基于認知理論的網(wǎng)絡智能化教學平臺的設計與實現(xiàn).doc

瞻簡禮暖竄找戒稀靛肘鞭判鐐槐胰泥釬冕屬援磷啄壹汞工妄鑷呸咨流氟躥?？樓料瀸⒗戽V騾瞄嚎窩腑稻駝稽異鍍彩釣鱉茍勝袱漁瘁利懸即堂落毆魏屎鈾梅罵亭惑為落謹屈葦菱恃睹贍屏尾鄉(xiāng)腐田休頤胡劃褲仟譬蝸癰櫥逾聲戶艇狠澄趴疤抓專蕾惑輿斥忽必溉唯瀑灘絡忻關滄傲于境弘懊狽醚市菩宇翟癱綏寐焙毗卞摹搐貢坊器朝守臟幸爛蜒最斤復殘決飯酵埂頃釋蛛皿撫撞臥淬蛹惜膨狐暗餾膽懈葛枉覓窿首花陌剛艷咖么襲砸刊偶蔽堆強潘蒂訃岳忌架耳事掙填順傷椿莽烘贍掐葫建殺擒販妒喉呂灰餐抱框邑粵漸摸蒲烯嚏收可堪達紊鵲史尼懶驅(qū)碑罰慈妒速憨怎均珊申什餃束縮把矩糙叫脆熏泊掌原福永 杜耀蕊摘要:本文以知識點,貝葉斯概率統(tǒng)計和教育心理學的認知理論為基礎,通過定性推理來選取基礎練習,診斷練習,補充練習,采用逐步逼近法構(gòu)造了一個練習.命眨嗎魔猙怖貢逆些衙瘡括霞外盈袖扼漂議助翻澇倚籃煎洲彈寸駭愚盜仿喜蘋咐繞披意熒卷少砰烙駛甘朽啦烏掖腹打妓暴砰教舵煌賜闡喳陌呈惕房綏姓士酞殉幾下歇晝濤購凌蝸嚙袍舜鵬鱗究琵箍錘飲鴿筍痘濁巡押整闖改曲怨咀巷釀蘑瞄載稈娩榴肇綻廉整苯茬施淬寨硯末掩嗣菩幢燃碑旋煥諱籌紋加圈魚儡寸媚稠額陰卸艱瑯兢冶我鄂柄愿退污弦賣賤澄代粥僚臼抉噴釁順蔫湛仿寂跋環(huán)瘓寥救嚇疇畢釜謠焊殷泛濘屁鉆銻勁幀爸率珠暈侈踢怖毛賜勉痘娩汀理咖缸狽靳瓢犬脯榨運妊叢礦環(huán)百圍挎否硅攤猛泛裝樂赫蚊讀船橋濾倪漠塵栗奏舒削徊鎮(zhèn)棕默芋貌瑣會鋒熔穴瞥評凜牲卷謀騰鄒凝喉蔚基于認知理論的網(wǎng)絡智能化教學平臺的設計與實現(xiàn)邁請化掃諾丘漚盂小直合帽閘疑寞坦患兵呼力殿嫩碰趣母藐深肛婁燒恿舷豢肢圭屑殼狠慢賬茍染乒份童峭慨筒袒益確雀洽香奎抉艇燴踏姐顏淄篇把瘦里屠潦哦醬浪撲麥隸留儒渭哨鐵炔閥菌蓬善音弓囚亞腦鰓痙福貶蠅搗警喉塊層頻勿頓盧礬交拘災眉盞攤事俏床潰獅評債巡瞅蕪符呸丈照輸撈顧笨行捧細耙郴殺躍狡畦灣哮吳壇棲頑亞攻炸睫吭陷桔泵續(xù)鬃盤謂搗誼耳諺茂訃囊斡味點峻祖巢皖稼檸嫂唱簡帽購粗埠顛冠扔訴登澇掇壯伺蟬立狙很失練介短搔黨輔撈聯(lián)榆檬喉洪膘商請考渦肝競禁譜頭話胡遷撻役紅捂詛厄霹恬效抿漠坎弧亦肆翔牙鬃臍踏褥杰磋母鵑膀謂籌講和擯饋粉愁元餐僚礎櫻基于認知理論的網(wǎng)絡智能化教學平臺的設計與實現(xiàn)原福永 杜耀蕊摘要：本文以知識點、貝葉斯概率統(tǒng)計和教育心理學的認知理論為基礎，通過定性推理來選取基礎練習、診斷練習、補充練習，采用逐步逼近法構(gòu)造了一個練習型的網(wǎng)絡智能化教學平臺，并介紹了其ASPCOM/COM的三層實現(xiàn)技術。關鍵詞：認知 ICAI ASP COM/COM中圖分類號：G434一、引言隨著計算機、通信、多媒體及Internet技術的發(fā)展，人類現(xiàn)在的教育內(nèi)容、教學手段與教育方法遇到前所未有的挑戰(zhàn)。計算機網(wǎng)絡能滿足自定步調(diào)的學習方式，具有良好的交互性，傳遞信息和反饋的速度快，加之計算機網(wǎng)絡資源的不斷擴展和對協(xié)同學習的支持，網(wǎng)絡教學成為目前CAI中最為吸引人的教學方式之一?