基于智能导师系统的智慧实训研究

冯霞敏 刘大君

摘要：随着人工智能技术逐渐进入教育教学领域，引发了职业院校技术技能实训模式的改革创新，智慧实训成为职业院校培养创新型技术技能人才的主要路径。本文所研究的智能导师系统，正是基于人工智能技术，为学生提供个性化、智能化学习的智慧实训系统。通过对中外相关文献的分析，对智能导师系统的概念、研究现状、主要要素等进行叙述，并结合导游讲解技术技能实训的需求，建立导游讲解智慧实训模式，促进导游讲解的自适应实训及智能化评价。

关键词：智能导师系统;智慧实训;导游讲解

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1673-9094-（2018）12C-0027-04

一、智能导师系统的研究综述

（一）概念

智能导师系统（Intelligent Tutoring System，ITS）是利用计算机模仿教学专家的经验、方法来辅助教学工作的计算机系统。本文所研究的智能导师系统，是指基于人工智能技术，为学习者提供个性化的学习指导和智能化的学习评价反馈的教学系统。

（二）研究现状

在国际上，智能导师系统这一概念由Sleeman和Brown于1982年正式提出。智能导师系统是利用计算机模仿教学专家的经验、方法来辅助教学工作的计算机系统。20世纪90年代后，随着计算机网络技术、多媒体技术、人工智能技术、虚拟技术等兴起及其在教育领域的运用，智能教学系统进入了实践应用时期。如南加州大学开发的RIDES系统、斯坦福大学的MMAP系统、北伊利诺伊州大学的CIRCSIM-Tutor等。

在国内，智能导师系统的研究大概起始于19世纪80年代末。研究者认为，智能导师系统是一种提供个性化指导的教学系统，主要研究领域为知识建构、系统模型开发、集成环境开发等。进入2000年，国内学者开始关注教学过程、知识库、学习者模型、教学策略、教学设计等，并且把数据分析、人工智能、虚拟现实、情感计算等新技术应用于智能导师系统。邓文新等（2002年）提出基于本体的智能导师系统研究中，把自然语言的理解和交互作为当时智能导师系统开发的困难之一。可见，虽然研究者已经意识到人工智能等新技术在智能导师系统中的应用，但由于新技术在教育领域应用滞后，所以十几年前的智能导师系统研究多为概念系统。

隨着技术发展，人工智能技术逐渐进入教育领域，为智能导师系统的构建提供技术支撑，主要体现在语音识别技术、自然语言处理、情感计算、虚拟现实等技术与系统的创新融合。在对自然语言处理上，目前已经能实现对文本的分析和知识管理，通过语音识别实现智能问答及面向语言教学的实际应用（主要在英语教学）;而随着穿戴设备的发展，情感计算通过采集学习者面部表情、手势、生理数据等，分析学习者的情感状态，给予学习者合适的激励、调节与帮助;虚拟现实和增强现实技术则创设了交互式、沉浸式的学习环境。

通过阅读关于智能导师系统的相关文献，发现目前国内外研究者对智能导师系统开发的要素提出多种结构，其中必备要素为三个：专家系统、学生模型、导师模型。专家系统属于资源领域，涉及领域知识获取、知识库构建等;学生模型属于学习领域，涉及学习原理、学习路径、学习活动、学习风格、学习过程等;导师模型属于教学领域，涉及教学策略、动态跟踪、诊断与评价等。

研究中，笔者发现美国《教育传播与技术研究手册（第四版）》中提出了与智能导师系统相近概念的两项新兴技术：教学代理和自适应学习技术。教学代理（Pedagogical Agent，PA）是用于在线学习环境以满足不同教学目标要求的、类似教师的虚拟角色，可以认为是教师的虚拟化身，能够承担多种角色，如助教、教练、专家、顾问、激励者、学习伙伴等。自适应学习技术（Adaptive Learning Technologies，ALT）是指根据学习者的个性特征与具体情况，通过呈现适当信息与学习资料、提供反馈和建议来创设符合学习者需要的智能学习环境的技术。通过对三者的概念比对，可以得出三者在教学及应用上有区别，智能导师系统注重教与学的综合策略，教学代理在实际中的应用体现为智能家教机器人，而自适应学习技术目前在国内尚没有真正意义的应用。

