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导读:此文是一篇人工智能教学论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。

刘志勇 王阿利 张伟斌

(咸阳职业技术学院陕西咸阳712000)

摘 要：随着计算机技术与教育技术的发展,人工智能在教学中的应用也逐点深入.本文从人工智能的概念出发,涉及了其研究对象和范围；分析了现代教育技术的特点,详细分析了人工智能技术对教学领域的影响,探讨了ICAI的实现原理及利用ICAI对教学的改进方案,最后通过实例说明了将人工智能在计算机教学中的应用.

关键词：人工智能；智能计算机辅助教学系统

一、人工智能的概念

人工智能(Artificial Intelligence或简称Al)有时也称作机器智能,是指由人工制造出来的系统所表现出来的智能.人工智能(学科)是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支.它的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智能功能,并开发相关理论和技术.国际上人工智能研究作为一门科学的前沿和交叉学科,其确切的定义应该是：一个电脑系统具有人类的知识和行为,并具有如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动.

人工智能的核心是“人工”和“智能”,它包含了自然语言、机器人学和知识系统三个方面.它是开发和设计出各种计算机程序来模拟人的思维结构、求解过程和求解问题的行为.因而人工智能包括对信息和知识的处理、符号处理好问题求解等.因此说智能是具有一定处理信息的能力和演示信息能力的结合体.

二、人工智能的研究领域

就人工智能的研究领域来说,可以表示成下面这样一个图示：

无论是人工智能的理论研究和工程研究都必须解决以下三个方面的问题：

1、对数据的处理,识别过程,外界输入的信息向概念逻辑信息转译,将动态静态图像、声音、语音、文字、触觉、味觉等信息转化为形式化(大脑中的信息存储形式)的概念逻辑信息.

2.智能运算过程,输入信息刺激自我学习、信息检索、逻辑判断、决策,并产生相应反应.．

3、控制过程,将需要输出的反应转译为肢体运动和媒介信息.实用机器人在第三个方面做得比较多,而识别和智能运算是很弱的,尤其是概念知识的存储形式、逻辑判断和决策这些方面更是鲜有成果,这正是人工智能要重点解决的问题.

三、人工智能对教学领域的影响

计算机是信息加工的装置.知识是赋予语义的,从而成为具有严密结构的信息.教学时知识的传授,并在知识传授的基础上进行思维能力和素质的培养,所以,教学活动也可以说是信息的加工和计算.计算机技术与教学活动有着密切的关系,用信息加I观点来研究教学,我们可以在两个方面获得启迪：一是知识传授的认识；二是对知识结构的认识.知识具有传递性,人类具有对知识的可接受性.个人的知识得到,主要是靠间接的传授,由于人脑具有联想机制,要把接受的新知识与原来的旧知识进行协调,于是可能出现歪曲与误解,这就需要教师进行及时的纠正.所以教学是一个交互反馈的过程.理想的教学方式应该是在教师的规划安排下,学习者进行有引导性的实践,学生既不是被动的灌输,又不流于盲目的探索.

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现代教学理论强调按照学生认知特点和规律进行教学,还要了解学习对象本身内在的逻辑结构.根据计算机编制程序的实践和人工智能中有关知识表示的研究成果,将知识体系结构分为两大类：描述性知识结构和程序性知识结构.其中描述性知识结构表现为网络状态,它由许多关联性强的知识单元组成.该知识结构用计算机来存放描述内容就方便多了,可以用图象,声音或者文字等多种元素编辑组成来描述多种关系,便于获得各种知识间的相互关系,加深对知识的理解.程序性知识结构比描述性知识结构要复杂的多,它既包括知识状态还包括了一些规律.对于这种知识的掌握要做大量的练习,从这个意义上来讲,建立计算机的练习来辅助教学是非常重要的.

四、人工智能技术在CAI中的应用

CAI的实现需要应用AI技术及编制复杂的程序,如自然语言理解、知识表示、推理方法等,一些AI技术的特殊应用成果,如代数说明、符号合成、医疗诊断及理论证明等均被应用于CAI系统,以提高其智能性和实用性.

到目前为止,所使用的绝大多数传统的CAI都是将全部教学信息以编程方式预置于课件中,这样的CAI课件一旦制作完成,任何较大的教学改动都会给维护工作带来极大的不便.因此现有的CAI系统面临许多挑战,它主要存在以下几方面的问题.

(1)缺乏开放性

不具有开放性是目前CAI课件最大的缺点.使用者无法对课件进行任何修改,只能利用已有资源按设定的路线进行教学.其弊端在于：①固定内容的局限性使课件的适用面狭窄；②设定的运行路线使授课缺乏自主性；③授课的针对性不强；④无法利用新出现的资源在较高起点上进行二次开发.