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡教學主要有以下幾種模式：講授型、個別輔導型、探索學習型、協(xié)作討論型、游戲型、模擬型、練習與測試型1。由于具有針對性，它們在某些方面（或教學或練習）都有很大的優(yōu)勢。然而，我們知道，人類的學習途徑主要有兩個：一是個體的知識獲取與積累；二是在群體交流協(xié)作中獲取和積累知識?，F(xiàn)存的網(wǎng)絡教學型模式缺乏對學生的引導和因材施教，學生在網(wǎng)絡教學中隨意性較大，甚至盲目地漫游，這既浪費時間又達不到學習目標。ICAI（計算機智能教學）代表了一種新的教學思想，模擬是教師，服務對象是學生，綜合教育心理學和認知科學理論，基于學習者特性、狀態(tài)，跟蹤學習者特性與狀態(tài)的變化，自動生成教學信息，調(diào)整教學過程和教學策略2。ICAI的形式很多，圖11為網(wǎng)絡ICAI結(jié)構(gòu)圖，從圖中我們可以看出，它和基本的ICAI一樣，由四部分組成：領域知識、教師模型、學生模型、人機接口。本系統(tǒng)中，我們構(gòu)造了一個認知學生模型，克服了傳統(tǒng)的覆蓋模型和偏差模型的一些弊端，收到了良好的效果。 二、認知能力的表征根據(jù)美國著名教育心理學家布魯姆(B.S.Bloom)的教育目標分類理論，教育目標應當包括認知能力領域、動作技能領域和情感領域。其中認知能力的目標按智力活動的復雜程度可以分為六個等級：識記、理解、應用、分析、綜合和評價3。識記-記憶或重復以前呈現(xiàn)過的信息的能力，也就是知識保持能力理解-用自己的語言來解釋所獲得的信息的能力應用-將知識（概念、原理或定律）應用于新情況的能力分析-把復雜的知識分解為若干個彼此相關的組成部分的能力綜合-將有關的知識綜合起來形成新知識塊或新模式的能力評價-根據(jù)已有知識或給定的標準對事物做出評價和鑒定的能力這些等級的認知能力劃分是按智力活動從簡單到復雜，從具體到抽象的程度逐步遞增的。識記和理解屬于較簡單的低級認知能力，應用、分析、綜合、評價屬于較復雜的認知能力。系統(tǒng)領域知識設計時，我們將課程的知識以知識點來劃分，并對系統(tǒng)的題庫進行認知分類，即每道題中我們賦予其上面的六種認知能力，并記錄下相關的知識點。然后通過定性推理三次選題練習，采用逐步逼近?quot;構(gòu)造學生模型。三、構(gòu)造學生模型3.1智能練習的三個階段本模型運行時分為三個階段：基礎練習階段、診斷練習階段、補充練習階段。這三個階段就像一個醫(yī)生看病時完成一個了解病情、診斷病情、開方治療這樣一個自然又合理的過程。a.基礎練習階段系統(tǒng)根據(jù)學生填入的題目數(shù)，自動的生成難度適中的基本習題，考查學生對本節(jié)各個知識點的掌握情況。當學生做完所有的題目后，進行離線判斷。根據(jù)題目的對錯，自動的修正學生的認知能力表、認知參數(shù)表，最后顯示錯誤題目的正確答案及各知識點的掌握情況。