综上所述，借助智能导师系统，搭建智能化的实训平台，建立导游讲解课程的专家系统、学生模型和导师模型，将促进学生自主学习和个性化学习，为导游讲解智慧实训创设智能化的教学环境。

二、智慧实训的研究综述

（一）概念

智慧实训是以满足学习者的实际需求为最终目标，以智慧教学理论为教学指导，以物联网、云计算、人工智能等先进的信息技术为支撑，为学习者提供个性化、多样化的实训教学。智慧实训的特点是在线、协作、移动、自适应。智慧实训需要有具有感知功能的智慧实训室，具有数据采集和分析功能的在线系统，具有个性化、自适应的智能推理，具有针对专业学科的庞大的专家系统，能实时、在线进行评价、反馈，能实现多人协作实训等。

（二）研究现状

在知网中以“智慧学习”“智慧教学”“智慧课堂”为搜索关键词，发现从20世纪50年代就开始有相关研究，研究成果较多。以“智慧实验”为关键词，共有1371篇文献，主要集中在物理、化学、科学、生物等基础学科。以“智慧实训”为关键词，共有167篇文献，通过关键词共现网络分析，智慧实训以“物联网”为核心，辐射智慧实训、智慧农业、智慧旅游、智慧商超、专业建设、智慧校园、智慧城市等关键词。研究领域主要为物联网、计算机网络、农业、加工制造、旅游等专业。从以上文献分析看，目前对智慧教学的研究较深较广，但是对于职业院校智慧实训的研究尚属于新兴领域。

实验实训是职业院校培养学生技术技能的课程。在传统实验实训中存在诸多问题，如教师指导面受限、实训资源分散、教学反馈评价碎片化、教学管理粗放、因材施教难以实现等。随着物联网技术、穿戴设备、大数据分析等技术，实验实训可以被感知、被分析，故而智慧实训开始出现。

对于智慧实训的研究，国内外研究者主要关注智慧学习环境、智慧实训室、智慧实训模式这三个方面。

对于智慧学习环境的研究，目前较为成熟。国外研究者认为，智慧学习环境是一个以信息通信技术的应用为基础，以学习者为中心的且能适应学习者不同的学习风格和学习能力，为学习者终身学习和发展提供支持的环境。祝智庭教授认为，智慧学习环境是以先进的学习、教学、管理和利用的思想和理论为指导，以现代信息技术、学习工具、学习资源和学习活动为支撑，可以全面感知学习情境信息并获得新的数据，或者对学习者学习行为数据进行科学分析和数据挖掘，能识别学习者特性和学习情境，灵活生成最佳适配的学习任务和活动，引导和帮助学习者进行正确决策，有效地促进智慧能力发展和智慧行动的新型学习环境。

对于智慧实训系统平台、实训室的研究是智慧实训研究的热点。如黄丽芬等提出了数据驱动的智慧实训室服务模式，设计以智慧实训室感知层的建设为实践平台，将物联网服务与设备感知融合，提出一种基于数据驱动的、支持各感知设备，直接感知控制的物联网智慧服务模式。在现代服务业实训室建设上，黄莉娟基于会计对实务操作技能的高要求，在“互联网+”时代到来之际，提出打造一个能够适应“互联网+”的集智慧教室、移动学习、智能识别、信息化互动教学等在内的会计智慧实训平台。综上，物联网技术、虚拟仿真技术较多地应用在智慧实训系统平台构建和智慧实训室建设上。智能导师系统的应用比较少。

