基于web的智能辅助教学系统的多模式研究

杨友斌

（重庆大学 计算机学院，重庆400044；重庆电子工程职业学院，重庆401331）

基于web的智能辅助教学系统的多模式研究

杨友斌

（重庆大学 计算机学院，重庆400044；重庆电子工程职业学院，重庆401331）

随着多媒体、超媒体以及网络技术的发展，基于网络的应用得到了快速的发展。CAI应用发展的一个主要方向就是网络智能计算机辅助教学（ICAI）,它能为人们相互学习交流、共享网络资源提供更大的方便。理想的智能教学系统应能提供多种教学模式及相应教学内容,适应不同学生的学习风格和满足不同学生的学习兴趣和需求,对学生实施个性化的教学。

网络；智能辅助教学系统；多种教学模式；个性化

随着多媒体、超媒体以及网络技术的发展，提供网络学习环境，进行远程的网络教学成了计算机技术在教育应用领域的研究重点，出现了基于Web的智能辅助教学系统。学生的学习可建立在智能学习环境中，通过与智能教学环境的交互，与同伴的协作、会话来实现；同时实现了资源共享并能够为学习者提供丰富的网络学习资料，使得学生的学习在一定程度上成为基于丰富资源开放式、个性化、自主性的学习。

1 基于Web的智能辅助教学系统

基于Web的智能辅助教学系统与单机智能教学系统功能上存在较大的差异，因此，它们的体系结构有着很大的变化，其体系结构如图1所示。

1.1 领域知识库

使智能教学系统具有某一学科知识，它相当于教师具备的专业知识。领域知识库应该既能有效地反映学科知识体系，又能为实现相应的教学过程提供充足的教学材料。

1.2 教学推理机

教学推理机使智能教学系统能够依据课程的知识体系和学生学习的实际情况及当前状态，为学生提供相应的教学材料、教学方法和教学表现形式，对学生实施个别化教学。

1.3 学生模型

学生模型是智能教学系统进行智能化教学的依据。它主要用来描述学生对所学知识的理解状况，力求反映特定类型学生所具有的知识水平。学生模型一般包括以下几个方面的内容：学生拥有的正确知识及对这些知识的掌握程度；学生易犯的错误及对产生这些错误原因的解释；学生学习史；学生个性特征等。

1.4 用户接口

智能教学系统的用户通过用户接口与系统进行交互，它的接口包括学生接口和教师接口，各个接口交互的功能不同。

2 基于Web的智能辅助教学系统中的多种教学模式

教学模式可以定义为在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序。作为结构框架，突出了教学模式从宏观上把握教学活动整体及各要素之间内部的关系和功能；作为活动程序则突出了教学模式的有序性和可操作性。20世纪50年代以来，随着科学技术的发展，特别是系统论、控制论、信息加工理论等的产生，教育面临着新的科技革命的挑战，对教学实践产生了深刻的影响，也使教学模式面临着许多新的问题。促使人们用新的理论和技术去研究教育和教学问题，因此这一阶段在教育领域出现了许多的教学思想和理论，也产生了许多新的教学模式。

一个智能教学系统可以包括多种教学模式,如教学模拟、教学游戏、虚拟实验室、案例研习、操作与练习、个别授导[1]，各种不同的教学模式有各自不同的基本教学过程。

2.1 教学模拟

是利用计算机建模和仿真技术来表现某些系统 （自然的、物理的、社会的）的结构和动态，为学生提供一种可供他们体验和观测的环境。教学模拟是一种十分有价值的CAI模式，在教学上有广泛的应用。例如，可以模拟电子运动、原子裂变、落体运动等，帮助学生加深对原理的理解；可以模拟果蝇的遗传过程，让学生在短时间内“发现”生物的遗传定律；可以模拟构造一个微型公园，让学生通过合理设计和妥善经营形成相关的操作技能和解决问题的能力等等。

2.2 教学游戏

与计算机模拟有密切关系，多数教学游戏本质上也是一种模拟程序，只不过在其中刻意加入趣味性、竞争性、参与性的因素，做到“寓教于乐”。例如，在教学游戏中，学生可以扮演某些角色，如作为探险家在蛮荒险地求生存，作为企业家在市场竞争中求发展等等，从而使学生在娱乐中形成相关的能力。

2.3 虚拟实验室

实际上是利用虚拟现实技术仿真或虚构某些情境，供学生观察与操纵其中的对象，使他们获得体验或有所发现。

2.4 案例研习

系统为学生提供一种丰富的信息环境，系统中包含从实际案例中抽取的资料，让学生以调查员的角色去调查案情（犯罪案件、医疗事故、道德伦理问题等），通过资料收集、分析和决策，得出问题的结论。

