浅议网络教学系统设研发与体现范文

［论文摘要］本文主要对当前各类教学过程中所面临的远程教育或网络教学中课件系统的构架提出一些新的想法。网络教学中课件系统保障教师按照一定给定方式，完成网络课件的制作，同时给予系统智能评估策略，使系统具有更强的实用性，有效提高网络教学质量。

一、引言

传统的CAI课件系统是在单机上将全部教学内容，以编程的方式预置于课件中。学生学习时，教学过程是按课件规定的路径和内容展开的。由于缺乏必要的通信手段和智能特性，无法实现任课教师与学生之间的交互，和按学生的不同认知能力准备教案的因材施教教学。随着计算机网络技术的日臻成熟，人工智能在专家系统领域取得的成功，它们为CAI的发展提供了新的空间。我们认为CAI的发展方向在于网络化、智能化。

二、ICAI的评价标准

智能计算机辅助教学系统(IntelligenceComputerAssistedInstruction—ICAI)具有如下的一些特征：

1.能自动生成各种问题与练习；2.根据学生的学习水平与学习情况选择与调整学习的内容和进度；3.在了解教学内容的基础上自动解决问题，生成解答；4.具有自然语言生成与理解能力，以便实现比较自由的教学问答系统以提高人机交互的主动性；5.对教学内容有解释咨询能力；6.能诊断学生错误，分析原因并采取纠正措施；7.能评价学生的学习行为；8.能评价教师的教学行为[2]。

具备上述全部特征的ICAI系统是完美的，但实现是困难的。一般认为只要具备上列一个或几个特征，就可以称之为ICAI。

三、实现技术

（一）Client/Server的实现。将用于教学的内容、刻画学生的认知模型所必需的数据资料保存在Server端。教师在教研室通过Client，负责实现对Server端教学内容的更新与维护。学生在多媒体教室通过Client与Server相连，实现对教学内容的学习，学习结束后，学生客户端软件将依据学生对知识点的掌握情况，为其自动修改认知模型。督导人员在教务处通过Client与Server相连，实现对教学过程的监督与引导。

（二）认知模型的建立。ICAI强调要按学生不同的认知模型，为其准备不同的教学内容，用以实现个别化教学与启发式教学。受认知心理学与教育学发展的制约，目前还无法准确地建立出单个人的认知模型。我们粗略地将学生的认知模型，按其不同的认知能力分成高、中、低三类。同一内容的教案也按高、中、低三中难度组织，分别提供给具有相应认知能力的同学学习使用。学生在学习完每节的教学内容后，系统将要求他回答一定数量的相关问题，并根据其回答问题的准确率，确定他的新认知模型。

（三）智能化教学过程的实现。我们借鉴专家系统的设计方法，实现ICAI课件系统中的智能功能。在该系统中组织了相应的规则库、事实库（学习历史纪录库）和推理实现机制。下面对推理实现机制做简要的介绍。规则库由册、章、节、超文本教案地址、阀值及多个前提组成，反映对该节的学习应满足的前提条件。学习历史库由册、章、节、认知等级、已学次数组成，反映学生对该节的认知能力。规则库的内容由教师负责修改。学生的学习历史纪录，在库中按每个人一张表组织，其内容在每次学习之后，由学生客户端软件依据该生对知识点的掌握情况自动修改。推理过程由专用的推理模块，按规则库提供的规则与学生学习历史纪录库提供的事实做出判断。我们通过学生在每节教学内容学习完成之后，对所附习题回答的准确率，将其认知能力划分成高、中、低三个层次，并将这个结果保存在学生学习历史纪录库中。学生下一次使用该系统进行学习时，该系统会按其不同的认知能力，为他准备相应难度的教学内容。不难看出，这种对认知能力的衡量是动态的。若学生不想按系统默认的进度学，则要求学生自行选择学习内容。若所选内容已经学过，则根据其当时所获得的等级为他准备学习内容；否则将视规则库及学习历史纪录中的内容，判断其是否可学而定。例如：规则库中限定在学习第一章第一节之前不能学习第一章第二节，某生试图越过第一章第一节学习第一章第二节时，系统会给出警告。为了使学生能在系统的控制下学习，无论是高、中、低难度的教案均是一节一个超文本文件，其中不含有链。

