导语：如何才能写好一篇人工智能教学的优点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
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关键词：人工智能；本科高年级教学；教学改革
中图分类号：G642 文献标识码：B
1 引言
人工智能是计算机科学与技术学科类各专业重要的基础课程，在信息类相关的许多高年级本科和研究生都开设了人工智能课程。人工智能是一门前沿性的学科，它主要研究计算机实现智能的基本原理和基本方法，同时人工智能也是一门多学科交叉的综合学科，它涉及计算机科学、数学、心理学、认知科学等众多领域。广义的人工智能涵盖了模式识别、机器学习、数据挖掘、计算智能、神经网络、统计学习理论等众多研究方向。人工智能作为计算机学科的重要分支，已成为人类在信息社会和网络经济时代所必须具备的一项核心技术，并将在未来发挥更大的作用。
由于人工智能课程的学习难度较大，内容更新比较快，也繁多，使得教学有一定的难度。特别是针对本科高年级的人工智能教学，由于本科生的研究意识相对较弱，而人工智能比较强调科研性，所以如何教好本科高年级的人工智能课程是一项非常具有挑战性的任务。
本文通过分析本科高年级的教学特点和人工智能课程的自身特点，在如何提高教学质量这一问题上提出了几点思考。
2 本科高年级的教学特点
中国的本科教育，由于历史和经济发展水平等诸多原因，目前的定位还是培养某方面专业人才的专才教育。本科高年级学生在完成了低年级公共基础课程和部分专业基础课程的学习之后，迫切希望了解本专业的应用领域和发展前景，所以在教学过程中要注意内容的应用性和专业性。另一方面，本科高年级学生也是研究生教育的储备人才，在教学过程中要适时的进行科研引导，这样能够让毕业生保持对科学的兴趣，从而为研究生阶段进一步深入研究打下基础。本科生一般于4年级的10月份开始着手毕业设计，在本科高年级的教学过程中还要注意与毕业设计的内容相结合，这样可以让学生提前做好准备，选择适合自己的方向。
3 人工智能课程的学科特点
与信息类其它专业课程相比，人工智能具有应用性、研究性和发展性三个重要学科特点。首先，人工智能是一门应用性很强的学科。人工智能学科的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。人工智能技术广泛应用于模式识别、数据挖掘、智能控制、信息检索、智能机器人等领域，在日常生活中，随处可见人工智能技术的应用实例；其次，人工智能技术具有很强的研究价值，是计算机科学领域中重要的研究方向。技术进步无止境，研究者们不断追求开发出效率更高、更智能的人工智能技术：最后，人工智能是一门正在发展中的学科。随着信息化、计算机网络和Internet技术的发展，人类已步入信息社会和网络经济的时代，它们为人工智能提出了许多新的研究目标和研究课题，人工智能的应用领域以及技术算法都在不断发展。
4 人工智能教学的三点思考及对策
4.1 注重应用性和介绍性
在教学实践中，笔者发现，本科高年级学生一般比较关心各种人工智能技术的应用领域和使用方法，而对基础性理论和技术细节不是很感兴趣。他们一方面希望能学到很多较新和较实用的人工智能算法，并且最好可以看到使用效果；另一方面又希望老师的教学主要停留在介绍性层面，不想花太多时间在复杂的理论理解上。这也比较符合本科高年级的教学特点，本科阶段主要是培养具备较强应用性和基础科研素质的专业人才。传统的人工智能教学主要讲授知识表示和搜索推理技术，大部分实例都是解答式或推证式的。由于其知识的抽象性，又加之其应用实例较少，所以往往教师感觉难讲，学生在学习过程中也感觉乏味，对讲授的内容大多都是死记其方法和步骤，因此影响了教学效果。针对这一问题，笔者认为，在设计人工智能教学时，要注重内容的新颖性、实用性和介绍性。除了讲授那些仍然有用的和有效的基本原理和方法之外，要着重介绍一些新的和正在研究的人工智能方法和技术，特别是近期发展起来的方法和技术，如支持向量机、决策树、模糊集、遗传算法、蚁群算法等。这些内容的理论部分可以不必过分深究，教学重点主要放在介绍每种技术的产生背景、发展状况、应用领域和具体实现上。此外，要注意理论与实际应用密切结合，在教学过程中加入一些与课程内容结合的、可以用计算机实现的实际应用内容。考虑到目前应用最广泛的人工智能领域之一是模式识别，而研究模式识别的主要计算机工具是Matlab，所以笔者在教学过程中以手写数字识别作为教学实例，针对所介绍的每一种人工智能技术，都将其应用于手写数字识别当中，并讲解了这些技术的Matlab实现方法。学生在掌握了基本理论之后，可以按照实现步骤的指导，立刻上机见到算法的实际效果，加深对算法实现思路和方法的认识。
4.2 注重科研引导性
本科教学不仅要培养学生的应用能力，还要培养学生具备基本的科研素质。本科教育一方面为社会培养了大批应用型人才，另一方面也要为我国的科研事业培养后备力量。特别是近几年来我国对科研的投入不断增加，研究生招生规模逐年增大，本科高年级学生打算继续读研的也不在少数。而人工智能是计算机相关学科非常活跃的研究课题，其涵盖的分支非常广泛，如模式识别、机器学习、数据挖掘、计算智能、统计学习理论等，都是目前国际和国内热门的研究方向。针对这一特点，在本科高年级的人工智能教学中，还要注意对学生适时适度的科研引导。这样可以激发学生的研究兴趣，树立目标意识，找准研究方向，为未来的科研工作打下基础。在教学过程中，可以引导学生思考每种人工智能技术的优点是什么?缺点是什么?有没有改进的办法?比如BP神经网络是计算智能中较为成熟的技术，具有强大的非线性学习能力，在模式识别、经济数据分析、生物信息学、数据挖掘等众多领域都取得过成功应用。然而BP神经网络算法自身也存在着一些缺点，如会有局部最小解、解受初值影响较大、理论解释不完善等。近十年来，研究者逐渐把目光转移到另一种新的非线性学习工具――支持向量机上。同神经网络相比，支持向量机具有泛化能力强、不受局部最小问题困扰、理论背景完善等显著优点。在给学生讲解BP神经网络算法的时候，一方面可以通过手写数字识别实验展示其强大的非线性分类能力，另一方面也要告诉学生，BP神经网络并不是完美的，其缺点同样明显。然后引导学生对这些问题进行思考，讨论有没有更好的解决办法。此时，顺势引出支持向量机的内容，并且介绍支持向量机的研究现状和研究方向。通过两者的对比，学生不但了解到了较新的人工智能技术，又对人工智能研究中如何去发现问题、解决问题、人工智能技术的进化历程有了直观的印象。
4.3 教学内容与毕业设计相结合
本科毕业设计是对本科生用所学知识来解决实际问题和进行专业研究能力的检验，是本科高年级学生将要面临的一项重要任务。由于人工智能学科具有应用性和科研性的特点，人脸识别、网页检索、经济预测、基因数据处理等应用领域都离不开人工智能技术，所以人工智能方向为学生提供了丰富的毕业设计选题。针对这一特点，在本科高年级的人工智能教学中，可以适当穿插介绍有关毕业设计的内容。告诉学生哪些应用领域是目前人工智能研究的热点方向，哪些人工智能技术可以用来解决这些问题。通过向学生介绍具有一定应用价值和研究意义的题目，然后引导他们查找阅读相关技术文献，分析问题，解决问题，最后编写代码和撰写论文。比如笔者给学生提供的选题包括：(1)基于支持向量机的上市公司信用评价；(2)正则化回归在股票预测中的应用；(3)基于肤色的人脸检测；(4)基于内容的网页图像检索等。这些题目应用性强，具有一定科研深度但是难度又不至于太大，学生选择这些题目的积极性很高。通过将教学内容与毕业设计相结合，不但加深了学生对课程的理解，又使其找到了合适的毕业设计题目，可谓一举两得。
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关键词:人工智能;理论传授;实验训练;科研训练
人工智能(Artificial Intelligence,AI)是计算机科学与技术专业的一门重要专业课程,是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科。它研究如何用计算机模仿人脑所从事的推理、证明、识别、理解、设计、学习、思考、规划以及问题求解等思维活动,并以此解决需要人类专家才能处理的复杂问题,例如咨询、诊断、预测、规划等决策性问题[1]。人工智能是一门涉及数学、计算机、控制论、信息学、心理学、哲学等学科的交叉和综合学科。目前,人工智能很多研究领域,如自然语言处理、模式识别、机器学习、数据挖掘、智能检索、机器人技术、智能计算等都走在了信息技术的前沿,有许多研究成果已经进入并影响了人们的生活。
2003年12月5日,国内第一个“智能科学与技术”本科专业在北京大学诞生[2],它标志着我国智能科学与技术本科教育的开始,对我国智能科学技术人才培养和智能科学与技术学科建设起到极大的带动作用。目前,人工智能课程的教学存在几个问题:首先,注重讲授理论知识,实验环节滞后,这不利于培养学生的实践能力,更谈不上实践创新。其次,人工智能是交叉学科,内容比较繁杂,各种教材的内容不一样,授课没有统一的体系,学生学习时抓不住重点,不能理解人工智能的根本方法和思想。一般说来,计算机专业的其他课程,如网络技术、数据库技术、算法分析与设计等,都是求解结构化问题的基本技术,而人工智能技术则是解决非结构化、半结构化问题的有效技术。最后,人工智能科学与技术飞速发展,但目前人工智能只被视为一门专业课,课程讲授和人工智能没有作为一个研究方向结合起来,也没有把传授课本知识和引导启发创新结合起来。
适应知识经济发展的高等教育,要把培养创造精神和创新能力摆在突出的位置。创新是基础研究的生命,而高等学校的教学只有与科研紧密结合,才能在培养学生的创新精神方面有所作为。为此,针对人工智能的课程特点,我们积极开展研究型教学、研究型学习,提高大学生的学习能力、实践能力和创新能力的研究与实践。在教材上,我们选用了清华大学出版社出版、马少平等编写的《人工智能》。我们的教学研究与实践的主要内容包括三个方面:启发式传授人工智能解决问题的非结构化的思想;成体系的实验训练;以及与毕业论文,学校大学生科研项目资助计划,国家大学生创新性实验计划相对接的科研训练。这三个主要方面,层层递进、环环相扣,是体系完整的创新型人工智能教学实践。下面,我们就这三个方面内容展开探讨。
1启发式传授人工智能解决问题的非结构化思想
现实世界的问题可以按照结构化程度划分成三个层次[1]:1)结构化问题,能用形式化(或称公式化)方法描述和求解的一类问题;2)非结构化问题,难以用确定的形式来描述,主要根据经验来求解;3)半结构化问题,介于上述两者之间。一般说来,计算机专业的其他课程如网络技术、数据库技术、算法分析与设计等,都是求解结构化问题的基本技术。而人工智能技术则是解决非结构化、半结构化问题的有效技术。人工智能的教学可以让学生在体验、认识人工智能知识与技术的过程中获得对非结构化、半结构化问题的解决过程的了解,从而达到培养学生多角度思维的目的。
我们使用的教材主要内容包括搜索和高级搜素、谓词逻辑和归结原理、知识表示、不确定性推理方法、机器学习等。这些主要内容也可以相应地归结为若干个典型算法,如启发式A*搜索算法、 剪枝算法、元启发式算法(模拟退火,遗传算法)、谓词逻辑归结算法、贝叶斯网络、决策树、神经网络(BP算法、自组织网络和Hopfield神经网络算法)。元启发式算法是一种启发式的随机算法,是用来解决非结构化问题的典型算法,其思想和传统的决定性算法如动态规划、分支限界完全不一样。学生在刚一接触到这些元启发式算法一时难以接受和理解其机理,对算法的有效性往往半信半疑。根据非结构化、半结构化问题的特点,讲解和演示算法在解决此类问题的具体步骤和详细过程,从而让学生掌握人工智能算法的基本思想。在讲解不同的元启发式算法的时候,学生会问,是模拟退火算法强,还是遗传算法强;在讲到机器学习算法的时候,学生会问到底哪个分类算法最好,这时候我们可以把搜索(优化)领域和机器学习领域的“没有免费午餐”定理进行适当的讲解和解释,从而把具体算法实现层面之上的一些人工智能的哲学思想进行传授。
在人工智能的具体教学中,采用问题教学法和参与式教学法。在问题教学法中,围绕人工智能的知识模块,在引导学生发现各种各样问题的前提下,传授知识。教学活动中,尝试使人工智能知识围绕实际问题而展现,使问题不仅成为激发学生求知欲的前提,也成为学生期盼、理解和吸收知识的前提,以此激发学生的创造动机和创造性思维。在参与式教学中,打破人工智能算法的枯燥、沉闷的传统教学法,尝试开放式教学内容;提问式讲课;无标准答案的课程设计;查找文献,分组动手实现人工智能算法等参与式教学方法,培养和发扬学生的参与意识,通过参与式教学提高学生学习的主动性、积极性和效率,培养学生的动手能力和创新能力。
2成体系的实验训练
独立开展人工智能实验课程,开发一批新型、富有创意的实验案例库,搭建一个创新实验和虚拟学习社区平台。人工智能实验课程的特点是应用各种人工智能方法,根据问题的约束、结构、信息进行表示建模和计算机上实现,是与人工智能原理同步的实验课程。学生必须掌握的人工智能的基本原理和计算机操作技能,它对于学生的知识、能力和综合素质的培养与提高起着至关重要的作用,在整个教学过程中占有非常重要的地位,是计算机软件、计算机应用、计算机网络、软件工程等专业的一门重要的必修专业课程。通过实验,学生得到严格的训练,能规范地掌握人工智能的基本理论和主要方法、基本问题求解技术,熟悉各种计算环境的基本使用。
在培养学生掌握实验的基本操作、基本技能和基本知识的同时,努力培养学生的创新意识与创新能力。为实现这一目标,在课程内容安排上采用适量基本原理与方法的实验内容为基本内容,增加一系列综合性实验和开放性创新实验问题,在实验内容方面更注重研究性实验中的创新问题。实验内容方面分为三个层次:基本原理的基础性实验、综合实验和研究性实验。在后两个层次的实验中,部分引入人工智能课程小组团队的最新科研成果,目的在于通过完成这些研究性实验,培养学生独立解决实际问题的能力,以提升学生的科研素质与创新意识。我们将这些设计实验称为新型实验案例库,它被放在人工智能课程小组网站上,以此搭建一个创新实验和虚拟学习社区平台。通过实验课程的学习和训练,学生应达到下列要求。