(2)缺乏人机交互能力

现有CAI大多以光盘作为信息的载体,将教材中的内容以多媒体的形式展现出来,教学信息是按预置的教学流程机械式地提供给学习者,学习者使用CAI课件学习是完全被动的.在课堂教学中,一般只能通过教师按预定的课件流程进行操作,无论学生还是教师都不能很好地参与教与学的过程,因此人机交互没有很好地实现.

(3)缺乏教师与学生的互动

现有CAI课件在学生自学以及进行操作使用时,如何学习都是学生自己的事.教师不能完全了解学习者的情况,学生在碰到问题时不能向教师求助,师生之间互相封闭,谈不上师生互动,因此课件所起的效果大打折扣.同时由于缺乏网络支持,现有的绝大多数CAI课件都是在单机环境下运行的,它们无法利用网络的优势使知识内容快速更新,当然更无法提供便捷的学习讨论空间、随时随地的师生交流方式以及远程教学实现的条件.

(4)缺乏智能性

现有的CAI课件系统不能对不同程度的学生进行有针对性的教育,学生的学习是被动的,不能由系统自动提供助学信息而使学生有选择地学习.对教师而言,其教学不能积极地参与其中,不能根据系统提供的信息按照学生的认知模型为其准备最适合的学习内容,更不能给予不同方式的教学模式与方法,因此不具有智能性.

五、智能化计算机辅助教学系统(ICAI)

智能计算机辅助教学系统(Intelligent Computer Aided Instruction,ICAI)以认知学为理论基础,将Al技术应用于CAI,是智能化的CAI.在ICAI系统中,学生的学习可以借助于智能化计算机对大量知识进行选择、判断、处理,使学习内容更有针对性,从而提高学习效果.

教学过程是一个复杂的教与学的思维过程.它需要教师以其专门知识和经验为依据,经过吸收、讲解、推理、示例、综合等多个步骤才能较好地完成.一个教学型专家系统的任务是根据学生的特点、弱点和基础知识,以最适当的教学方案和教学方法对学生进行教学和辅导.因此,从AI的角度看,计算机辅助教学实际上是一个由计算机系统辅助教师进行教学及学生进行学习并得以实现的“专家系统”.因而,在CAI中引入AI思想,即使用专家系统的方法、工具,构建智能CAI(即ICAI).这样构建成的专家系统的主要特点是具有诊断和调试修改功能、具有良好的人机界面.大多数ICAI系统一般由专家模块．学生模块、教学模块、界面模块和智能接口模块组成.

六、人工智能技术用于计算机辅助教学的实例

作者从事《C语言程序设计》课程教学多年,在大量实践经验的基础上,为方便教学我们按如下设计思想制作教学辅助多媒体课件.该课件可实现从《C语言程序设计》课程第一章到第五章搜索技术部分的放映,其中经典推理、不确定推理、搜索技术中的经典算法均用动画实现.在整个课件中插入教师的讲解,既可以根据每节的重点、难点和当前学生的反映重复放映,又可以利用关键字检索放映相关内容的章节.这个课件实现了人工智能中的智能引擎及智能数据检索技术与计算机辅助教学的结合.其实现过程如下：根据第i节的重点、难点和学生的课堂反映分别设定参数Wi,Ci,Hi,其中Wi表示教学重点的权值,Cj表示教学难点的权值,Hi表示学生课堂反映的权值,这里i等于l,2,等,．n,而n表示总的节数.

参数.又假设实现不同章节的多媒体文件分别编译成的可执行文件名分别为file_l.exe,file_2.exe,等,file_n.exe,根据设定可得如下的产生式规则：

if (O<,Pi&,&, Pi≤1)then do file_l.exe

else if (1<,Pi≤2) then do file_2.exe

else等

依照上述步骤不仅可以实现智能引擎的功能,而且可以根据学生的课堂反映灵活调整教学进度,达到比较好的教学效果.该课件的智能数据检索功能可按照同样原理来实现.

七、结束语

随着Internet技术的发展,虚拟显示技术的广泛应用,ICAI也将得到进一步的完善.以后的教学将是以智能化的CAI为主,多学科,全方位发展的新技术的体现.

参考文献

[1]张森．多媒体CAI课件基本原理与制作技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社,2000．

[2]王万森．人工智能原理及其应用[M],北京：电子工业出版社．2000.

[3]陆汝钤．人工智能(上,下册)[M]．北京：科学出版社．1996．

[4]孙沛,计算机辅助教学[M]．呼和浩特：内蒙古大学出版社．2000．

[5]王建华．计算机辅助教学实用教程[M],北京：高等教育出版杜．2000.

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