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随着计算机技术和网络技术的不断发展和普及,代表着先进的教学思想和教学方法的智能计算机辅助教学(Intelligence Computer-Assisted Instruction,ICAI)应运而生,它改变了传统CAI模式化、机械化的教学方式,为学生提供了一种新型的双向式教学环境。ICAI将教学内容与教学策略分开,根据学习资源库提供的学生模型,通过专家系统的推理,动态生成适合于个别化教学的内容与策略;通过诊断机制判断学生的学习水平,分析学生产生错误的原因,提供合理的改进方案,同时修改原来的学习策略,为教师对教学内容的调整改进提供依据。
本文根据认知理论、专家系统和关系理论,研究了网络环境下的ICAI的架构ICAIBN(ICAI System Based on Network)。ICAIBN将课程划分为多个知识点,用知识关系图来表示各个知识点间的关系,并用超文本页面来讲解每一个知识点;根据知识点的特点,采用专家系统推理技术,引导不同的教学方法;利用认知理论对学生进行测试,并根据测试成绩对教学方法进行调整。
本文的主要贡献如下:
(1)基于认知理论研究了具有四大功能的学生模型:评价单元、诊断单元、记录单元、协调单元。学生模型的执行过程就是各单元对学生信息库的修改、操作过程,各单元均由教师模型调用激活。
(2)基于专家系统原理研究了教师模型,它把自然语言对话、教学策略和教学内容等方面的知识结合起来。其任务是为学生选择要解决的问题,监察并评价学生的行为,按学生的请求提供帮助并选择辅助材料。
(3)基于关系理论研究了知识关系图。知识关系图由教师在分析教学目标要求和该门课程体系结构的基础上确定,有了知识关系图之后,可利用“拓扑”排序(有条件的拓扑排序)或者是在教师的参与下制定学生学习该门课程的知识点序列。在制定知识序列时有一个原则,即按照临近发展原则,在一个知识点的所有前提知识点学完之后,应尽快学习该知识点。
ICAIBN架构对于突破教学在时间和空间上的限制性,实现教师“教”与学生“学”的实时互动性和协作性、教育资源的共享性都具有深远的意义,充分体现了网络教学的互动、开放、智能、自适应的特点。
最后以高职《计算机导论》教学为例进行了ICAIBN架构初步的实验,达到了预期的目标。