1) 掌握人工智能方法的优点及其在实际中的应用。
2) 学会对人工智能问题进行分析建模和应用各种计算工具实现问题求解,熟悉对实验现象的观察和记录,实验数据的获取与设计,最佳实验条件的判断和选择,实验结果的分析和讨论等一套严谨的实验方法。
3) 巩固并加深对人工智能原理课程的基本原理和概念的理解,培养学生勤奋学习,求真求实的科学品德,培养学生的动手能力、观察能力、查阅文献能力、思维能力、想象能力、表达能力。
4) 通过完成综合研究性实验,培养学生独立解决实际问题的能力,提高学生的科研素质与创新意识。
在培养学生掌握实验的基本操作、基本技能和基本知识的同时,进一步培养学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的创新意识、创新精神和创新能力,为学生今后从事科研、教学或企事业单位的分析检验以及新技术的研发工作打下扎实的基础。
在实验组织方面,根据各实验的目的和要求,学生分为5人1组,指定一个组长,每组选择1套实验题目。基础实验题目要求达到27学时、综合性实验题目选择1题和研究性实验题目选择1题,基础实验题目要求在规定时间内,小组独立完成实验测定、数据处理,并撰写实验报告。实验过程中, 要求学生勤于动手, 敏锐观察, 细心操作, 开动脑筋, 分析钻研问题, 准确记录原始数据, 经教师检查,实验及其原始数据记录才有效。同时,团队作业,需要多人分工合作、相互帮助,这样可以提高人际交往和沟通能力,学会与他人合作,培养团队创新能力。
3课程学习与毕业论文,科研训练相结合
人工智能技术在一定程度上代表着信息技术的前沿和未来,通过学习和体验人工智能的知识和技术,学生能够在一定程度上了解信息技术发展的前沿知识,这有助学生开阔视野、培养兴趣,为今后继续深造或走向社会奠定坚实的基础[3-4]。
人工智能的理论和方法广泛应用于数据挖掘、机器学习、模式识别、图像处理中,这些内容既是高年级的后续课程,又是现在热门的研究方向。学习和深刻理解人工智能的理论、方法和应用,对后续课程学习以及今后的研究具有重要的意义。
我院规定大学三年级的学生开始联系毕业论文指导导师,同时确定毕业论文的研究方向,提前进行科研实践,以培养实践能力和研究素质。人工智能课程正好是大三高年级开设的专业课,因此,我们把课程实验及设计与同学的兴趣相结合,引导学生,并提炼和形成学生的毕业选题和课外的科研方向,它是提高本科生研究创新能力的有效手段。
基于新的教学实践,很多学生的选题都与上述归纳的人工智能若干算法相关,如算法本身的研究和改进,或是算法在各领域,如数据挖掘、图像处理等的应用。在我们的科研能力训练计划中,一批项目和课题,如混合神经网络的研究与应用、差分演化算法研究与应用、基于协同训练的推荐系统等,分别受到国家和学校本科生科研项目立项资助。一批三四年级的本科生以第一作者身份在国内核心期刊、国际会议和期刊上发表学术论文,这激发了学生的科研兴趣,使学生体会到了创新的乐趣。
总之,课程学习与毕业论文、学校大学生科研项目资助计划、国家大学生创新性实验计划相对接的科研训练,极大地提升了学生的创新能力和科研基本素质。
4结语
针对人工智能的课程特点,我们积极开展研究型教学、研究型学习,提高大学生的学习能力、实践能力和创新能力的研究与实践。我们的教学研究与实践主要内容包括三个方面:启发式传授人工智能解决问题的非结构化的思想;成体系的实验训练;以及与毕业论文、学校大学生科研项目资助计划、国家大学生创新性实验计划相对接的科研训练。这三个主要方面,层层递进、环环相扣,是体系完整的创新型人工智能教学实践,新的改革和实践在教学中取得了令人满意效果。
参考文献:
[1] 张剑平. 关于人工智能教育的思考[J]. 电化教育研究,2003(1):24-28.
[2] 谢昆青. 第一个智能科学技术专业[J]. 计算机教育,2009(11):16-20.
[3] 罗辉,梁艳春. 大学生毕业论文与科研能力培养及就业[J]. 吉林教育,2003(10):18.
[4] 金聪,刘金安. 人工智能教育在能力培养中的作用及改革设想[J]. 计算机时代,2006(9):66-69.
Reform and Practice of Innovative Teaching in Artificial Intelligence
WANG Jia-hai, YIN Jian, LING Ying-biao
(Department of Computer Science, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006, China)
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关键词：网络教学；Agent技术；个性化
中图分类号：G250.73 文献标识码：B 文章编号：1673-8454(2012)01-0068-03
一、引 言
近几年，随着互联网的快速发展，网络教学平台的不断涌现，网络教学系统的应用普及率越来越高，个性化教学系统的研究和开发成为网络教学中的关键问题和热点。史敏军运用Web挖掘技术与协同过滤技术，建立用户兴趣模型，并搭建了基于个性化服务技术的教学平台；陈丽花根据贝叶斯网络理论设计和实现了一种基于和SQL Server数据库技术的个性化教学系统；陈智勇提出了基于XML Web Service技术的教学资源集成方案，并根据此方案利用ASP. NET编程语言构建了一个教学资源综合平台。[1-3]网络教学系统虽然在应用中取得了一定的成果，但也存在一些问题，概括起来主要有：（1）系统缺乏智能性和自适应性，并且对系统用户采用基本相同的教学策略,难以实现按需学习和因材施教；（2）单一的教学模式使得呈现内容的界面比较简单，不能实现个性化的内容传导模式。针对目前网上教学系统存在的不足与难点，以个性化相关学习理论为指导，本文研究了基于Agent的网络教学构建技术，进而分析了对现有网络教学系统进行改进的方法，指出Agent技术在应用于网络教学的优势。
二、Agent技术分析
Agent技术源自分布式人工智能（DAI），是现代计算机技术和通信技术发展的必然结果。Agent是人工智能计算机软件领域内的一个新兴技术，Agent概念可追溯至1977年Hewitt提出的并发演员（actor）模型，从上个世纪80年代开始，Agent技术从分布式人工智能领域分离出来，并与其他领域的处理方法进行融合，成为一个交叉性的学术领域，涵盖人工智能、分布式系统、专家系统、知识工程和并行计算等多个领域，到了90年代，Agent技术进入迅猛发展阶段，多Agent系统的研究成为分布式人工智能的研究热点问题。近年来，Agent发展尤为迅速，研究者在社会的各个领域如电子商务、供应链、智能决策、软件工程等对Agent理论及其应用做了大量的研究，Agent技术逐渐成为人们关注的热点问题。目前，关于Agent的研究不仅受到了人工智能研究者的关注，也引起了机器人、数据通信、人机界面设计等多个领域研究者的关注，成为一个富有生机的研究领域，且有越来越多的研究者将Agent技术应用在不同的领域。
目前，对于Agent技术的定义还没有统一的标准，不同专业的人对Agent的理解也不大相同。大家普遍认为，Agent是一种在特定的环境下能够感知环境，并且能够灵活、自主地运行来实现一系列设计目标的、自主的计算程序或实体，它能够感知环境，并且对外界的信息做出判断和推理，从而来控制自己的决策和行动，完成一定的任务。[4]
Agent具有社会能力、自主性、自适应性和移动性等许多特性，这些特性决定了Agent技术不同于以往任何一种软件开发技术，利用Agent技术开发的软件实体将更具智能性，能在一定程度上实现程序的自动化和智能化。为了完成一项复杂的任务，可创建多个相互协作的Agent，以提高系统实际解决问题的能力。多个单个的自主Agent组成的整体是一个多Agent系统，多Agent系统不仅具备一般分布式系统所具有的实时性好、易于扩充、资源共享、灵活、可靠性高等特点，并且Agent之间能够通过相互协调、协作解决大量的复杂问题，使系统具有很强的鲁棒性、可靠性及自组织能力，非常适合于个性化网络教学平台的构建。
三、Agent技术在网络教学平台中的应用
1.基于多Agent技术的协同远程教学
远程教学主要以建构主义学习理论和教学理论为基本指导，借助于互联网并运用计算机多媒体处理技术，提供网上虚拟情景课堂进行教学，支持学生在线进行个性化的学习。其特点从两个方面可以体现：一是学生是学习的主体，通过互联网虚拟的情景课堂来进行交互式的自主学习；另一方面教师是教学的主体，要通过对授课的课程进行规划与设计，采用在线专题讨论和知识点总结、创立问题情景与综合评价、激励等措施，从而激发学生的学习兴趣以及学习的主动性，提高他们理解能力和掌握知识体系的能力，培养他们的创新精神，从而能督促学生进行广泛、深入的学习。因此，怎样发现和掌握不同学习主体的认知结构，针对不同的主体，有计划地建立动态的的学习情景，促使学生的学习活动与现有的认知结构相互作用，推动现有认知框架不断分化、协作、重组和扩展，进而实现学习目标，是远程教学模型设计的重中之重。
Agent是以主动服务的方式自动完成一组操作的计算机程序。一方面主动应该包括主动适应，即在完成操作的过程中，可以自动地获取关于操作的知识以及关于用户的偏好知识与意图，而且在以后的操作中加以利用；另一方面包括主动，也就是说无需用户发出指令，只要当前的状态符合一定的条件即可代表用户执行相应的操作。
基于Agent具有的各种优良、独有的特性，将Agent技术应用于远程教学环境，能从根本上克服现阶段远程教学平台的局限性：
第一，能够最大限度地支持教学过程与内容的个性化，增加趣味性，有效提高教学质量和改善教学效果；
第二，利用Agent的社会性特征，能满足协同学习的需要，把每类学生看成一个Agent，学生之间通过Agent的协作机制来完成协同学习，从而提高学生的学习质量与学习效果，那么同样也可以把老师看成一个个Agent，通过MAS的协作性和社会性与学生Agent交互信息，有效地掌握学生的学习状态；
第三，用Agent技术来处理学生的基本信息，能够有效地动态跟踪学生的学习行为及学习效果，为更加有效地建立学生信息管理模型提供可靠的依据。[5]
利用Agent的智能化思想来分析远程教学平台的总体需求并设计一体化解决方案，充分体现Agent技术在远程教学应用中的智能性、主动性，尤其是在流行的Web技术的基础上嵌入Agent技术，无疑会极大地促进远程教学平台的个性化与智能化，充分调动学生主体的自主学习兴趣，有效地提高学生的创新能力。然而，远程教学平台它本身就是一个非常庞大又复杂、不可预测的信息系统，一般会要覆盖教学过程中的每个环节，因而，通常将其划分成若干个子问题，来构造多个具有一定功能的Agent，在由这些Agent去协作处理教学过程中相应的子问题。基于多Agent的网络在协同教学系统模型，如图所示。
2.基于Agent技术的教育资源配送
教育资源配送系统（ERPS，Education Resources Purvey System）是指在各种媒介（如Internet等）综合环境下，为资源需求用户（如学生、教师以及各种教育教学机构）提供快捷、全面的各种媒体形式需要的教育资源的一种资源配送方式，信息资源配送系统是一种计算机软件，因此，它需要一种计算机技术来实现这种新的资源配送方式，多Agent技术本身拥有的诸多特性使其可以大规模地应用于教育资源的配送模式中。（1）多Agent的主动性非常适合于配送系统中的各个用户结点，Agent技术自身能很好地满足这些结点的自主性需求。（2）多Agent之间的协作和协调能力为资源配送环境中的各个结点之间的信息交互与共享提供了技术支持。（3）Agent的反应性能可以确保系统应对各种动态的、复杂的资源配送环境的变化，Agent的反应性还可以通过“感知―行为”模式来完成，行为通过与资源配送环境的交互来实现，它的特性就是能够快速响应环境的变化。（4）Agent的社会性特征符合配送系统所要求具备全局协调配送能力的要求，Agent的社会性指Agent能与其他Agent进行交互以便协作完成任务，它克服了单Agent解决复杂性问题的不足，为Agent的整体协作解决问题创造了条件。在教育资源配送系统中，节点用户对资源的动态要求以及配送环境的动态变化，都要求系统各个Agent能够通过合理、有效的协调交互机制达到全局的合理配送。基于Agent技术建立教育资源配送系统，能改变资源配送的方式，大大提升整个配送系统的效率。
3.Agent技术在网络教学其他方面的应用
文献[6]阐述了网络教学智能化、自适应化是目前网络教学发展的趋势和提高教学效果的有效途径，结合人工智能与网络教学，提出了一种基于多Agent的自适应学习系统，利用Agent的智能性、主动性来实现教学系统的智能化、自适应化，从而使教学真正做到个性化的学习，实现因材施教。文献[7]探讨了Agent技术在网络虚拟学习社区教学活动中的应用，基于Agent技术的虚拟学习社区可以改变传统的教学方式和学习方式，使学习方式从传统的独学变为群学、使学习结构从封闭变为开放，最终使教学从知识传授转变为知识建构。文献[8]从现有网络教学系统缺乏深入了解用户兴趣的实际现状出发提出了一种基于Agent的个性化教学系统，并结合神经网络技术，以用户兴趣追踪为出发点，探讨了采用启发式算法来获取用户兴趣特征的方法，从而以最快的速度学习到最新的用户兴趣。另外Agent技术还应用在教育信息化的其他各个方面。
四、总结
目前有关将Agent技术应用于网络教学领域的研究才刚刚起步，Agent技术在未来将大有用武之地，因此更好地利用日趋成熟的Agent技术推进网络教学建设是我们未来工作的重点之一。本文列举了Agent技术在网络教学领域的应用，概要分析了Agent技术在解决网络教学方面的优势，Agent技术的诸多优点使得将Agent技术应用于网络教学领域，将大大推动网络教育的发展。
参考文献：
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[3]陈智勇.基于XML WebService教学资源综合平台的设计与实现[J].中国医学教育技术,2009，23(3):267-268.