2.5 操练与练习

是发展历史最长而且应用最广的CAI模式，此类CAI并不向学生教授新的内容，而是由计算机向学生逐个显示问题，学生在机上作答，计算机给予即时的反馈。运用多媒体，可将许多可视化动态情景作为提问的背景。但是，从严格意义上说，操练（Drill）与练习（Practice）之间也是有一定区别的：操练基本上涉及记忆和联想问题，主要采用选择题和配伍题之类的形式；而练习的目的重在帮助学生形成和巩固问题求解技能，大多采用短答题和构答题之类的形式。

2.6 个别授导

是经典的CAI模式之一，此模式借助计算机来实现教师的指导性教学行为，对学生实施个别化教学，其基本教学过程为计算机呈示与提问——学生应答——计算机判别应答并提供反馈。在多媒体方式下，个别授导型CAI的教学内容呈示可变得图文并茂、声色俱全，并可使交互形式更为生动活泼。

以上是部分能用计算机来实现的教学模式，随着对教学模式研究的深入，还会有更多的教学模式出现。

选择了基于Web的智能辅助教学系统某一种教学模式，就可以利用多种教学模式进行教学，其教学过程如图2所示：

如图2所示，学生登录后，由教学规划器根据学生模型和领域知识模型的相关信息决定学生应学习的知识点；模式调度器根据规划结果、学生模型的相关数据以及学生应学习的知识点的教学资源相关属性，找出合适的教学模式进行调度；教学模式依据相关规则和学生模型中学生数据，提取和组织教学内容，进行教学；当该知识点教学内容完成时，通知教学规划器，确定下一步的教学。这个教学过程遵循 “全局教学规划——教学模式调度——模式内局部教学规划”的教学解决模式，从而打破了单一教学模式对教学过程的全程控制，提高网络智能教学系统的适应性。

3 基于Web的智能辅助教学系统中的多种教学模式的表示与管理

为了实现在基于Web的智能辅助教学系统中教学模式的转换，系统中所有教学模式的安装和注销、教学模式组件的组织和储存、教学模式组件的检索与定位以及教学模式组件的升级、维护、转换等都需要统一的管理。这种管理由教学模式管理器来完成。

为便于教学模式管理器对教学模式的管理，教学模式管理器对每一个安装到系统的教学模式组件进行描述，并将该描述信息存储到教学模式描述符文件中。对每一个教学模式的描述包括教学模式名称（PatternName）、该教学模式存储位置（Directory）、入口（Entry）、需要的参数列表（ParaReqList）、能够应用于教学模式的资源属性列表（ResourceAttrReqList）等信息。在资源属性列表中，每个属性还有一个数值型的值，该值描述了该属性在所属教学模式用于教学时该属性的重要程度，有了它，使得教学资源在缺少某些不太重要的内容时也可以利用该教学模式进行教学。该描述符文件是基于XML的：

一旦某个教学模式被安装后，就一定可以在描述符文件中找到相应的信息。教学模式管理器正是根据这些描述信息对已安装进系统的教学模式进行管理或激活。

4 结 论

随着信息技术的不断发展，网络开放式资源的逐步丰富与完善，基于Web的智能辅助教学系统将更进一步得到学习者的青睐，有效地促进人类多样化的学习方式与学习需求的改革，达到个性化、自主学习的目标。

[1]祝智庭.现代教育技术——走向信息化教育[M].北京：教育科学出版社，2002：3.

[2]李建国，张小真.计算机辅助教学[M].重庆：重庆大学出版社，2006：65～89.

责任编辑 王荣辉

Web-based Intelligent Computer Assisted Instruction System of Multi-modal Study

YANG Youbin
(Computer Institute of Chongqing University,Chongqing 400044,China; Chongqing College of Electronic Engineering,Chongqing 401331,China)

With the development of multimedia,hypermedia and network technology,especially Internet-based applications has been rapid development.CAI application development in a mainstream direction is the network Intelligent Computer Aided Instruction (ICAI),for people to learn from each other,share network resources providing a convenient,has become a major concern the field of educational technology research content.The ideal intelligent tutoring system should be able to provide a wide range of teaching modes and the corresponding teaching content,to adapt to different learning styles and meet the different learning interests and needs of students to implement individualized instruction.

Network;ICAI;a variety of instructional models;personalized

G621

A

1674-5787（2010）03-0158-03

2010-03-02

杨友斌（1971—），男，重庆市忠县人，重庆大学计算机学院计算机科学技术专业2004级在职研究生，重庆电子工程职业学院软件工程系教师，主要从事软件设计、软件工程方面的研究。