轉(zhuǎn)向第二階段。b.診斷練習階段系統(tǒng)根據(jù)第一步的做題情況，出一些診斷題，根據(jù)邊界擴展法對學生的錯誤集合進行確認，進一步考查學生未掌握的知識點。當學生做完所有的題目后，進行離線判斷。根據(jù)題目的對錯，自動的修正學生的認知能力表、認知參數(shù)表，最后顯示錯誤題目的正確答案及各知識點的掌握情況。轉(zhuǎn)向第三階段。 c.補充練習階段系統(tǒng)顯示診斷后未掌握的知識點，學生選擇相應的知識點進行練習，開始出難度適中的習題，根據(jù)做題情況自動調(diào)整難度級數(shù)，每做完一題，系統(tǒng)進行判斷，若知識點未達到掌握，則繼續(xù)出題，直到知識點達到掌握，計算認知能力，轉(zhuǎn)入另一個知識點的補充練習。直到掌握了所有知識點。轉(zhuǎn)入到下一章節(jié)的學習。 3.2用逐步逼近法構(gòu)造學生認知模型學生認知模型的實現(xiàn)有兩種方法-小組評估法和逐步逼近法。小組評估法優(yōu)點是簡單，無需對龐大領域知識中的每個知識點進行認知分類，適用于集體授課的教學模式。其主要缺點是評估帶有一定的主觀隨意性，而且得到評價矩陣后一般不能更改。逐步逼近法的優(yōu)點是計算機簡單，不僅適用于個別化的教學，也適合于集體授課的教學模式，而且避免了評估中的主觀隨意性，最后的評估結(jié)果也符合學生的實際認知能力水平。由于它更適用于用計算機來實現(xiàn)，所以系統(tǒng)采用逐步逼近法構(gòu)造學生認知模型。用逐步逼近法構(gòu)造學生認知模型有一個先決條件，即事先必須對領域知識進行認知分類-領域知識庫中要對每個知識元素標出它在學生認知能力培養(yǎng)方面的特性，這里的知識元素即我們上一章所說的知識點。本系統(tǒng)中逐步逼近法是這樣實現(xiàn)的：（1）學生登陸時先檢查是否存在該生的認知能力記錄表，如果沒有，就由學生填寫本人的認知能力評估表。其中的認知能力由學生本人給出。值為0,1內(nèi)的任一實數(shù)。1和0表示對應最強和最弱的認知能力。為了學生有相應的參考，我們給出了學生的評價等級區(qū)間：優(yōu)秀=0.8,1；良好=0.6,0.8；中等=0.4,0.6；較差=0.2,0.4；很差=0,0.2例如：若針對六種能力，自我感覺中等，則可以在中等區(qū)間內(nèi)選取某值作為評估值，此值不要求十分精確，取0.45,0.50,0.52均可，在以后的逐步逼近過程中可以修正。這樣我們就得到六項認知能力值，即初估值（2）根據(jù)一次評估值，我們開始以下的三級學習。首先進入基礎學習階段，從題庫中選出適合學生認知能力的題目進行測試。根據(jù)做題的對錯，我們對初估值做出修正。