对于智慧实训模式的研究成果比较少。如曹育红对智慧学习环境下师徒共同体职业技能实训课程开发模式研究，把智慧学习环境作为建立新型师徒共同体的基础，在智慧学习环境建立师傅社群、徒弟社群和技能社群，按照职业技能推送方式的不同，建立用于职业技能传承的师傅主动型共同体、徒弟主动型共同体和智慧配对型共同体。匡华云依据创新教育的背景意义，提出创新教育方案“一三一”教学模式，探索高速铁路轨道交通智慧实训与创新教育。倪珊珊提出在智慧旅游背景下要进行课程体系改革，加强产学研结合，加强校内实训室的科技化，创新旅游管理应用型人才培养模式。

三、基于智能导师系统的导游讲解智慧实训模式研究

（一）问题的提出

2017年11月，江苏省13市进行了中等职业学校学生专业技能抽测工作，其中旅游服务项目主要测试了学生的导游讲解技能和导游应变技能。这两项技能是旅游类专业学生必备的专业技能。但是从测试现场的反馈情况和抽测结果的分析报告来看，反映出一些问题。（1）从技能水平看，大部分学生的导游讲解只能做到流利地背诵，缺乏导游职业岗位所需求的生动而富有感染力的表达，学生讲解时表情和肢体语言也比较单一。这说明，在学校日常技能教学中，存在着训练目标不明、教学模式传统、评价标准不一等问题。（2）本次抽测还暴露出考核评价的问题。由于导游讲解技能的考核主要依靠主观评价，虽然有统一的评价标准，但是由于评价者的技能水平和现场聆听的实际感受不一，对于学生导游讲解的评价出现同一学生但两位考评员所打的分数差距较大的情况。

（二）导游讲解智慧实训模式的构建

智能导师系统在英语口语、英文写作等基础学科领域已经有较为成熟的研究和应用，旅游类专业的导游讲解技能训练包括导游语言表达、导游词写作等两个学习领域，与英语口语、英文写作有相似之处，但是由于学科领域、学习对象、教学策略等不同，在专家系统、学生模型、导师模型的设计上是完全不同的。基于导游讲解智能导师系统不仅促进了智慧实训的开展，也意味着导游讲解评价即将开启智能化评价，这对现在的导游讲解训练方式和评价模式是颠覆性的变革。

1.系统开发。智能导师系统在英语写作、英语口语训练上已有实际应用，可以借鉴其相关功能和训练模式应用于导游词写作、导游讲解。但是系统架构中关于专家系统、学生模型、导师模型必须以导游讲解的学习内容、学生对象、技能要求、教学策略进行重新架构。以某景区为例，首先须开发与景区景点讲解有关的专家系统，然后依据导游考证、技能考试、导游技能大赛、行业企业岗位要求等设计学生模型，借助虚拟仿真资源、多媒体资源、知识图谱、语料库等设计导师模型，最后整合在导游讲解实训平台中。语音识别技术将实现讲解语音到导游词文本的智能转换，基于知识图谱和语料库能实现对导游词的智能批改，对导游讲解的智能评价和即时反馈。如果技术支持，还将引入穿戴设备、情感计算技术对技能实训的检测和激励机制。智能导师系統的平台、数据库、资源标准、技术应用等一旦确立，就可以复制推广到更多地区和更多景点。系统开发是实施智慧实训的保障和前提。

2.模式研究。在智能导师系统支持下，导游讲解智慧实训模式包括VR情境漫游模式、自适应实训模式、智能化评价模式这三个方面，实现实训环境情境化、实训资源数字化、实训过程数据化、实训成果可视化、实训评价智能化。

VR情境漫游模式是借助VR技术构建虚实融合的交互环境，为学生营造仿真沉浸的实训环境。学生登录实训平台，选择游览模式，戴上VR装备，能身临其境地漫步景区，进行自主探究。虚拟景区的AI导游可以带领学生开展虚拟游览，通过智能交互问答，学生能在三维仿真景区的漫游中观察环境、掌握知识，形成游览经验。

