人工智能辅助教学系统概念设计

人工智能辅助教学系统概念设计

姜伟

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摘要:人工智能（AI）的应用已经在各行各业初见成效，根据某科研机构推测，教育应该是最后被人工智能完全取代的领域，固本文初心并非用人工智能技术完全取代传统教学，而是给出一些基于目前已有技术下，建立一套人工智能辅助教学系统来提高教学效率和质量的概念设计。目的在于解决传统计算机辅助教学系统中出现的诸多问题，不成熟之处还有待后续完善，目前只能是概念设计。

关键词: 人工智能、辅助教学系统

一、传统计算机辅助教学存在的问题

计算机辅助教学的具体含义随着计算机技术的升级不断在更新迭代，我们常用的“课件”、“微课”等计算机文字、图像、视频等教学内容均是计算机辅助教学的范畴。在这类辅助教学系统中，学习者可以对自己的学习内容有选择性的学习，而且教学内容往往更形象、更丰富，能更好的的实现因材施教。但是，传统的计算机辅助教学绝大多数都是以编程方式将教学内容融入课件或者微课中，这样的课件或者微课制作完成后，其本身非常不利于修改和完善。

（一）开源性差

计算机辅助教学系统目前最大的缺点是不具有开源性。课件无法被使用者根据自己的需求进行任何修改。其缺点有：1.课件内容不可修改，适应性差，不便于更新，无法适应现在知识更新迭代的快节奏；2. 教学设计固定，教师自主发挥的空间很小；3.不需要清楚授课对象情况，所以其针对性也很低；4. 更新困难，新资源无法利用，二次开发成本很高。

（二）人机交互差

目前的课件或者微课的学习和使用方法是单方向的，只能从课件或者微课一侧传递到使用者一侧。不论是对老师来说缺乏交互性，对学习者更缺乏互动环节，这是传统的计算机辅助教学普遍存在的问题。

（三）师生互动少

教师使用传统的计算机辅助教学系统展现整个课程的时候，更多的是换一种方式展现，这种输出对于学习者来说就是输入，这一出一进是单向的，缺乏学生的反馈的渠道，更缺乏针对这种反馈采取变化的设计。所以传统的计算机辅助教学设计系统是缺乏师生互动的教学系统。

二、人工智能辅助教学系统特点

（一）教学设计智能化

对于学校教师，由于面对特殊的群体，教学设计是很重要的环节之一。但是，好的教学设计太难，大多数的教师的教学设计比较传统缺乏创新，也缺乏针对性。因此，若能让计算机帮助教师完成有创新有针对性的教学设计，让教师能都有更多精力关注于教学过程，关注于学生的学，减少花在备课上的时间。
    目前教学设计智能化的研究主要集中在5个方面：1.提供集成写作工具；2.提供教学设计专家系统；3.提供教学设计咨询服务；4.提供教学设计的信息管理系统；5.提供电子绩效支持系统。

（二）教学评价智能化

现在提倡的评价体系，其成绩不能是简单的考试成绩，需要全程多元评价体系，这样一来教学评价就变得复杂。一般意义上的打分已经适应不了新的评价体系，这就需要人工智能的加入，将教学评价智能化。[4]。
    目前，教学评价智能化的研究主要集中在3个方面：

1.客观测试：测试题的答案从预先定义好的有限个问题答案中选择或比较，计算机对考题答案的评分不需要任何的主观因素参与，客观测试主要用于评估知识覆盖型和事实记忆型为主的课程。

2.计算机自适应测试：指在具有一定规模的精选试题组成的题库支持下，按照一定的规则并根据被试的反应选取试题，直到满足停止条件为止；

3.基于互联网的远程考试与评价：客观测试和计算机化自适应测试的相关的理论、方法与技术已相当成熟，能比较好地解决了知识层面的评价问题。

（三）专家系统

传统教学中，我们经常要进行教研会，商讨教学开展的相关事情，这个时候往往都会有一到几位专家级的经验丰富的教师作为主力拍板定案，我们每一个专业都有一些学校的骨干教师，作为这个专业的牵头者，专家的水平往往也决定了本校本专业的水平。通过专家系统的开发，给与这类学校的专家一定的权限去把控相应的教学的开展，同时更为关键的是利用其全国的每个专业方面的专家资源库，建立起一套成熟的专家系统。

三、人工智能辅助教学系统构成

复杂的教与学的思维过程构成了教学过程。它依据教师的专业知识和教学经验，根据学生的基础和优缺点，以最恰当的教学策略对学生进行教学和辅导。该系统的重点是要具有评价、修改、友善的人机交互等功能。我们在这儿提出一个具有系统模块、学习模块、教学模块和交互模块等组成的人工智能辅助教学系统的概念设计。

1.系统模块

系统模块主要功能是集合前面专家系统和整合后面的子系统。此系统模块具有如下功能：

（1）能够依据学习模块上传的学生学习数据，经过系统的智能搜索与推理，分析出个性化的教学策略和教学方法；

（2）能够对学生的学习水平进行客观科学的评估；

（3）能够经过解析学生以前的学习习惯及兴趣，预估学生的学习需求和易错点；

（4）能够将学习方法与学生动态匹配；

（5）能够将学习内容与学生动态匹配；

（6）能够有针对地提出合理的教学建议和改进方法，智能的解析学生错误的过程。

2.学习模块

学习模块是一个能够记载学生的学习状况的数据库。此学习模块具有如下功能：

（1）能够搜集学生学习的相关信息数据，然后依据搜集到的数据，通过一定的评估，得出学生目前的学习特点，以便进行因材施教和个性指导；

（2）能够学生学习情况进行建模及更新，并作为后续教学的依据；

（3）能够完成对学生全程多元评价。

  3.教学模块

教学模块用于指导整个教学过程，这种指导细致并灵活。此模块中教学策略与教学内容相分离，各种教学策略存放于它的数据库中，此模块具有如下功能：

（1）教学过程中，根据教学需求的差异，系统可随时选择相应的教学策略；

（2）能够依据选出的教学策略，生成对应的教学内容；

（3）能够将系统模块生成的教学内容和学习模块生成的学生模型做对比，对学生掌握的知识进行查漏补缺，之后利用数据库中的教学策略形成最适合的教学决策。

4.交互模块

交互模块之所以单独出来，突显其重要性，是因为在现代科技发展过程中，不论是哪个行业甚至包括军事领域，一个良好的交互设计都至关重要。在我们这个人工智能辅助教学系统中也同样举重轻重。交互模块是信息有效输入和输出的关键载体，用户体验的好坏，信息获取的有效性就依赖这个模块，直接关系到用户是否愿意下次继续使用的心情，是我们这套系统的生命线。

四、结束语

很长时间，我们也只能将人工智能作为辅助而已，教学是一件复杂的事情，我们目前只能是利用人工智能技术减少一些不必要教学的工作量，提高教学质量，增进学生学习的兴趣等，人工智能是一个工具，教师依然是教学的关键！

参考文献：

[1] 冀俊忠.落实科学发展观，深化“人工智能”课程的教学改革[J].计算机教育，2009（24）：105-107.

[2] 胡继礼，殷云霞。人工智能技术在教育中的应用[J]电脑知识与技术（学术交流），2007，（12）

[3] 万玛宁，关永。人工智能技术在计算机辅助教学中的应用研究[J]微计算机信息，2006，（05）

[4] 黄荣怀，刘黄玲子，李向荣. 计算机辅助评价的发展趋势[J]. 电化教育研究，2002,(5):15-21.