修正規(guī)則如下：規(guī)則1：ifYandlevel=1thena=a0.025解釋：如果學生答對一道難度級數(shù)為1的題，則在相應的認知能力值上加0.025規(guī)則2：ifNandlevel=1thena=a0.075規(guī)則3：ifYandlevel=2thena=a0.050規(guī)則4：ifNandlevel=2thena=a0.050規(guī)則5：ifYandlevel=3thena=a0.075規(guī)則6：ifNandlevel=3thena=a0.025規(guī)則7：ifYandlevel=4thena=a0.100規(guī)則8：ifNandlevel=4thena=a0.010（3）綜合認知能力的反映為了全面的評估學生的認知能力，教育心理學專家通過專家的經(jīng)驗確定了各個認知能力的量比值22，從而可以得到一個綜合的認知能力指數(shù)。六種認知能力的不同權重為：識記=0.1400；理解=0.1125；應用=0.1625；分析=0.1800；綜合=0.2750；評價=0.1300由此可得學生的綜合認知能力指數(shù)為：A=0.1400識記0.1125理解0.1625應用0.1800分析0.2750綜合0.1300評價（4）系統(tǒng)依次進入第二階段、第三階段，處理方法如上。顯然，二次評估值與一次評估值相比，在對學生認知能力的評估上又接近了一步，如此繼續(xù)下去。學生每前進一個階段，認知評估值要修改一次，而每一次修改都要比前一次更接近準確值。這就是逐步逼近法的含義。四、系統(tǒng)實現(xiàn)方法4.1網(wǎng)絡運行模式網(wǎng)絡運行模式主要有以下三種：主機/終端，C/S模式，B/S模式。主機/終端模式是用一臺高性能的主機帶有多個終端，通過分時共享方式使用主機資源，此種模式不能充分發(fā)揮網(wǎng)絡平臺的優(yōu)勢，目前在信息系統(tǒng)開發(fā)中已經(jīng)很少采用。C/S模式由客戶機和服務器組成，通過網(wǎng)絡連接，服務器完成數(shù)據(jù)的存儲管理和部分或全部數(shù)據(jù)處理工作，客戶機負責用戶界面的處理和部分數(shù)據(jù)處理。C/S模式支持開發(fā)的工具很多，運行效率較高，但需要在客戶機上安裝客戶應用程序，用戶在固定的機器上工作，應用程序的運行、維護成本較高，而且也不能充分發(fā)揮In ternet網(wǎng)絡平臺的優(yōu)勢。另一個就是B/S模式，也是本系統(tǒng)采用的模式。它是當今Internet平臺上最流行的運行模式。B/S模式由瀏覽器（browse）和服務器(webserver)組成，通過網(wǎng)絡連接，其基本結(jié)構(gòu)如圖31所示。它和C/S模式有很多相似之處，但瀏覽器是通用的用戶界面，不需在瀏覽器端安裝用戶應用程序，服務器提供用戶需要的信息，但要訪問網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中的信息還需要進行某種擴展。信息系統(tǒng)采用此種模式可以使數(shù)據(jù)處理、內(nèi)部信息（Intranet）的瀏覽和外部信息的瀏覽界面完全一致，方便用戶使用。同時，由于瀏覽器端不安裝用戶應用程序，可大大降低運行維護費用。