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摘要：本文介绍了我院通过引入案例教学方法对“人工智能”课程的教学改革实践。
关键词：案例教学；产生式系统；动物识别系统
中图分类号：G642
文献标识码：B
1引言
案例教学法是将案例讨论的方法运用到课堂教学活动中去，教师根据课堂教学目标和教学内容的需要，通过设置一个具体的案例，引导学生参与分析、讨论、表达等活动，让学生在具体问题情境中积极思考、主动探索，以提高教与学的质量和效果，培养学生认识问题、分析问题和解决问题等综合能力的一种教学方法。案例教学法的特点是：目的鲜明、具有启发性、实践性和综合性。
“人工智能”是一门新兴的前沿学科，是计算机科学与技术的专业基础课。为了培养学生对人工智能的兴趣，提高学生知识创新和技术创新能力，本文在深入研究案例教学的基础上，结合教学内容，自编或精选了一些案例并运用到教学活动中。下面详细介绍基于案例的产生式系统教学实践过程。
2案例教学在产生式系统教学中的应用
2.1产生式系统
在教学中，选用了王永庆编写的《人工智能原理与方法》作为教材，该教材分为三部分，第一部分论述了人工智能的三大技术，即知识表示、推理及搜索；第二部分着重讨论了专家系统、智能决策支持系统等研究领域的有关概念及系统构成技术；第三部分讨论了神经网络和智能计算机的概念、模型、研究现状等。知识表示中产生式系统是一种常用的表示方法，要求学生重点掌握。一个产生式系统通常包括规则库、综合数据库、控制系统三部分。
规则库是一个用来存放与求解问题有关的所有规则的集合。它包含了将问题从初始状态转换成目标状态所需要的所有变换规则－产生式。规则库是产生式系统进行问题求解的基础，其知识的完整性、一致性、准确性、灵活性，以及知识组织的合理性等，对系统的运行效率都有着重要影响。
综合数据库是一个用来存放与求解问题有关的各种当前信息的数据结构。例如，问题的初始状态、输入的事实、推理得到的中间结论及最终结论等。
控制系统由一组程序组成，用来控制整个产生式系统的运行，决定问题求解过程的推理线路，实现对问题的求解。
2.2设计案例
针对产生式系统，通过对所选案例的分析要能包含产生式系统的知识表示、工作过程及其特点，因此必须是以大量的细致研究为基础，并且倾向于对产生式系统进行归纳分析。我们选择了一个简单的动物识别系统，该系统能够识别老虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、鸵鸟、企鹅、信天翁这7种动物。
2.2.1背景
问题就是一种情境。在这个情境中，我们希望达到一定的目标，但是又不能即刻知道如何才能达到。人们的任务是运用某种策略，寻找由问题的初始状态到目标状态的一条路径。已知某种动物的一些特征，例如，已知动物有暗斑、有长脖子、有长腿、有奶、有蹄，求解目标：该动物是什么动物？
2.2.2主题
主题是案例的核心理念，要紧扣案例，从最有收获、最有启发的角度确定主题。本案例的主题非常明确就是动物的识别过程。
2.2.3细节
环绕主题，有针对性地描写特定内容，把关键性的细节写清楚。本案例的细节包括动物识别系统的组成、工作过程、在Prolog下的实现。关键性的细节是在Prolog下的实现，包括综合数据库的实现、规则库的实现(15条规则)、控制系统的实现。
综合数据库的实现：(1)已知事实使用什么数据结构描述？(2)如何储存这些事实？(3)中间结论如何表示与储存？(4)最终结论如何保存？
规则库的实现：(1)为了识别动物，选择哪些识别规则？为什么？(2)如何组织这些规则？(3)如何表示这些规则？
控制系统的实现：(1)如何使用规则库中的规则？(2)规则库中的规则有冲突时，采用哪种冲突消解策略？(3)如何把推导出的结论放入综合数据库中？(4)算法思想如何在Prolog下实现？(5)采用正向推理还是逆向推理？
2.2.4结果
教学措施的即时效果，包括学生的反映和教师的感受。
学生的反映：(1)引起了对学习内容产生式系统的浓厚兴趣。“我可以使计算机根据动物的一些特征推断出动物是什么吗”？心理上形成了自我实现需要，为了这种需要就会努力开发自己的潜能，从而提高了分析问题解决问题的能力。(2)促使学会学习。为了解决一个问题，需要运用某种策略，寻找由问题的初始状态到目标状态的一条路径，这条路径是经过大脑思维后从多种路径中选择出来的，甚至是相关知识的综合运用提炼出来的，相关知识经过了反复积淀，获得了自主学习方法，学会了学习。(3)学会了与其他人的沟通与合作。案例教学过程中，需要经过小组、班级的多次合作才能完成任务。
教师的感受：(1)加速了教师专业成长的速度。案例教学中，首先选择或者设计案例，完成对相应知识的概括，其次分析案例，提炼精华，最后升华为教师自己富有个性的理论。(2)加速了教师从“教书匠”成长为“研究型、学者型”的过程。选择、设计案例以及分析案例是对教学实践的反思，通过反思，提炼并明确有效的教育行为及其理论依据，从而更有效地指导以后的教学。
2.2.5评析
多角度地解读和评析，回归到教学的基本层面。
(1) 案例合适吗？教学目标是要求学生掌握产生式系统，使用产生式系统解决实际问题。产生式系统教学案例使用产生式描述动物识别系统，并在Prolog环境下实现，学生通过对该案例的学习、分析，很容易设计出Prolog环境下的简单推理系统。
(2) 案例教学方法合适吗？案例教学法归纳为讲授法和讨论法。讲授法是以教师为主，通过教师对案例的讲解，说明课程内容；讨论法是在教师的指导下以学生为主进行讨论的教学方法。产生式系统案例教学实施过程中，讲授法为主，部分内容采用了讨论法。引起了学生的学习兴趣，发挥了学生的主动性。
(3) 案例教学达到了预期的教学效果了吗？从课后作业和大作业分析，取得了较好的效果。绝大多数同学独立或者合作实现了大作业八数码问题。
(4) 教学过程中存在哪些问题？在案例教学的实施过程中发现，部分同学被案例本身所吸引，忽视了蕴含在案例中的基础知识和基本概念；案例教学中教师的角色不易把握，在引导学生独立思考分析问题克服学习上的依赖心理时，造成个别学生偏离主题；案例教学对知识体系结构造成了一定的影响，需要引起注意。
2.3案例教学的实施过程
案例教学中采用了案例引入、案例讨论、概括总结三个基本环节进行。
2.3.1案例引入
在介绍了产生式的语法和语义、产生式系统的组成及工作原理后，通过屏幕演示动物识别系统的运行过程，学生说出老虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、鸵鸟、企鹅、信天翁七种动物的一些特征，如有暗斑、有长脖子、有长腿、有奶、有蹄，系统识别出该动物是长颈鹿。演示过程中由于有些学生没有说出某种动物的本质特征，识别系统没能给出正确答案。
2.3.2分析案例
首先，在POWERPOINT系统下放映动物识别系统的Prolog源程序，详细介绍设计思想以及实现过程。
其次，分小组讨论，小组内互相启发、补充、找出问题的关键所在，谋求最佳的解决对策。在小组讨论过程中教师不进行任何干涉，仅维持秩序。
最后，教师参与班级讨论。在班级讨论中，教师和学生处于平等的地位，根据学生要求，发表自己的观点。
2.3.3总结案例
首先对学生的讨论情况进行总结。肯定学生中好的想法及独到的见解，指出讨论中的优点和存在的不足。
其次，在总结讨论情况的基础上提出一些问题，如：规则库有没有更好的组织方式？如何增强系统的推理能力？如何进一步提高系统的效率？要求学生写出案例分析书面过程，并完成大作业解决八数码问题。
参考文献
[1] 陈明仁. 高校院系学科创新教育与新课程设置指导手册[M]. 北京:中国教育出版社,2007.
[2] 安予苏. 浅析案例教学[J]. 黄河水利职业技术学院学报,2005,(2).