自适应实训模式为每一位学生量身打造了学习路径、学习内容和学习伙伴。学生登录实训平台，选择讲解模式，以导游身份开展模拟讲解。语音识别技术把学生讲解内容转换为文本，系统能自动判定学生讲解内容的正确性、完整性，讲解语音的标准度、流畅度、自然度等，从而给学生一份智能反馈报告，学生可依据反馈报告进行个性化调整。例如，有的学生讲解内容出现了科学性问题，系统会自动推送微课视频、示范讲解、文本知识等资料给学生进一步学习;有的学生语言表达不够流畅，系统给予关键词提示，让学生能围绕关键词进行展开式讲解训练。通过自适应模式，学生在智能评估中不断调整，从而提升讲解技能水平。

基于知識图谱和高频词分析可实现导游讲解的智能化评价。通过比对，智能评价学生讲解的内容、语音语调等，从而做出智能评判。

（三）导游讲解智慧实训的创新意义

1.开发智能导师系统用于专业实训，创新第二代学习管理系统。人工智能已经与社会生活方方面面都有紧密联系，但是在教育领域的具体应用不多，对于职业院校而言，技术技能训练中采用人工智能技术应该是最恰当的结合点。智能导师系统是基于人工智能技术，可以说是在现有的实训教学平台上安装了一颗智慧的大脑，为学生学习和实训提供更为科学、智能、个性化的指导，属于第二代学习管理系统。借助智能导师系统，从传统的机械式的实训跨入到培养学生创新创造能力的智慧实训时代。

2.关注技术技能型人才培养，为智慧旅游时代培养创新人才。旅游行业受新技术和互联网+影响比较大，如在线电商对传统旅游企业有较大的冲击，谷歌AR智能导航、科大讯飞即时翻译器都取代了传统导游的部分职业功能。2017年9月，北京侣程科技发布了最懂旅行的人工智能导游“AI导游”。这些新技术的发展，也促使旅游职业教育要对旅游人才的培养目标重新定位。从现状看，在传统实训模式中，学生技能训练量少，导致自信不足，语言表达生硬，协作能力差，知识广度与深度关联性不足，拓展性、创新精神缺乏等。通过智能导师系统，能转变技能实训方式，转变评价模式，进一步提升职业院校旅游类专业学生适应人工智能时代所必须具备的核心竞争力。

3.导游讲解智慧实训是智慧校园建设、省技能考试平台的创新实践。2018-2020年是智慧校园建设三年规划期，其中智慧实训是学校智慧校园建设的重要部分。同时，2017年江苏省率先制定全省中等职业学校技能标准和技能测试方案，无锡旅游商贸高等职业技术学校成为旅游类专业技能标准和技能测试方案制定的牵头学校和考点学校。学校组建团队对旅游类专业的通用技能进行了调研，确定了以导游讲解技能、导游服务技能、导游应变技能、线路设计技能作为中职旅游类专业的通用技能。其中，导游服务技能、导游应变技能、线路设计技能均能通过在线平台进行实训教学与考核评价，而导游讲解技能因为需要主观评判，目前只能进行现场实训和测评。如何实现在线、科学的智能化评价，期望用新技术来变革实训模式和评价，通过智能评价系统实现学生导游讲解实训的自适应训练，实现区域间协同实训的科学评价。

责任编辑：谢传兵

Research on the Intelligent Training Based on the Intelligent Tutoring System

FENG Xia-men & LIU Da-jun

（Wuxi Higher Vocational School of Tourism & Commerce， Wuxi 214045， Jiangsu Province）

Abstract： With the gradual entry of artificial intelligence technology into the field of education and teaching， the reform and innovation of the training mode of technical skills in vocational colleges have been triggered. Intelligence training has become the main way to train innovative technical talents in vocational colleges. The intelligent tutoring system studied in this paper is based on the artificial intelligence technology to provide the students with intelligent learning and personalized intelligent training system. Based on the analysis of relevant literatures at home and abroad， this paper describes the concept， research status and main elements of the intelligent tutoring system， combines the needs of the technical skill training of the tour guides， and establishes the intelligent training mode of the tour guides' explanations， so as to promote the adaptive training and intelligent evaluation of the tour guides' explanations.

Key words： intelligent tutoring system; intelligent training; tour guide explanation