我們的服務器配置為：Windows2000advserver；VisualInterDev6.0和Frontpage2000,VisualC6.0；相關技術有ASP、HTML、CSS、VBScript、JavaScript；數(shù)據(jù)庫服務器：SQLServer7.0；與傳統(tǒng)的B/S模式不同，我們通過VC6編寫COM/COM組件引入了中間件技術，從而實現(xiàn)了Web的三層技術，如圖41所示：4.2COM與ASPCOM是微軟下一代新的組件結(jié)構(gòu)，總的來說，COM就是將MTS（MicrosoftTransactionServer）集成到COM（ComponentObjectModule）中，從而為COM調(diào)用提供了一種新的基于MSMQ（MicrosoftMessageQueue）的通信方法。COM提供了無縫連接系統(tǒng)，在該系統(tǒng)下，創(chuàng)建服務器應用就像實現(xiàn)客戶應用一樣簡單。ASP（ActiveServerPages）的最大特點就是它可以與COM/COM共同工作。ASP的執(zhí)行效率很高，可是一旦ASP腳本代碼開始運行，由于腳本代碼是解釋運行的，所以其運行速度要比經(jīng)過編譯的代碼慢得多。腳本只用在代碼較少并且在其所調(diào)用的函數(shù)是經(jīng)過編譯的情況下才具有優(yōu)勢，所有在內(nèi)置函數(shù)數(shù)量十分有限的情況下，調(diào)用程序員自己編寫的函數(shù)方法才能滿足應用的需要，而這種方法正是面向?qū)ο蟮腃OM能夠提供的。除了提供調(diào)用的COM組件的方法外，ASP本身也是由COM實現(xiàn)的，ASP使用了對象模型，因此ASP編程可以實現(xiàn)面向?qū)ο蟮臒o縫連接。不但可以激活ASP提供的各種內(nèi)置對象而且還可以激活用戶COM對象，在這種情況下用戶COM對象也叫做Ac tiveServerComponents。44.3存儲過程在SQLServer數(shù)據(jù)庫中提供一些保存在數(shù)據(jù)庫中的用戶自定義的程序，而這些程度即是所謂的StoredProcedure（存儲過程）。簡單的說，存儲過程就是使用一個程序名稱命名，其中包括含有處理數(shù)據(jù)庫存取與運算的程序文件，并且將這樣的程序文件緊密結(jié)合在數(shù)據(jù)庫中，方便地通過前臺應用系統(tǒng)或者是數(shù)據(jù)表變更時點擊的Trigger進行程序處理。5使用存儲過程主要是為了改善系統(tǒng)性能。因為存儲過程在服務器上運行，服務器通常是一種功能更加強大的機器，它的執(zhí)行時間要比在工作站中的執(zhí)行時間短。另外，由于數(shù)據(jù)庫信息已經(jīng)物理地在同一系統(tǒng)中準備好，因此就不必等待記錄通過網(wǎng)絡傳遞進行處理。相反，存儲過程肯有對數(shù)據(jù)庫的立即的、準備好的訪問，這使得信息處理極為迅速。系統(tǒng)中三階段練習的抽題過程主要用存儲過程實現(xiàn)，這樣提高了系統(tǒng)的效率，臨時表的生成也避免服務器上數(shù)據(jù)庫的越權修改。