篇5
关键词:专家系统;课程建设;教学改革;实验教学;CLIPS
“专家系统”课程是本科专业“智能科学与技术”的特色课程之一,该专业是由北京大学在2004年率先自主建立的[1]。此后,国内很多大学也都陆续基于各自的特色建设开设了该专业,如北京邮电大学、南开大学、首都师范大学、西安邮电大学、北京科技大学、厦门大学、中南大学等。基于一个新兴本科专业设立的专业基础特色课程,应该如何建设,实施教学与改革,突出专业特色?各类学校都在摸索中。中南大学的“专家系统”课程是国家级“智能科学基础系列课程教学团队”主干课程之一,它由国家级教学名师领衔,以双语建设为教学基本手段,以精品意识为指导[2],培养学生自主创新意识,发掘学生兴趣潜能,非常具有专业特色。
1课程建设情况
专家系统使用人类专家推理的计算机模型处理现实世界中需要专家做出解释的复杂问题,并得出与专家相同的结论[3]。其最大特点是不仅可以帮助人们处理信息,还能说明处理的方式和理由[4]。我们结合专家系统课程特色与学习认知过程特点,采取认知教学作为专家系统教学的理论基础[5-6],根据智能科学与技术系列课程教研经验,融合双语教学方式,初步提出课程定位和建设目标,给出了教学基本要求。
1.1课程定位与建设目标
在学习本课程之前,学生最好已经选修过离散数学、人工智能和面向对象的程序设计课程,本课程32个学时,2个学分,其中实验课6学时。此外,“专家系统”还可作为自动化、计算机科学与技术等相关专业有兴趣的学生的选修课程。可为学生提供一种新的手段和方法求解传统方法难解问题,也为学生们了解智能科学与技术领域知识提供良好的窗口。
专家系统成为智能科学与技术本科专业的专业基础课程,目的在于培养学生理解和掌握专家系统技术的基本观念、基本理论和智能科学方法;并灵活设计和构建不同领域的专家系统,解决实际问题,为学习后续课程奠定方法基础。通过教学过程,培养学生善于分析继承已有的科学进步成果、激励学生善于发现问题、分析问题和解决问题的自主科学创新精神。
1.2课程教材设计
本校专家系统课程选用了蔡自兴编写的《高级专家系统:原理、设计及应用》[3]一书,该教材包括专家系统的基本理论、技术方法和实际应用的诸多内容,知识点介绍全面详尽,同时列举了诸多实例,便于课堂分析与课后理解。
根据双语教学的要求,外文参考教材[7]选用了Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一书,该书对CLIPS语言分析透彻,有大量的课后习题与资料,适合学生作为主要参考书目进行课后学习。实验教材选用了电子工业出版社出版的《决策支持与专家系统实验教程》一书,主要利用了同时,根据双语教学的要求,外文参考教材选用了China Machine Press出版的Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一书,该书对CLIPS语言分析透彻,有大量的课后习题与资料,有利于学生作为主要参考书目进行课后学习。我校实验教材选用了电子工业出版社出版的《决策支持与专家系统实验教程》一书。主要利用了该书后半部分内容。目前,国内基于CLIPS的“专家系统”实验教学教材在国内几乎没有容,专家系统课程实验及其教材建设还需进一步改革与探索。
1.3教学要求与知识框架
通过学习,使学生了解和掌握专家系统的相关原理和方法,。要求学生掌握知识表示方法、搜索推理技术的相关内容,熟悉和了解常见的专家系统解释机制、开发工具和评估方法,学会基于规则专家系统、基于框架的专家系统、基于模型的专家系统和基于Web专家系统的结构建立和应用,掌握专家系统的常用编程语言――CLIPS,了解专家系统的发展趋势和研究课题。经过对专家系统课程知识内容进行分类,可分为以下6个模块,如表1所示。。
经过对专家系统课程知识内容进行分类,可分为以下6个模块,如表1所示。
模块一专家系统的定义、发展历史、研究内容、类型、结构和特点以及构建步骤;。
模块二熟悉专家系统时可能采用的人工智能的知识表示方法和搜索推理技术,结合传统人工智能方法和计算智能的一些方法;。
模块三了解专家系统的解释机制、开发工具和评估方法;。
模块四熟悉基于规则专家系统、基于框架的专家系统、基于模型的专家系统和基于Web专家系统的结构、推理技术、设计方法及应用示例;。
模块五掌握人工智能和专家系统的编程语言――CLIPS,了解其他LISP,PROLOG和关系数据操作语言等;。
模块六展望专家系统的发展趋势和研究课题,并了解新型专家系统的特征与示例。
从教学要求角度出发,模块一、模块三和模块六的教学要求相对一般,但却是学生涉及专家系统技术的必备知识模块。相对而言,模块五是基本教学条件要求中最高的一个模块,因为模块二与模块四的深刻理解与系统设计需通过模块五而实现的。
从教学内容的重难点角度出发,模块二是重点部分之一,但因有人工智能课程的基础,相对而言,教学实施过程中较为顺畅。模块四与模块五是专家系统课程重点阐述部分,其中模块五也是难点部分,在实验教学环节中,由于大部分学生初次接触推理性的编程语言,所以需要一定的入门时间和练习次数。
2专家系统课程教学改革实施
2.1基于多媒体的专家系统课程教学
教学应以学习者为中心,以先进教育技术为手段,相辅相成,促进教学效果。人类的感官功能中视觉与听觉器官起到了94%作用[78],而视听觉的协同作业能大大提高学习效率,而。多媒体教学就是一种集声、文、图、色于一体的教学手段之一,其实施。多媒体教学的关键实施内容就是教学设计,而教学设计的难点就是在不增加学生信息加工系统中工作记忆负荷的前提下,用促进生成的方式呈现学习材料,包括教材、课件、讲义、课堂讲解、课后习题等。
结合专家系统课程教学情况,教学设计分为以下3个方面进行详尽阐述:。
1) 把握好课堂教学知识量。
专家系统课程相对智能科学与技术专业第六期的学生而言是非常新颖的一门非常新颖的课程,学生们相对的学习热情比较高,但这里还需仍然需要对学生的先前知识结构和能力有个简单的估计。教师需考虑学生的工作记忆容量,并对学生的长期记忆有个估计,把握学习材料内在负荷。学习材料并非越多越好,关键在于精华,给学生留下深刻印象。“专家系统”课堂教授部分以原理性与推理性知识为主,应增加实践技术实例,这样让学生紧密联系实际应用进行学习,。多媒体视频就是一个很好的表现手段。将制作好的实例视频,向学生们展示,不但让课程氛围活跃,还激发学生对实践教学的兴趣;不但没有增加课堂的知识负荷,还可以留给学生课后对比学习。
2) 多元化课件制作呈现形式。
专家系统是一门推理性知识要求很强的课程,同时也需要掌握一门有利的开发工具方能使学生做到灵活应用。经过教学实践与课后调查发现,学生们对知识表述与相关画面共同呈现的形式比单一媒体呈现形式学习效果好,知识和画面也必须是关联的,呈现位置和各部分的比例也需考虑充分。为此,课件制作是一个“改无止境”的工程,因为每一届的学生具有自己的特点,且专家系统课程知识点的不断更新,每一年都要对课件进行大量的补充与改进。
3) 基于认知教学的课堂讲解过程。
认知教学模式中,是以学生为主体,教学教师起主导作用。课堂讲解是面对面教学活动中的重要环节,,它是多媒体中联系言语与画面的桥梁,是减少学生工作记忆负荷的有效手段。
专家系统课程知识可分为表示性知识与推理技术性知识,根据相关认知心理学理论,可将知识分为两类:陈述性知识和程序性知识[5]。其中在教育心理学中“陈述性知识”是指个人具有有意识的提取线索,能够直接加以回忆和陈述。其实就是关于“是什么”的知识,包括对事实,规则,事件等信息的表达。教育心理学中“程序性知识”是指个人没有有意识的提取线索,其存在只能借助某种作业形式简介推测的知识称为程序性知识,而现代认知心理学为程序性知识以产生式及产生式系统来表征的。所以可将陈述性知识采用“专家系统”中的语义网络形式为基础地表征,而程序性知识的表征形式可用“专家系统”中的产生式系统,以“ifthen”形式表示条件这一关系。众多形式的产生式规则相互联系就组成了复杂的产生式系统。基于认知理论的“专家系统”知识教学实施过程中,首先应选定系统设计内容,掌握开发系统时所需的知识与工具,;其次分析问题,并根据系统的具体特征转化知识。而后;接着对问题模型进行求解,建立和构造知识库,;最后,利用实现工具编写代码,系统联调。
2.2专家系统课程双语教学的实施
专家系统课程是信息学科新兴发展的一门课程,有许多关键性进展相关研究进展和成果的资料均源于英文文献,因而提高学生双语水平是一种大势所需,。同时,双语教学提高了对教师整体素质的要求,在双语教学过程中,有意识的增强教学互动,以问题启发式教学与课堂辩论形式教学,学生通过查阅主题文献进行针对性的演讲或讨论,教师对学生的表现加以评述,并进行补充。这种形式可扩大教师的知识面,使得任课老师了解前沿的研究成果。也可培养学生主动学习的积极性和创新能力,使得课程具有鲜活的生命力。双语教学对教师,特别是教师的其外语水平及其口语表达能力,,。促进了师资整体水平的提高。专家系统的双语教材已在1.2中介绍,但实验教材的设计与编写工作现仍处于空缺,这也是双语教学的需完善的内容工作之一。由于双语教学增加了授课难道难度,进而影响了授课的进度,应充分发挥多媒体先进教学手段对专业术语和难以理解的内容,进行注解,帮助于学生理解。在贯彻双语教学的过程中,除了指定适当英文参考短文或参考书,开发双语课件外,还应使学生接触国内外文献资料,开阔眼界,拓宽知识面,强化双语的意识,激发学生主观能动性,使学生找到课程学习的归属感。
2.3改革“专家系统”课程实时交互活动
专家系统课程是一门理论与实践关系密切的课程之一,课堂留下的作业大多需要计算机编程或计算机辅助教学方能较好的地完成。根据此特点,改革传统的作业形式与批审方法可节约反馈时间,同时可实现“低碳无纸化”办公。利用网络进行作业上交,教师批阅后通过网络及时返回给学生,不但能提高老师的办公效率,也使学生得到快速与准确的反馈。
针对多校区的现状,我们利用网络教学资源,采用了多种交互式策略,通过Email和群讨论组等方式进行在线交流,也可传递参考资料,交流课外成果,实现只要老师在实验室,学生在任何有网络终端PC机处,就能进行了实时交流或批改作业。避免了学生为了课后的困惑问题积压至下一堂课的矛盾,同时也节约了学生往返路程上耗费的时间。
为了进一步体现教学效果,我们下一步拟进行考试方式的变革,应综合考虑课堂出勤情况、平时正式作业成绩、课堂讨论情况和期末课程考试进行综合评分。还应考虑以双语形式进行笔试,当面交卷后进行双语发问。若有课程论文或创新作品表现突出者,可免参加最后的课程考试。使考试不再是学生的负担,而成为衡量与培养创新能力。和口试。
3基于CLIPS的专家系统实验教学
3.1专家系统与CLIPS语言
CLIPS(C Language Integrated Production system)是由美国航空航天局约翰逊空间中心(NASA’’s Johnson Space Center)开发的一种专家系统工具,由C语言编写而成。早期的专家系统工具大都用LISP、Prolog等编程语言开发,共同问题是运行速度慢,可移植性差,解决复杂问题的能力差。CLIPS是基于Rete算法的前向推理语言,其优点包括:①逻辑推理方面的强大功能强。②、可移植性好。③、可扩展性好。④、有利于和其他语言联合使用等。
3.1专家系统与CLIPS语言
专家系统与传统的计算机程序系统有着完全不同的体系结构,通常它由知识库、推理机、综合数据库、知识获取机制、解释机制和人机接口等几个基本的、独立的部分所组成,其中尤以知识库与推理机相互分离而别具特色。用clips语言能够更好地熟悉专家系统的整个组成。CLIPS可为基于规则、面向对象以及过程的编程提供支持(rule-based, object-oriented, and procedural programming)。
以基于规则的专家系统利用CLIPS工具编程作为实例阐述。在CLIPS中找到专家系统基础的组成部分――Fact List、Knowledge Base、Inference Engine。Fact List中存放用于推理的事实,而Knowledge Base包含所有的规则,Inference Engine控制所有的进程。图1所示为专家系统框架示意图。专家系统中最核心的就是知识库,知识库中包含了大量某个领域专家的知识。,为了使计算机能运用专家的领域知识,必须要采用一定的方式表示知识 。目前常用的知识表示方式有产生式规则、语义网络、框架、状态空间、逻辑模式、脚本、过程、面向对象等。基于规则的产生式系统是目前实现知识运用最基本的方法。
3.2专家系统实验教学内容
通过CLIPS软件环境提供了的验证性、设计性和开发性实验,帮助学生更好地熟悉和掌握专家系统的基本原理和方法;,通过实验提高学生总结实验结果的能力,使之对专家系统的相关理论有更深刻的认识。实验内容如表2所示:。
其中,实验1为实验2的基础,这两个实验应与讲授课程穿插,使得学生利用课堂学到的理论联系实际实验操作,通过这两个实验的学习能够掌握专家系统的开发过程、掌握用产生式规则绘制推理树的方法、掌握、编写CLIPS应用程序的方法以及程序运行环境的应用等。实验3是一个有难度的实验,需要大量的课余准备时间,所以在完成实验3的时候,必须预留3周的时间,提前布置给学生,让学生做好实验前的准备,这样方能取得较好的实验教学效果。这些被挑选出来的CLIPS专家系统的代码应是经典的学习内容,通过该实验培养学生独立分析与开发完整的专家系统的能力。