1.阀值的给定。当学生完成对某一节的内容学习之后，回答系统提问所得的分数小于该节所具有的阀值时，系统并不会将该节标志为已学。所以该生下次登录时，系统将强制他对该节的内容进行重新学习。通常，那些在本学科中具有特殊重要地位的章节具有较高的阀值。下面给出评价某一节在本门课中的重要程度的方法：

Important（N）——第N节（将全书中的节以流水形势编排号码）知识在本课程中的地位；IN（N）——本课程中，其余节知识中对第N节的知识有影响的个数之和；OUT（N）——本课程中，第N节知识影响其余节知识的个数之和。当对本课程中所有的Important（N）计算完成后，即可据此给出某一节的阀值。阀值Valve（N）以百份数形势表示，小于1且与Important（N）成正比。设Right（N）表示某生在学习完第N节的知识后，回答系统所提问题的准确率。变量Ruler=1-Valve(N)。给定认知模型的修改规则如下：

IfRight(N)IfValve(N)≤Right(N)IfValve(N)+Ruler*(1/3)≤Right(N)IfValve(N)+Ruler*(2/3)≤Right(N)Then认知能力定为“高”。

2.系统的安全技术。由于ICAI会针对用户不同的认知模型（高、中、低）准备不同的教学内容，所以为确保对用户认知模型刻画的准确程度，要求学生在使用学生客户端软件时，需用自己的姓名和口令向系统登记。当验正该生是系统的合法用户后，将到学生资料库中读取相应的资料，送给ICAI的分析模块用以构建该生的认知模型，作为教学的依据。如不是系统的合法用户，将要求学生进行简单的注册，如实填写部分信息后成为系统的合法用户，并在学生资料库中为其分配一个缺省值，作为他第一次使用该系统时构建认知模型的依据。用户初次登录时，口令即为用户名，登录成功后系统立即要求对当前缺省口令进行修改。以后，用户能对自己的口令做任意的修改。

3.教学评价。我们用下述方法实现了对学生个人学习水平的评价。n：该系统用户的总人数；Xi：第i个学生的考试成绩。定义：由定义知，S是学生整体成绩的标准差。Zi反映了第i个学生的成绩与平均成绩的差是标准差的几倍。用Zi来衡量考试成绩不会受考卷难度值的影响，比Xi更有说服力。因为标准分（Zi）是一种参考零点（平均分）位置固定、单位长度（标准差）一样的统计量。不同次测验的原始分数换算成标准分后，就可以做互相比较。如某生两次测验的成绩原始分数分别为：80、90，标准分分别为2.5、2。不能由第二次考试的原始分比第一次高而断定该生的学习进步了，正确的断言是：因为第二次考试的标准分比第一次低，所以该生学习成绩退步了。经验表明，标准分的数值一般在-3~+3间。当标准分数值为正时，表示其学习水平在团体水平值上；反之，则表明学习水平在团体之下。

四、一个试验性系统

我们根据上述思想建立了一个基于Client/Server模式，用于高等数学教学的ICAI试验系统。该系统的Server端采用SQLServer2005组织管理“学生库”（用来存放学生资料、答题档案、学习历史纪录）和“知识库与规则库”（含问题库、试题库、规则库、通讯库与试卷备份库）。用于教学的教案被组织成超文本形势，由服务器上运行的WindowsNTServer的IIS（InternetInformationServer）管理。Client端采用中文企业版作为开发平台。

它的主要特点是具有智能性，技术先进、结构清晰、交互能力强、界面友好、操作方便、扩充性强等。提供给学生学习的内容采用先进的超媒体组织结构，利用WWW上处理图、文、声、像等多媒体数据的能力和优势，并配有鼠标选中区域高亮、背景声效等多种形式化的表现方式，使设计出的系统以生动、灵活、逼真的方式吸引学生学习《高等数学》，充分调动学生学习的积极性和主动性，加深学生对课程的印象及重点、难点的理解。在试验班级中取得了良好的教学效果。教师客户端与督导客户端的引入，使学生、教师、督导人员能互通信息，协作教学，故该系统具有很强的生命力与实用性。