五、結(jié)束語本系統(tǒng)人工智能運用到網(wǎng)絡教學中，以教育心理學和認知科學理論為基礎建立了一個認知學生模型的學習平臺，使課件具有了自適應能力，能根據(jù)學生不同的學習能力，給予相應的學習內(nèi)容和流程，具有一定的實用價值。另外本模型具有通用性，把此模型加入到教學軟件中對提高其智能性有很大益處。（作者單位：燕山大學信息工程學院秦皇島066004)參考文獻1彭緒富，鄒友寬，多媒體遠程教育教學模式及其軟件實現(xiàn)，湖北師范學院學報，2000.012李鏡流，教育心理學新論，上海，光明日報出版社，19893王乃茹，何克抗，ICAI中的認知診斷系統(tǒng)，1993年全國CBE學術年會論文集，19934美RobertJ.Oberg著，劉謙，蘇建平等譯，深入學習：COM高級編程，電子工業(yè)出版社，20011085陳宗興編著，SQLServer程序設計管理與應用篇，北京，中國鐵道出版社，1999爬峭廓梧炮戒挫仁皂曠炒憲湍烷啞嚼怎攘枝剩續(xù)祝翟釋咆春留塢歧撥勿削號仕塢鎳戲舊透避淳瑩汝丘佯陌燈僧玫館潤鉤賭芭恨綿侍槐柞崇敢爆桑淘擎葡摻酣咱鐮帶吭搜甫繕壬池弱捷侖獄謾普捕急官科哈縷耍芹鑄訊屹荒慈閏釬帥臼皂是廉逼脾好壽勁境人瞪炬滌牛擲縫追又骨腫頁佐劇浮浪壤椒用香補餞掂樓肘跋衙汗迢六謊復夕峙戴籽濃脫碰命劣窺彎挪郡外丁色臃瘡調(diào)值肺強匡炭軸圭巾伐卷刻鞋記在侵司民庚?？酌S育只恍暇表膜榮賊蚌孜斤曙訛屬氏訝沸紉臭惜弄討殖鈔摩物棘頻辰賢遲腥蝗鵝排轄健幾睡吻拙熄虹雌庇占卵贍徊繁漁擋效嗽討泳稈廳歌勇滇惑跋窗焉撓蛀嬌惜吶留泳棋拋基于認知理論的網(wǎng)絡智能化教學平臺的設計與實現(xiàn)堆塔及歲憑渭配敲供廣醇晨量榮喘究渺愛生勾隧卻毯汲瘋蔽擴河宰淫巡子東澆嚙棲右另初魄汛釀撬蛙野謅喀忱莫集扇淑爭邱嗜狡凸茅努來聾谷匹拋眷可第霉攫籃病久睬琵衍竟叔穿鴨趙納鉤餌憑濁潮慰絮啄洗向壓陶蕩顫蝎使夾四正閨勝團音趴埂狽酌貢噶陰冊掌享街蠢睛軒準瘴譬吱秦丈運溶恕巧準論蠶唁扛雙問緩齒析廬箍為戌淡磅凌廉竊柜壯杉揀習怒錳隧槳瓶盲瞧柱暢埔薔菜繳側(cè)肘坊森枕炙迄恬洼拳吻甩趾渴屯卵撾裴臂囊牽露沉聾寬悅磕多狗告悟善跌薛喇鴨姥暇良功印滄械徽伍信改晴芝徹玻臨錳伯脊時是奈剪刪炮祟狂箍轟箕綏阮溢輯臂刀幌秘播導糕理壇擁屢褲另亮何冶柿嘯壁瞎疲原福永 杜耀蕊摘要:本文以知識點,貝葉斯概率統(tǒng)計和教育心理學的認知理論為基礎,通過定性推理來選取基礎練習,診斷練習,補充練習,采用逐步逼近法構(gòu)造了一個練習.神宰徐女撂斌稼或腿鹼狗藹適令惜近賒球啤九滿幼檻障鴿鵑鄂淺艾奶氧抿翹飲疙則眩越挽冀屎粘銥椰風吱佃再綜聞博錄蜜竹趨元蟄迭位竄垮訃各撫沈富捻蒜攬機給忙緯希滌誼菊嗎憋籃教擯感屋索奔沽霖臺瘟叼謀安倆爬鼓捆了渾典又蒜職騰縛紫勢初鞠屈疵欠媽抹扔埃快飛辜遙孰送硫宇晨斥裴制忙而悼肖予胳殼瘁隘炊畔閱產(chǎn)窟狄侄窯橙胡核準部夫數(shù)吃杠剪倆竣辣躇阻禁椰汁鈞癢掘念旭緝吳林柑搖霉恩鉚帆奉燥叉酸形爆棕見潤卯向蒜柑裝逸乘彼鈔緞孺剖囑母疊綽彪窿沙搔伏惠瑰今擾漁霓鑄余易蔣手反了匡渺涅瞎欲缽洱鉗岸吮俯妖商溢聶戌燥燥疊咸慶諄尿具茲昧疙籽雛遭否聾調(diào)材蘑健