3.3实验教学实例分析
1) 实验目的:学习和理解CLIPS编程语言,通过分析用CLIPS编写的“野人过河”的程序,深入理解专家系统的编程技巧,加深对专家系统的认识和理解。
2) 实验说明:野人过河问题属于智能学科中的一个经典问题,问题描述如下:,有三3个牧师传教士和三3个野人过河,只有一条能装下两个人的船,在河的任何一方或者船上,如果野人的人数大于牧师的人数,那么牧师就会有危险。
假设问题的初始状态和目标状态,假设和分为1岸和2岸: 。
初始状态:1岸,3野人,3牧师;2岸,0野人,0牧师;船停在1岸,船上有0个人;。
目标状态:1岸,0野人,0牧师;2岸,3野人,3牧师;船停在2岸,船上有0个人;。
整个问题就抽象成了如何从初始状态经中间的一系列状态达到目标状态。问题状态的改变是通过划船渡河来引发的,所以合理的渡河操作就成了通常所说的(算符)就是问题求解的关键。,根据题目要求,可以得出以下5个算符:渡1野人、渡1牧师、渡1野人1牧师、渡2野人、渡2牧师,。根据渡船方向的不同,也可以理解为10个往还算符。定义算符知道以后,剩下的核心问题就是搜索方法了,。本程序采用深度优先搜索,通过不断扩展后继结点节点,逐步找出下一步可以进行的渡河操作,;如果没有找到则返回其父节点,看看是否有其它其他兄弟节点可以扩展。
搜索中采用的一些规则如下:
(1.) 渡船优先规则:1岸一次运走的人越多越好(即1岸运多人优先),同时野人优先运走;2岸一次运走的人越少越好(即2岸运少人优先),同时传教士优先运走;。
(2.) 不能重复上次渡船操作,避免进入死循环。;
(3.)任何时候 河两边两岸的野人和牧师数在任何时候均分别大于等于0且小于等于3;
(4.) 由于只是找出最优解,所以当找到某一算符(当前最优先的)满足操作条件后,不再搜索其兄弟节点,而是直接载入链表。
(5.) 若扩展某节点a的时候,没有找到合适子节点,则从链表中返回节点a的父节点b,从上次已经选择了的算符之后的算符中找最优先的算符继续扩展b。
通过实验教学过程中的专家系统开发实例分析,总结了出应用于在许多专家系统项目中的线性生命周期模型,如图32所示。这个模型包括从计划到系统评估的许多阶段,对系统开发的描述一直到功能评估这种程度上。之后,生命周期不断重复:从计划到系统评估,直到系统交付正常使用。
4结语
专家系统课程的发展开发过程是教学研究和教学改革实践相结合的过程,需要不断加强学习、总结经验。本文从总结了专家系统课程定位与、建设目标、教材的选用设计和课程知识框架等方面的总结了“专家系统”课程建设情况。在,并就教学改革过程中注重多媒体教学的效果、双语的实施和课程互动活动的改革等问题进行比较深入的介绍与探讨。通过CLIPS语言与专家系统实验的结合,阐述了实验教学的目的、CLIPS实验特色及和实验方法,体现了基于CLIPS实验教学的优势与特色。在未来的教育领域,专家系统技术将成为信息时代教育发展的新生力军,专家系统也将成为新世纪人类智能管理与决策的得力助手。
致谢注 :本文受国家级智能科学基础系列课程教学团队项目(2008)支持,感谢本文得到中南大学信息科学与工程学院智能所的大力支持,特别感谢蔡自兴教授的鼓励与帮助。
参考文献:
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Exploration in Course Construction and Teaching Reform of Expert System
YU Ling-li, WEI Shi-yong
(Institute of Information Science & and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
篇6
关键词：计算机专业；研究生教育；教育信息化；智能化
0引言
现代化教学手段不仅仅局限于搜索、下载、复制和演示，现代化教学手段最核心的运用是创新，要尽可能恰当地向学生展示思维的具体过程，启发学生理解所教的内容。现代化教学手段的运用不仅仅是方法的问题，更是教师价值理念的展现，是教师教育思想的展现。不顾教学对象的不同，不顾学科特征的差异，不顾时间空间的变换，仅仅为了追赶潮流，滥用现代化教学手段，会造成学生对知识理解不深刻，教学事倍功半。以信息学院研究生课程为例，传统PPT无法展示理论和公式背后蕴含的原理，为此，结合PPT当堂板书是最好的展示方式。利用微软的SurfaceNote4笔记本向学生展示凸锥的具体定义以及它的几何意义。该种方式具有如下优点：①有效地代替了粉笔和黑板的传统教学方式，教师再不用吃粉笔灰了；②有效地结合现代和传统的教学方式，可以直接在PPT上进行板书；③可以有效地利用色彩和动画等现代化工具，对教学内容进行强调、动态展示，能达到较好的教学效果。
1积极推进研究生教育信息化
以应用为导向，重点推进“课堂用、经常用、普遍用”这三个应用，重点使用信息管理系统，探索基于信息技术的新型教学模式，养成师生数字化教与学的习惯，实施因材施教。利用新一代信息技术，跟踪监测教学全过程，开展学情分析和学习诊断，精准评估教学和学习效果，变结果导向的单一评价为综合性、过程性的多维度评价，由仅注重知识传授向更加注重能力素质的培养转变［1］。2015年起，河南工业大学信息科学与工程学院研究生课程率先在算法与复杂度课程上使用在线考试和作业系统。该系统使用C＃开发，体现了如下的鲜明特点：①由使用者亲自开发，可以更好地了解教师和学生对信息系统的实际需求，与商业系统相比，它能更好地贴近应用；②大大减少了开发和使用成本，几乎是免费使用，它的前端是C＃系统，后台是免费数据库MySQL，采用CS方式搭建，每月仅需花费6元部署在任何支持MySQL数据库的主机上均可访问；③给计算机专业的教师提供了展示专业技能的机会，教师大部分都懂数据库技术和编程技术，但这样的实践机会还是太少。
2合理使用智能化技术，大力改进教学效果
智能化技术旨在使用人工智能技术普及教学、提高学习效率，让学生学习更为自主，积极响应程序教学所倡导的积极反应原则、及时反馈原则［2］。教育先行者设想的教学机器人开始出现，2015年日本国立信息学研究所研发的一款智能机器人，通过了日本多数大学的入学考试，获得511的高分远超平均分数416分。在这种情况下，机器可以为学生提供最需要的知识；成为教师最有力的助手，在知识与技能传授方面，教师只要成为组织者就行，可以从那些重复、繁琐、枯燥的机械工作中解脱出来。同时，互联网的出现使学生自主学习、个性化学习和大规模协作的团队学习成为可能［3］。2017年，学校在研究生教育中引入手机测试系统，可以帮助研究生实现随时随地答题的目标，该系统具有如下特点：①内嵌在微信应用程序中，由微信公众号提供，直接调用微信公众号系统的API；②开发成本和维护成本很小，使用Python语言快速开发，该应用程序挂载在免费的Python应用平台pythonanywhere上，几乎没有什么维护费用；③对客观题实现了实时改卷，如果在课堂上使用，可以实现快速评价和统计。本文研究方法是机器学习和自然语言处理，在主观题方面初步尝试将自然语言最先进的语义表示技术引入系统，实现主观题的辅助阅卷。针对该系统的改进仍在持续进行中：①要求学生给出中间结果，实现机器按步骤给分；②实现更为深入的语义理解。
篇7
教育技术 职业教育 应用策略 技术实施
当前，现代教育技术应用水平已经成为学校建设工程中的关键因素。在教育部启动的职业教育质量建设工程中，示范性学校建设、教改试点专业建设、重点专业建设、精品课程建设、师资队伍建设、实验实训基地建设和教材建设都不同程度地涉及到现代教育技术的应用问题。现代教育技术已经成为深化教学改革的制高点和突破口，成为实施职业教育质量工程的核心技术。因此，加紧加快现代教育技术在职业教育中应用问题的研究，是时代的要求，是发展职业教育的呼唤，更是现代教育理念下深化教育教学改革的迫切需要。
现代教育技术在职业教育中的应用，要面对职业教育的特点、教学特色，实现职业教育培养目标，对教学的技术过程和资源进行创建、使用和管理，并且是符合道德规范的实践，把促进学习、提高绩效作为应用现代教育技术的目的。
一、现代教育技术在职业教育中应用的原则
应用现代教育技术使教学呈现教学数字化、网络化、智能化和多媒体化的特征，改善着教学环境、教学手段，促进着教学理念与方式的变革，并为先进的教育教学思想融入教学搭建平台。针对职业教育的特点，科学合理地应用现代教育技术，使教育教学实效最优化，必须明确三条应用原则。
1.坚持促进学习、提高绩效的目标原则
明确技术过程利于“主导――主体”的教学设计。通过现代教育的技术过程创建、管理和使用，实施“主导――主体”教学设计。“主导――主体”的教学设计是以“教”为主和以“学”为主这两种教学设计相结合的产物，它兼取两种教学设计的优点，又具有较强的灵活性，使学生成为知识、技能和态度的主动建构者，教师成为学习的促进者，引导、监控和评价学生的学习进程。教学设计时，要充分了解岗位能力形成过程和技术条件，通过情景设计、资源设计和认知工具设计创设自主学习、训练和研究的环境，促进学生的职业能力形成，很好地适应职业技术教育的实际。
2.坚持突出职业教育特点的原则
现代教育技术在各级各类院校也得到较为广泛的应用，已经成为教育教学中不可或缺的重要技术支持。社会性、职业性和实践性是职业教育三大特点。因此，现代教育技术的应用不仅是教学手段，而且是教学内容两者有机结合才能符合职业技术教育的要求。受各种因素和条件的影响，职业教育中实训受限，实践环境薄弱，教学知识和技术滞后于社会发展的现象较为突出，职业技能训练与当前职业岗位需求脱节，实验实训学时与技术能力培养需求脱节。这些矛盾在政府和校企合作不能得到解决的情况下，学校要依靠教育技术先行，利用现代教育技术实现“模拟”、“虚拟”实验实训，了解最新职业岗位需求和前沿技术，缓解职业院校教学中实训不足和技术滞后的突出矛盾，更好地实现培养目标，为职业教育创造先进、经济、便捷的教育环境，体现职业教育的社会性、职业性和实践性。
3.坚持服务性原则
将计算机、网络、多媒体、虚拟仿真和人工智能等现代教育技术应用于教育教学中，技术过程及资源的创建、使用和管理都应本着服务教学内容和服务学生的个体发展的原则。
二、现代教育技术在职业教育中应用的策略
现代教育技术在职业教育中应用策略问题，主要解决在职业教育中教育技术的技术性过程的创建、使用和管理，它隶属于一个较大的“教学开发”过程，关注的中心是追求用于教学开发的“系统方法”，即教学系统设计，也称教学设计。
教学设计是“运用系统方法，将学习理论与教学理论的原理转换成教学目标、教学内容、教学方法和教学策略、教学评价等环节进行具体计划、创设教与学的系统‘过程’或‘程序’，而创设教与学系统的根本目的是促进学习者的学习”。各类教学设计策略都包含学习者、目标、策略和评价四个基本因素。按理论基础和实施方法进行分类，教学设计分为以“教”为主的教学设计策略、以“学”为主的教学设计策略，以及在此基础上提出的“教师为‘主导――学生为主体’”教学设计策略，简称“主导――主体”教学设计。
三、现代教育技术在职业教育中实施的步骤
现代教育技术在职业教育中实施过程，要考虑职业教育的特点，遵照教育教学的规律，应用现代教育技术应用的对策。
1．职业岗位人才需求分析
职业教育以服务社会经济需要为宗旨，以就业为导向。社会职业岗位的需求以及岗位对人才规格的要求是职业院校专业设置、专业培养方案确立的依据，也是制订课程体系和教学计划以及进行教学实施和教学评价的依据。通过深入企业进行社会调研和通过网络进行网络调查掌握各行业的人才需求情况。
2．课程体系的确定与教学计划的制定
（1）确定专业课程体系
从职业岗位能力分析入手，建立以职业能力为核心的课程体系。上述来自于企业的人才岗位能力调查结果就是职业能力的具体体现，归纳起来，职业能力包括专业能力、方法能力和社会能力，这些能力的获得不可能离开现代教育教育技术的运用。
（2）制订教学计划
职业教育的特点决定了，制订教学计划时，要确定学科在专业课程体系的位置和对培养学生职业能力所起的作用，以突出实践教学为主线，结合院校现有现代教育技术资源状况，充分利用现代教育技术中的多媒体、网络教学、虚拟仿真实验和人工智能等技术，把教育资源的充分利用与学生技能培养综合考虑，达到现代教育技术与课程整合，以提高理论教学的效率，加大实践教学的比重，全面完成提高学生综合素质的教学计划。
3．现代教育技术应用的资源准备
职业院校现代教育技术的应用是教育教学改革的制高点。教育技术应用的资源准备包括人力资源的准备、环境资源的准备和信息资源的准备工作。
4．应用现代教育技术的教学设计
应用现代教育技术在职业教育中应用的对策，建立以学生为中心，教师为主导，能力为本位，突出实践教学的教学系统设计。
5．教学实施与教学评价
按照教学设计要求，逐步落实教学任务。形成性评价与总结性评价相结合，以理论考试与实际操作技能考核相结合。
参考文献：
[1]冯文成.甘肃中等职业学校教育技术应用现状调查与研究[D].西北师范大学硕士，2004.
[2]杨靖.中等职业教育教育技术的应用研究[D].福建师范大学硕士，2004.
