清晰了解学生的学习状况,能够及时诊断学生错误并加以更正等多种功能。 基于计算机的教育基于计算机的教育:作为一种现代化教学手段和工具,应用于教育领域开始于作为一种现代化教学手段和工具,应用于教育领域开始于20世纪世纪50年代。年代。-教育手段教育手段/教学方法教学方法/教材形式教材形式/教学内容和结构教学内容和结构/教学思想和教学理论变革教学思想和教学理论变革 l从从50年代出现的早期线性程序年代出现的早期线性程序l60年代开始出现的分支程序年代开始出现的分支程序l70年代开始出现的生成系统和年代开
3、始出现的生成系统和 CAI和和ITSAI:ITS的研究由于涉及几乎的研究由于涉及几乎AI研究中的所有主要问题包括专家系统、研究中的所有主要问题包括专家系统、NLP、机器学习、机、机器学习、机器视觉、知识表示、知识工程、问题求解、规划问题等,从而对器视觉、知识表示、知识工程、问题求解、规划问题等,从而对AI相关技术提出要求。相关技术提出要求。 认知科学:认知科学:研究人类认识的心理学、研究人类认识的心理学、AI、逻辑和知识论等综合形成的交叉科学,以认知、逻辑和知识论等综合形成的交叉科学,以认知心理学、认知生理学、认知工程学等相关学科为基本内容并被认为是心理学、认知生理学、认知工程学等相关学科为基
4、本内容并被认为是ITS的主要理论基础。的主要理论基础。ITS的研究开发运用了相关学科的最新研究成果并对相关学科的学科发展提出的研究开发运用了相关学科的最新研究成果并对相关学科的学科发展提出特殊要求,并通过特殊要求,并通过ITS的研究与开发及其运用反过来推动相关学科的发展。的研究与开发及其运用反过来推动相关学科的发展。 SCHOLARSCHOLAR系统129是一个关于南美洲地理的教学系统, 是第一个有代表性的ITS。系统的知识表示采用语义网络方法。学科中的具体的对象或概念被表示成为语义网络中节点;每个节点是由节点名和一组性质组成;这些性质是一些属性-值对;属性可以是其它单元,也可以是几种特殊属性
5、之一。SCHOLAR系统研究的一个重要部分是教学中的对话,系统可以回答学生提出的未预测到的问题。系统中的自然语言处理基于状态文法系统,并且主要由语义网络中的地理知识指导对学生响应的语义解释。适应语义网络所存储的信息的不完备性,SCHOLAR系统中的推理策略被设计为通过相交搜索、共同的超级坐标、开集合与闭集合等方法来完成对问题的推理。推理方式与语义网络无关,可以应用于其它不同的领域。同时因为推理方式与人类的推理方式非常相似,因而十分自然。WEST系统是第一个计算机教练系统。教练这一术语描述一个基于计算机的学习环境,在这一环境中学生像玩游戏那样参与活动;系统通过观察学生的活动进行工作,在需要矫正时
6、提出批评或建议。WEST系统的研究集中于诊断策略和教学策略。系统支持有指导的发现学习。系统认为学生依靠其先验知识构造自己对一个环境或任务的认识。因此错误的概念或想法在教学中起主导作用。系统主要通过差别模拟技术来发现学生错误。该技术是将学生行为与专家在同一情况下的行动进行比较;这种比较所发现的差别在某种程度上说明了学生懂什么或不懂什么。系统通过执行以下两个任务构造差别模型:l同一情况下专家可能采取的行动对学生的行为进行评价;l判断学生和专家在决定其各自行为时所用的知识。为了使学生的学习取得较好的效果,系统的教学法遵守以下原则:教练哲理;维护学生的游戏兴趣;增加学习的机会和对教学环境的考虑。该系统
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