篇8
[关键词]本科毕业设计；新工科；贯穿式培养；交互式指导
1传统计算机本科毕业设计现状分析
传统计算机专业课程设置偏重于课堂授课，即理论教学，对实践教学重视不足。首先体现在课时分配上，理论教学授课时间一般要多于实践授课[3]。其次体现在实践资源上，公共计算机实践平台有限，计算机课程同时也是很多计算相关专业的基本必修课或选修课，导致实践资源紧张。实践学习相对于理论学习需要更多的时间来慢慢体会和提升[4]。虽然大部分学生可以自行配置计算机设备，但是没有公共实践课程的强制约束，能自觉在课下进行实践练习的学生很少。这一点也在传统计算机专业本科毕业设计中得到体现。虽然经过了大学本科前三年半共计七个学期的理论学习和实践学习，大部分学生的实践能力依旧非常差。很多学生只是记得简单的编程语言知识，缺乏实际的编程经验，没有真正经历过全面的、系统的实践训练。此外，计算机专业是一个不断快速发展的学科，新知识、新技术不断涌现。而课堂教学内容往往比较固定、更新较慢，教师们也常常需要依照课程教纲授课，能介绍的新知识有限，致使很多学生只关注于书本知识，不了解学科领域最新的发展。在本科毕业设计环节，指导老师选定的课题一般都是自己科研领域的较新或者较前沿的方向[5]，大多数学生没有接触过，需要临时学习，在有限的时间内很难有好的成果产出。总的来说，传统计算机专业本科毕业设计过程暴露出本科培养的两个问题：理论与实践脱节,没有扎实的实践，就不会有对知识的深刻理解；课程设置跟不上学科新进展，所学知识无法满足实际新需求。
2新工科背景下计算机专业发展需求
新工科建设是国家在新一轮科技革命与产业变革的大形势下提出的新时代工科专业发展战略。新工科主演涵盖了与计算机紧密相关的若干专业，如人工智能、大数据、云计算、区块链、虚拟现实等。新工科建设的目的是探索高等教育新模式、新理念，建设工程教育强国，培养“实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力”的新型高素质工科人才。传统的计算机本科教学模式及本科毕业设计实践模式显然无法满足新工科建设的需求。一方面，计算机本科教学对新工科涉及的人工智能、大数据等方向难以做出及时调整；另一方面，毕业设计学生难以在短时间内对新方向开展深入研究。此外，正如第2章节所述，教师们也难以在有限课堂时间内将额外新知识很好地传授给学术[6]。鉴于此，很有必要探索适应于新工科建设需求的全新的计算机专业本科毕业设计培养方法。
3新工科背景下计算机专业本科毕设提升思路
我们旨在改变传统计算机本科毕业设计培养方式的两方面不足：短周期培养和单方向指导。相应地，我们需要开展两方面工作：一方面将本科毕业设计培养贯穿于整个大学培养周期，进行全流程、可跟踪式培养；另一方面用交互式指导模式代替单方向填鸭式指导模式，激发学生兴趣、挖掘学生潜能。
3.1贯穿式培养
计算机专业本科毕业设计贯穿式培养模式主要有两个特点：全周期和可跟踪。全周期是指从大学第一个学期开始就为本科生选配毕业设计指导老师，将毕业设计融入到大学全周期的教学与实践环节中去。需要指出的是，全周期培养并不是一开始就给学生指定毕业设计题目，而是根据学生兴趣及指导老师研究方向，在前期给学生一个相对自由的探索与实践空间，后期再让学生选定毕业设计题目。可跟踪是指整个培养周期内，指导老师可以及时、全面地掌握学生的学习与实践动态，根据具体情况实时调整培养方案。全周期模式有三方面优点：第一，充足的实践。理论需要联系实际，公共实践资源极为有限，更多的私有实践资源分散在指导老师那里。指导老师可以为本科生提供实践的物理空间和设备资源，使学生有充足的实践锻炼，深刻领会课堂所学知识，达到融会贯通的目的；第二，更多的收获。指导老师还可以让研究生协助培养本科生，把研究生丰富的课题研究实践经验传授于本科生；第三，更大的创新空间。本科生思维活跃，融合理论知识和实践锻炼，有利于产生创新性研究成果。可跟踪模式的优点在于指导老师对学生有全面的了解，可以根据学生前期的学习及科研情况选定最终的毕业设计题目，做到因人选题、有的放矢，实现提升毕业设计质量的目的。
3.2交互式培养
计算机专业本科毕业设计的交互式培养是指导老师与学生进行双向的互动，而不是单向的灌输式培养。交互式培养有利于提高学生的主动性、激发学生的活力，使学生有更大的获得感，从而不断激励学生自发地搜集资料、学习知识、加强实践，实现自我综合素质的提升，最终到达毕业设计质量的提升。交互式培养贯彻于整个培养周期，包括前期的学习、实践以及最终毕业设计论文的完成。交互式培养在老师指导、学生反馈、老师与学生讨论以及再指导、再反馈、再讨论的循环往复过程中实现学生潜能的不断发掘与提高。本科毕业设计不是无源之水、无本之木，前期充足的积累才能写出高质量的毕业论文。计算机专业毕业设计不是简单地完成、调试成功了程序，而是针对所选定的题目，根据所学理论知识及调研资料，设计出解决问题的创新方案，并与指导老师不断讨论与优化，在此基础上利用掌握的程序语言和工具，实现毕业设计课题的研究目标。在毕业设计的实现阶段，交互式培养会更加频繁，这个阶段是对整个培养方式的考核，需要在指定时间内实现一个具体的研究课题，并要求有创新性思路。
4结语
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[关键词]高中阶段 机器人 教学法
在大力推广素质教育的今天，高中机器人技术课程的有效实施在提高学生的科学兴趣，推动社会发展方面起着积极的作用，同时《国家教育事业发展第十二个五年规划》中也指出要开好普通高中各种选修课，研究开发大学先修课程，探索建立高中学生大学先修制度，鼓励有条件的高中阶段学校和高等学校、科研院所、企业联合培养拔尖创新人才[1]。机器人技术涉及学科很广泛，在高中开展机器人课程教学有利于创新教育在高中与大学的衔接，有利于激发学生的工程意识，有利于促进学生对科学技术产生兴趣。但由于各种原因当前我国机器人相关教学体系仍需完善，进一步进行机器人教学研究已势在必行，今天的中国青少年才能在未来的世界先进行列中谋得一席，才能在未来的人才竞争、科技竞争、综合国力竞争中立于不败之地。
一、机器人课程在高中开展的必要性和优越性
分析我国当代的学校教育制度的入学年龄和修业年限可以知道，我国高中生的年龄大部分集中在16～18周岁之间，同时从心理学角度根据埃里克森的人格发展理论，我们知道12～18岁主要发展任务之一是是获得角色统一性，即在职业的选择、性别角色的形成等方面获得同一性，如果个体在这一时期把这些方面很好的整合起来则是发展顺利的表现，当然这些方面的顺利整合，需要有一个良好的学习环境。应然状态的高考旨在考察学生能力，避免学生高分低能，避免定势思维，提倡创新思维和培养学生的创造能力培养。机器人是一门跨专业高度综合的学科，它不仅综合了语文、数学、物理、生物等众多学科，而且有利于学生理解科学、工程学和技术领域的抽象概念，以机器人为载体的课程教学，若能在高中课堂运作的很好，它能较好的培养高中生的学习兴趣，为以后大学的继续深造学习打下良好的基础，也能在此阶段为高中生构建良好的人际关系，锻炼其思维批判能力和创新能力。
二、机器人课程教学法的研究
机器人学科的教学方法很多，一般是由教学目标要求、教学内容难度、教学对象的基础和教学条件来决定的[2]。机器人教学为科学技术教育提供了更为先进的教学资源，为科学技术教育带来了更新更广的发展前景。天津职业技术师范大学是天津市机器人科普基地，国家八六三计划智能机器人主题产业化基地，在机器人教育师资培养和机器人课程教学方法方面积累了一些实用的经验。
（一）教学平台的开放性
在面向如何有效开展机器人课程教学的进程中，我校积极探索多样化的机器人教学视角，教学不再仅仅依靠课堂教学，通过多种途径构建有效的平台，如我校自动化学院以大学生科技实践中心为基地，学生科技社团为载体，综合开放机器人实验室为平台，创建大学生科技实践体系，激励学生开展各类科技活动及科技竞赛[3]。通过开放的机器人实验室，学生们近距离和机器人接触，遇到的问题也可以及时得到反馈和解决，这样学生综合素质普遍提高，由于我校是师范类院校，学校定期组织高年级学生到中学进行教育实习（如学生到天津第四中学、天津第十三中学进行教育实习），在不断交流中深化了机器人教学法的进展。
（二）两种教学法的实践策略
反哺教育教学法：为了促进中学教育和大学教育之间的交流和沟通，培养创新型人才，有效地衔接高中和大学教育，在到中学实习的过程中，大学生将自己动手制作科学模具及教育机器人带到中学，这些模具都是大学生平时制作的十分典型的数字化益智玩具，适用于中学阶段的学生对基础机器人技术进行学习，并且能够从不同角度、通过多样的形式发挥其教育功能，达到在益智娱乐学习目的[4]。中学生和大学生一起教学相长的过程中，也将创造发明的理念传承下来，让中学生知道所有令他们爱不释手的玩具也可以自己来制造的，这种把新知识、新技能带到中学的理念和执行力，不断进行下去，将使未来中国少年儿童的求生能力、自我创造能力不断提高、变强，这对于一个民族的科学发展是十分有利的。由于自我组装、制造机器人不但会提升中学生的科学兴趣，同时也会培养他们养成凡事自己动手的良好生活习惯，所以学校尽最大努力为发挥中学生的优点和潜力创造机会，帮助中学生发现自己的兴趣和爱好。
探究性课题教学法：以机器人为载体的教学，教师会有计划有目的的布置课程设计，课程设计的内容可以根据教学需要而定，可以是理论研究，也可以是实物应用，学生通过探究性学习，对课题的一个主题或者一个部分做较深入的学习，比如学生在进行太极机器人制作课题研究时，在对机器生命和自然生命的比较中，会遇到这样的问题，用于户外的机器人安装有激光测距仪摄像头、声呐传感器以及无线以太网相当于自然生命的眼睛、耳朵、神经系统[5]。如何进行有效的迁移，这里的信息量很大，若要理解它们之间的联系，就需要翻阅大量的资料，收集相关的信息，发现问题的所在，学习有关的技能，思考要解决的问题，并进行假设验证，然后做实验、写报告，应对质疑和答辩，在此过程中，不仅对未知的领域进行了探索，而且锻炼了文笔，培养了口才和思辨能力。所学的知识大大超出了教科书的范围。由于每个学生的精力有限，不可能对所有的主题都做深入探究，重要的是通过探究，自主学习、批判性思维和创新能力得到了锻炼和培养。探究性学习的目的不是为了最终的分数，而是为了应用和创新。理论联系实际的教学才会以最快的速度收到成果，联系实际教学法要做到知识与技能并重，理论与实际并行！反馈效果是学习是否有效的关键因素之一，这个过程中，老师会和学生及时的沟通，甚至在早期，为了克服学生的惰性，教师会主动与学生交流，监督课题完成的情况，一方面，体现老师对学生的重视，另一方面，学生能和老师及时反馈学习情况，获得解疑。在教学反馈的过程中，学生要敢于质疑书本和前辈的论点，老师要给予支持，当然再给与支持的同时，老师要鼓励通过实验观察、调查问卷等来收集资料给出充分的证据，正如哈佛的校训一样：“与柏拉图为友，与亚里士多德为友，更与真理为友”。做学问要应用、要创新、要追求真理。研究用教学方法帮助学生去解决设计中的技术问题，让学生亲身感受先进技术和相关教学方法的优越性，使学生在“技术与设计”中习得知识、技能和方法，在寓乐于学中锻炼学生的意志，激发学生的创新精神。
三、促进机器人课程教学推广的途径
第一：以政府为主导，引起人们对机器人课程教学的重视[6]。高中机器人教学的有效推广首先要树立正确的观念，制定相关政策，主导机器人研发、教育、竞赛等活动的开展，教学并不是为学生安排好人生轨迹，而是从国家和社会的长远发展考虑，在日常教学中，要注意提高学生的动手、实践、协作和创新能力，培养其独立思考和团结协作的能力，为其创新能力、创造能力的培养有意识地提供健康的发展环境。
第二：如何教，如何学——教学活动平台的建立。1989年联合国教科文组织北京会议提出：“21世纪最成功的劳动者将是全面发展的人….”。成立科技社团，运用综合开放实验室为教学需求搭建开放学习平台，在这样一种多样化的教学平台中学生能明确自己的爱好所在，同时能得到更多更及时的指导，有助于培养有较好的人际关系，有利于其进一步学习深造，在机器人课程教学中可以通过开放教学活动平台对高中生这一阶段的特点进行因势利导，促进学习的发生。改变传统教学模式的“教”，逐步走向“学”，在中学组织机器人教学第二课堂。由于大家在一起学习交流的机会多了，遇到问题便不再是退缩，而是进行探讨，寻找解决问题的方法。
第三：加强对在职教师培养和培训。机器人教学活动是一项学科覆盖面广、涉及多学科专业知识和能力的一项综合性教育活动。能够从事机器人教育、指导机器人教学活动的教师必须有较高的计算机、人工智能、物理、机械、通信等方面的基础知识，具有较强的动手能力和创新能力。据大量调查资料表明，信息技术课教师和机器人课外活动教师往往达不到这个要求，机器人教育方面存在严重师资不足，相关教师所学专业也离机器人教育相距甚远。大部分学校没有专职教师，更没有机器人教育专业的教师，这是影响机器人教学活动可持续发展的非常重要因素，政府和学校可以选派一些优秀的中青年骨干教师到国内外机器人重点建设培训基地或大学进修和培训，提高响应的教学素质。
第四：通过组织竞赛提高学生自身对机器人课程的认知程度。在青少年中进行机器人制作教育，能够激发青少年对机器人的兴趣。有效运用机器人比赛作为提升教学质量的一个组成部分，也将是促进学习的一个极大的动力源。探索机器人的活动与竞赛的运行机制，并将其应用于机器人技术教师培训和机器人教育教学中，在推动我国机器人教学健康、规范、可持续发展方面，起着积极的推动作用[7]。
第五：通过多种途径进行有效宣传。在校园文化建设中，定期组织各种形式的简易机器人展览会。同时也可与机器人生产商的合作，提供机器人产品在学校试运行。媒体可以制作专题节目介绍机器人制作技术及趋势，吸引大众眼光，让中学生及其家长开始注意到这一新生事物。各级各类比赛中，做好宣传策划，使科技潮流深入人心。当机器人课程理念深入人心了，支持的声音高了，才能真正实现机器人教育的普及，才能进一步促使机器人教育资源的整合，提高教学质量。
四、结束语
以机器人为载体的课程教学，要遵循学生的年龄特点，因材施教，使中学机器人教育教学成为青少年能力、素质培养的智能平台。如果机器人教育课程内容都是建立在数字运算和英文符号的理论基础上，内容晦涩难懂，那么与高中生心理特点便不相适应，这就需要更好的教法，紧密结合生活实际，生动形象地讲述了什么是人工智能，人工智能在人类生产、生活中所起的作用，将课堂教学与社会需求和中学生身心特点结合起来使得神秘的机器人变得平易近人，进而提升教学课堂质量。
总的来说，运用机器人作为载体来进行教育教学，可以培养学生对科技的兴趣，可以提高他们的创新能力、合作能力、动手实践能力，但是高中机器人教学要想深入开展，达到预期效果，需要不断的创新与探索，还需要社会各界通力配合和支持，使机器人教育教学之路走得更长远更坚定。
本文系国家社会科学基金“十二五”规划教育学一般课题“以机器人教育为载体的高中与大学创新教育有效衔接的实践研究”（课题批准号为BFA110049）的阶段性成果。
[参考文献]
[1]中华人民共和国教育部.国家教育事业发展第十二个五年规划[N].中国教育报.2012-07-22（4）
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[4]张剑平，.《机器人教育：现状、问题与推进策略》[J]，中国电化教育，2006.（12）
[5]谭民，王硕等.多机器人系统[M]，清华大学出版社，2003
[6]张国平，张剑平.《我国基础教育中机器让人教育的现状与对策研究》[J]，现代教育技术，2008.（5）92-94
篇10
[关键词]智能教学系统；移动学习；英语学习；案例研究
[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008(2012)03-0066-07
一、引言
智能教学系统(Intelligent Tutoring System，ITS)是在计算机辅助教学的基础上逐步发展起来的，是一门涉及人工智能(Artificial Intelligence，简称AI)、计算机科学、认知科学、教育学、心理学和行为科学的综合性课题，也是教育技术学的重要研究领域。其研究的终极目的是由计算机担负起人类教育的主要责任，在一定程度上代替人类教师实现最佳教学。自20世纪70年代以来，许多国家和地区如美国、英国、日本和加拿大等都投入了大量的经费，十分重视智能教学系统的研究、开发，智能教学系统已应用在数学、物理、工程、化学以及军事训练等领域。与国外发达国家相比。国内对智能教学系统的研究起步稍晚，理论研究仍以借鉴国外成果为主，真正走出实验室并投入教学实践的智能教学系统并不多。因此，本文在阐述智能教学系统及其组成架构的基础上，结合台湾PIMS移动智能教学系统支持英语学习的个案，介绍系统框架及其在教学中的应用，在分析案例优点的同时。提出了研究建议。希望能对智能教学系统的教育应用起到借鉴作用。
二、智能教学系统及其组成结构
智能教学系统产生的历史可以追溯到上世纪60年代的程序教学(Programmed Instruction，PI)，随后出现了基于计算机的训练(Computer Based Training，CBT)和计算机辅助教学(Computer Assisted Instruction，CAI)。智能教学系统的基本框架最初由Hartleyt和Sleeman提出，基本观点认为ITS必须处理三类知识：第一类是领域知识，即专家模型(ExpertModel)；第二类是学习者知识，即学生模型(Student Model)；第三类是教学策略的知识，即导师模型(Tutor Model)。这是ITS研究的最初框架。在之后的30年里。也成为指导ITS设计与开发的经典理论。虽然ITS的发展已有30多年，但关于什么是ITS，目前国内外尚无统一的定义。结合自己的研究实践。不同的学者提出了不同的看法。观点分歧主要集中在对ITS中“I”。即智能的理解不同。目前。国内学者普遍接受的观点是：ITS是一种借助人工智能技术，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，提供指导的适应性学习支持系统(Adaptive Learningsystem)。
不同时期的研究者对于智能的理解各不相同。有学者提出对于智能教学系统中智能的具体要求为：自动生成各种问题与练习；根据学生的水平和学习情况，选择、调整学习内容及进度：在理解教学内容的基础上自动解决问题生成解答：具有自然语言的生成与理解能力，以便实现比较自由的教学问答系统以提高人机交互主动性：对教学内容有解释咨询能力；能诊断学生的错误，分析原因并采取纠正措施；能评价学生的学习行为：在教学中不断改善教学策略。上述的八点进一步可归纳为三个“w”，即懂得教学内容(what)、了解教学对象(whom)、知道如何教(how)。ITS最直接和最主要的智能特征是能对学生进行因材施教的个别化指导，ITS的智能集中体现在对学生的评价和诊断能力、教学规划能力、自然语言理解能力。强调系统的智能性有利于提高教学系统的有效性、促进人类认知的研究、推动未来教育模式的改进。
ITS是一个复杂的软件系统，对其组成结构的理解，不同研究者持有不同的观点。有三模块说(Hartley&Sleeman etal.)，即认为ITS由学生模型(Student Model)、专家模型(ExpertModel)或领域知识库(Expert Model or Domain KnowledgeDatabase)以及导师模型(Tutor Model)三部分组成；四模块说，即在三模块说的基础上加了—个人机接口模块：五模块说，即在四模块说的基础上将专家模型与领域知识库独立出来。国内学者对ITS的组结构比较赞同四模块说，即认为一个典型的ITS系统主要有四个组成部分：专家模型颅域知识)、学生模型、教师模型(教学策略)和智能人机接口。如图1所示。
学生模型：用于记录学生的相关信息，反映系统对学生知识状态、认知特点和个性特点的了解程度。是导师制定教学策略的依据。学生模型通常包括三种类型：覆盖模型(Overlay Model)、微分模型(Differential Model)和摄动模型(Perturbation Model)。学生模型的研究主要包括错误诊断、学习过程跟踪、开放的学习者模型、动机和情感建模等。学生模型是智能教学系统的核心组件，是实施个性化和适应性教学的基础。
教师模型(教学策略)：根据一定的教学原理，以学生已有的知识状态、认知特点和个性特点为基础，组织适当的教学内容，采用适当的表达形式，选择适当的呈现时机，给予学生个性化的指导。该模块运行的关键在于如何选择合适的教学策略，即解决如何教的问题。
专家模型(领域知识库)：表示教学领域的相关知识以及作为专家能够基于教学领域知识解决有关问题的问题求解知识。专家模型主要完成两个功能：一是ITS中知识的来源，系统使用专家模块的知识对学生的行为作出适当的响应，生成相应的问题、任务以及解释；二是衡量学生知识掌握情况的标准，为了完成该功能，领域专家必须采用与学生相似的方式生成问题的解答，才能进行系统行为与学生行为之间的比较。
智能接口：作为系统与用户的交互界面，是为其它各个模块提供智能化的多媒体知识输入、用户信息和行为获取、知识输出的途径。智能接口包括自然语言处理技术的应用、人机对话处理、对领域知识库维护的接口、教学策略的修改接口以及学生模型的初始化处理等。
三、移动智能教学系统的应用案例
PIMS(Personalized Intelligent Mobile-learning System)即移动智能教学系统，系统保留了e-learning的优点，能为英语学习提供有效而灵活的学习环境，充分发挥移动学习的优势。扩展学生的英语词汇量，提高学生的英语阅读能力。
(一)系统概述
近年来，随着网络社区的迅速发展，越来越多的用户借助无线网络，利用掌上电脑或手机浏览网页或检索网络信息。同样地，教育技术的发展趋向也日益便携化、移动化、个性化。这些趋势导致了学习方式的变革，从传统的课堂教学走向数字化学习、移动学习和泛在学习。在这些新颖的学习方式中。移动学习已被视为一种灵活有效的学习方式。能够突破时空的限制，方便学习者在任何时间、地点，利用空闲时间展开学习活动。
为了解决英语学习中的阅读能力和词汇问题，有的学者提出英语学习的最好方法是“短时间、高频率”，也就是每天学习几分钟比一个月一次学习数小时效果显著。将上述提出的学习方法与移动学习整合，本案例基于模糊项目反应理论(Fuzzy Item Response Theory，简称为FIRT)，提出了个性化智能移动教学系统(Personalized Intelligent Mobile-learning Sys-tem，简称为PIMS)。网络蜘蛛根据模糊项目反应理论，从相关英语新聞网站检索英语新聞文章提供给PIMS，同时，能自动发现并抽取学习者不认识或不熟悉的词汇，通过加强词汇的学习，促进学生英语阅读能力的提升。实验结果表明，PIMS系统有益于提升学生的英语新聞阅读能力，扩大英语词汇量，学生的学习兴趣明显提高。
(二)PIMS的系统结构与设计
PIMS系统包括三个组成部分，即远程课件服务系统、客户移动学习系统、数据同步，如图2所示，PIMS系统结构图详细描述了每个部分的结构。客户移动学习系统由四个智能和四个数据库组成，系统基于模糊项目反应理论，向不同的学习者推荐不同难度的英文新聞，以分别提高他们的阅读能力和词汇量。远程课件服务系统由三个智能和一个数据库组成，网络蜘蛛能自动从因特网收集英语新聞，提供给远程课件、用户档案数据库，系统还能根据英语新聞难度测量预案对英语新聞进行难度参数的评估。为了实现离线学习，数据同步负责保持客户端和服务端数据的一致性。
1.远程课件服务系统
图2的右边部分揭示了远程课件服务系统的结构，包括英语新聞网络蜘蛛、英语新聞难度评估、课件管理、远程课件和用户档案数据库。目前，台湾许多网站免费提供大量英语新聞，并有相应的中文翻译，比如FTV和CTV英语网站，中文翻译有助于中文读者(L2)对英文新聞的阅读和理解。为了给远程课件和用户档案数据库构建丰富的英语课件，网络蜘蛛能自动从因特网收集英语新聞并提取英语新聞中的元数据：英语新聞难度评估能根据台湾全民英检网的词汇等级水平，在对阅读难易计算公式改进的基础上，自动测量英语新聞的难度参数，基于模糊项目反应理论的难度参数的测量有利于向不同的学习者推荐合适的英语新聞：最后，课件管理提供了友好的课件管理界面。方便教师从远程课件和用户档案数据库创建新的课程单元，下载、修改或删除课件。
2.客户移动学习系统
图2的中间部分展现了客户移动学习系统的结构，包括学习界面、个性化词汇推荐、个性化课件推荐、反馈等四个智能和用户档案、词汇、本地课件、用户帐号等四个数据库。学习界面为已注册帐号的学生提供了灵活的学习界面，实现了与反馈、个性化词汇推荐、个性化课件推荐的交互。学习界面能展现个性化课件推荐推荐的英语新聞，收集学习者的学习反应、学习新词汇、检测学生对新词汇的掌握：反馈负责收集学习者的精确反馈信息。包括英语新聞的难度水平和学习者的理解程度。并且保存到用户档案数据库：个性化课件推荐从本地课件数据库中推荐个性化的课件给不同的学习者，根据学习者的反馈，评估学习者的学习能力；最后，为了促进词汇学习，根据个性化词汇学习系统对学习者词汇能力的评估以及词汇的难易参数，个性化词汇推荐从学习者所学的英语新聞中提取对学习者来说不熟悉的词汇。个性化词汇学习系统能运用项目反应理论和学习记忆规律，激发学生的学习兴趣，提高学生的学习成绩。该系统也成功地运用在利用掌上电脑(PDA)进行个性化英语词汇学习的活动中。
如果在英语新聞中出现的词汇难度参数大于当前学习者的词汇能力，那么这些词汇被视为生词呈现给学习者，而且在学生完成词汇学习后，检查词汇界面将检测学生是否已经掌握了所学生词，同时，通过数据同步。新掌握的词汇同时被记录在客户端和服务端的用户档案数据库中，以避免在下一学习周期中重复学习。目前，系统词汇库从台湾全民英检网的词汇库中收集了八千多个词汇，并且都有相应的中文翻译和难度参数。客户移动学习系统的学习过程见图3。
(三)PIMS教学应用实验
1.英语新聞收集及课件管理系统
目前，远程课件、用户档案数据库中存储有2792篇英语新聞。用于支持有效的英语新聞阅读学习，图4展现了由英语新聞难度评估对2792篇英语新聞的难度评估及难度分布，已收集的2792篇英语新聞难度参数分布在-1.70至＋2.68之间，相对一致的难度参数的分布有利于给不同学习者推荐合适的英语新聞。图4中，-3代表最容易的，＋3代表难度最大的，0代表难度适中，已收集的2792篇英语新聞比日常英语文章难度稍大些，不适合英语阅读能力较差的学习者。在本实验中，由经验丰富的高校英语教师从2792篇英语新聞中选择了47篇作为阅读课件材料，难度参数平均分布在－1.70至＋2.68之间。
2.研究对象与研究局限
为了评估PIMS系统的学习效果，本研究通过召开班会，首先交代研究背景、研究动机、实验过程，接着利用PDA演示PIMS系统，然后从35名大学三年级英语师范专业的学生中征集到15名志愿者参与本次实验。在15名志愿者中，男生2名，女生13名，学生的第一语言都是汉语，年龄在21至23岁之间。因为PDA价格比较昂贵，所以本次研究只选取了15名学生作为研究对象，由于样本数比较小，所以实验结果不适宜推广或解释其他案例。此外，15名学生没有或很少有使用PDA的经验，在操作PDA学习英语的过程中可能会有一定障碍，并且研究对象都是未来的小学英语老师，至少已经接受了三年英语听、说、读、写的训练，既然研究的参与者是自愿的，同时都是英语师范专业，他们对运用新的学习工具进行英语阅读练习充满兴趣，因此具有很高的学习动机。另外。本研究在PDA上只提供静态文本。不提供任何声音。因此英语新聞的播音对英语新聞阅读理解的支持作用不属本研究的考虑范围。
3.实验设计
学习成绩的实验评估过程如图5所示，前测和后测的试题由十个选择题构成，分别从十篇英语新聞中随机选择，试题由经验丰富的英语老师来命题。经过统计分析，前测、后测的试卷具有相同的难度系数，前测、后测的测试时间都为15分钟。
在进行实验之前，每一位研究对象都接受了2小时的培训，学习操作PDA和PIMS系统，然后进行前测，测量学生初始的英语新聞阅读能力。经过培训和前测后，每个研究对象分发到一个PDA，在随后的五星期内，借助PIMS系统，进行英语新聞阅读学习。换言之，学习者可以在任何时间、任何地点自由地利用智能移动学习系统进行泛在学习，同时，在学习过程中系统借助学习者的学习档案记录来监督学习者的学习状态。教师也可以观察学习者的学习记录，如果一个学习者在两天内没有登录系统，系统会自动发e-mail给予提醒。五个星期以后，通过后测评估15名学生英语新聞阅读能力，通过问卷调查测量他们对学习的满意度。
4.学习评价
(1)学习成绩评价。图6展示了前测和后测学习成绩的比较。后测的结果显示：15个参与者的语言能力与开始时的英语阅读能力相比具有明显的差异，除了05号学生以外，其余学生的后测成绩都比前测成绩好。分析其原因，05号学生没有和其他同学一起参加后测，随后单独进行后测。在后测过程中。该生注意力非常不集中，由于不明的心理或私人的原因，05号学生后测仅做了20分钟左右，导致后测的成绩非常差，05号学生的后测成绩视为干扰，统计分析时忽略不计。
图7展示了三个英语学习能力不同的学生(02号阅读能力低、04号阅读能力中、07号阅读能力高)随着时间的推移其英语学习能力的变化曲线，02号阅读能力低的学生阅读能力提升的速度与04、07号学生相比要慢些。07号阅读能力高的学生与其他两位学生相比，其阅读能力提升的速度是最快的。值得注意的是，当推荐的英语新聞难度太大学生不能理解时，学生的阅读能力就会下降，直到给予个性化学习策略，学生的阅读能力才会提升。然而，实验结果显示：经过31个小时的学习，三个被观察的学习者虽然英语阅读起始能力不同。但逐渐达到相同的阅读能力如何。结果表明，不管学习者原始的阅读能力如何，PIMS系统给不同的学习者推荐合适的新聞文章可以促进学习者阅读能力的提升。
为了进一步检验前测和后测的成绩差异，利用SPSS软件来分析前后测的成绩。表1列出了前后测配对样本的统计信息(N=14)，前测和后测学习者的平均成绩分别为65和76.4，标准差分别为16.05和13.36。表2给出了前后测配对样本的t检验。研究发现，前后测成绩平均值差异为-11.43，自由度为13，t为-2.51，P为0.026。换言之，利用推荐的PIMS系统。学习者学习成绩的提升达到显著性差异水平，测试成绩平均分提升11.43分。
为了理清PIMS系统是否对不同学习能力的学习者提供不同的学习成绩，利用卡方聚类方法，根据前测成绩把15个学习者分成三类，表3展示了基于前测成绩的分类结果。表4展示了三类小组的统计信息。较另外两组相比，前测成绩比较低的小组在阅读英语新聞总数平均值、词汇学数的平均值、进步成绩的平均值等方面取得了更好的成绩。换言之，在学习成绩提高方面，PIMS系统为初始英语阅读能力低的学习者提供更大的帮助。
(2)问卷分析。为了评价学生对PIMS系统的满意度，参照Chen’s et al.的研究，设计问卷，问卷从五个方面设计了21个问题，衡量PIMS系统能否满足用户的需求。这五类问题包括：使用PDA的个人信息，4个问题：系统操作的方便性，5个问题；学习者使用PIMS系统学习的学习态度，7个问题；系统的优点和缺点，4个问题；学生对实验前和实验后英语阅读能力的自我评价。
调查结果显示。学生对系统操作方便性的满意度达81.32％：75.21％的学生认为PIMS系统对英语学习的态度和兴趣有促进作用：大多数学习者认为PIMS提供了友好的界面，有效的学习机制、提高了学习动机和兴趣，尤其是相应的中文翻译加深了英语阅读的理解程度，同时也对系统提出了一些建议，比如增加字典功能、增加发音辅助听力理解等；最后，采用SPSS软件统计分析学生对实验前和实验后英语阅读能力的自我评价，通过配对样本统计和配对样本t检验，大部分学习者认为利用PIMS系统学习英语。英语新聞的阅读能力有了明显的提升。
四、PEVIS教学应用案例分析
目前，在智能教学系统研究和应用尚不够完善的情况下，PIMS系统建立了智能导师与学生之间一对一的“师生”关系，值得学习借鉴。
(一)重视学生初始学习能力的评估
学生初始学习能力的评估通常利用一些经过测量理论校定的测试练习题对学生进行测试。并根据学生的反应情况来估测学生能力以及对领域知识的掌握程度。在PIMS系统中。通过前测了解学生初始英语阅读能力和词汇掌握情况。在一个学习循环结束时。理解测试练习和词汇测试又将结果反馈给个性化词汇推荐、个性化课件推荐、用户档案数据库。系统了解的学生的认知状态，教学模型就可以正确地评价学生对知识的理解程度，以便进一步推荐适宜学生的英语阅读材料，同时教学模型还可以通过学生模型诊断学生在学习过程中所形成的错误概念。为学生提供相应的补习，以便使学生建立正确的概念。
注重学生初始学习能力的评估有助于确定教学起点，符合采用系统方法设计教学的思想。运用系统观点看待教学的好处是能够把握教学过程中学生、教师、教学材料、学习环境等要素，并且各个要素之间必须有效地发生相互作用。在智能教学系统中，学生模型是智能教学系统的核心部件，它记录了学生的认知状态。反映了学生的学习进度、知识的熟练程度、存在的误解以及与期望目标之间的差距。为系统对学习内容进行动态组织提供重要依据。
(二)动态生成适应性学习内容
动态生成适应性学习内容是指智能教学系统根据学生初始学习能力的评估结果以及学生的学习档案记录，动态地组织、呈现与学习者当前学习能力最相关的学习内容。它包括两方面的内容：在学习内容的选择上，系统根据学习历史记录和能力评估结果，选择学生没有掌握或是没有学习过的学习内容，这些学习内容是与当前学生能力最接近的：在学习内容的组织上，系统将根据对学生估测的能力和学生的认知风格，选择最适合学习者的内容呈现方式。在PIMS系统中，个性化课件推荐根据前测了解到的学生初始英语阅读能力和词汇能力，推荐难度适宜的英语阅读材料，在下一个学习循环开始时，个性化课件推荐再根据上一循环的反馈结果，进一步作合理推荐。
一方面。动态生成适应性学习内容符合维果斯基的“最近发展区”的教育理论。维果斯基将学生的实际发展水平与潜在发展水平相交叠的区域称为“最近发展区”。这个发展区存在于学生已知与未知、能够胜任和不能胜任之间。发展的过程就是不断将最近发展区转化为现有发展区的过程，把未知转化为已知、把不会转化为会、把不能转化为能的过程。另一方面，动态生成适应性学习内容还有效解决了学习者的认知超载问题。认知负荷是指人在信息加工过程中所必需的心理资源的总量。
资源有限理论认为，人的认知资源(主要表现在工作记忆容量上)是有限的，而任何学习和问题解决活动都要消耗认知资源，都有可能造成认知上的负荷，如果加工某种信息所需要的认知资源超过了人本身所具有的认知资源的总量。就会造成认知超载(Cognitive Overload)。从而影响学习的效果和效率。根据影响认知负荷的基本因素，可将认知负荷分为三类：内在认知载(Intrinsic Cognitive Load)、外在认知负荷(Extraneous Cognitive Load)和关联认知负荷(GermaneCognitive Load)。内在认知负荷是在学习材料的内在性质与学习者的专业技能之间的相互作用中产生的，负荷的大小取决于工作记忆中同时被处理的信息数量以及与已存在的图式联系。动态生成适应性学习内容能有效地减轻学生的内在认知负荷，符合因材施教的个别化教学原则。
(三)动态调整学习策略
学习策略是针对特定的学习内容为学生进行学习时所采取的方法。一般来说，不同的学生。根据自己不同的学习风格，采取的学习策略是不一样的，同一学生在不同时期内所采用的学习策略也可以不同，甚至同一学生在学习同一学习内容时，也可采取多种学习策略。PIMS系统充分发挥了智能教学系统与移动学习两者的优势。一方面。智能教学系统能够支持学习者开展自主学习、协作学习和探究性学习等多种学习策略。为学习者提供丰富的资源和学习建议：另一方面，移动学具备了数字化学习的所有特征之外，还有它独一无二的特性，移动学习提供基于短信、文本、图像等的学习方式，学习者不再被限制在电脑桌前，可以自由自在、随时随地进行不同目的、不同方式的学习。学习环境是移动的，学生也是移动的，学习者可以根据不同的学习状况，动态地调整自己的学习时间、学习地点。每个学生可以自己控制学习的步调，再结合英语学习“短时间、高频率”的学习特点，特定的学习内容以适当的方式呈现，以灵活的学习策略促进学习者主动学习，实现对知识的意义建构。
(四)关注智能教学系统的教学应用及其效果
从文献分析来看，目前国内智能教学系统的研究主要关注理论基础及系统模型的研究，不少论文对智能教学系统的系统架构和实现技术、学习模式、教学设计等方面研究较多，但很少关注系统的教学应用及其效果，从而使研究缺少实践的支撑。相比之下，在本个案中设计了相应的教学应用实验，以检验系统的应用效果，并发现系统设计的不足。个案首先介绍系统的使用方法、英语新聞的收集方法、课件管理系统对英语新聞的管理和系统的界面，接着明确实验对象和实验的限制，以生动直观的图表形式交待实验设计、数据统计和检验，通过学习成绩评估了解系统在教学中的应用效果。通过问卷调查，了解学生对系统操作方便性的看法、学习者使用PIMS系统的学习态度、系统的优点和缺点和学生对实验前和实验后英语阅读能力的自我评价，从而为智能教学系统的进一步完善打下基础。实验证明，PIMS系统为不同的学习者推荐的英语新聞有利于学生的学习，可以减少认知负荷，增进学习效果，提高学习兴趣。
五、小结
PIMS移动智能教学系统支持英语学习的研究，在系统构架、技术实现和教学应用方面，都为我们提供了良好的参考模型。系统基于模糊项目反应理论，合理地评估学习者的原始英语阅读能力，根据学习者反馈信息和英语新聞难度系数。因人而异地推送难度适宜的英语新聞。减轻了学生的认知负担。激发学习者的学习动机和阅读兴趣。提高了学习效果。同时。移动智能教学系统提供的泛在学习环境。使英语学习突破时间、空间的限制，真正实现无时无处不在的泛在学习。
