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摘 要:随着计算机和网络技术的日新月异,计算机辅助教学系统的功能有了很大扩展,在拓展教育面、推进教育手段现代化方面起了重要作用,但现有的计算机辅助教学系统在因材施教方面仍有欠缺。文中介绍了一种以智能Agent为中心的具有个性化、开放式特点的网络交互教学系统结构和设计,将使计算机辅助教学系统的功能得到进一步完善。
关键词:网络教学;智能Agent;个性化教学
中图分类号:G434文献标识码:A文章编号:1673-8454(2010)15-0053-03
一、引言
随着计算机和网络技术的日新月异,网络教学在现代教育技术中凭借其信息量大、交互性强等特点,有效地克服了网络课程简单地将课本数字化或以讲稿呈现、学生只能被动地接受相同的学习内容,个人交互、同伴交互、小组交互无法实现的不足。但是,到目前为止,大量的网络教学系统还不具有激发学习者的学习兴趣、特别是个性化教学的功能,即“因材施教”这一经典的教学规则并未得到充分体现。本文提出的智能化CSCL软件设计与研究(Computer Supported Collaborative Learning),是利用计算机模拟教学专家的教学经验和理念,以学生为中心、以计算机为媒介形成的个性化、开放式交互教学。智能教学以现代化教育理论为基础,将心理学、认知科学等学科的最新成果引入到计算机辅助教学中,通过研究学生特点和学习过程,寻求学习认知的模式,有效满足学生协作学习和个体化学习的需要,真正达到协作学习和个性化教学的目的(周勇等,2007)。智能化CSCL软件设计与研究以资源共享为核心,整合自主学习和合作学习方式,根据个人认知的差异、不同的知识水平和学习现状,实施不同的教学模式,控制教学进程。
二、智能化CSCL软件结构
目前的教学软件在教学内容、形式及过程等方面还远远不够,没有考虑不同学生因知识水平、认知能力等因素不同而对课程内容、学习进度的不同需求,更没考虑学生的个性特征会随着学习的进展而变化。而智能化教学充分考虑了这些因素。智能化CSCL的关键技术是教学专家系统的嵌入以及面向对象的智能Agent(Intelligence Agent,IA)技术。本系统的概念结构为三层:用户交互层、教学应用层和教学资源层。
1.用户交互层
交互层用来实现用户和系统之间的交互,是教与学双向活动的界面,包括学生之间、学生与教师之间的交互界面,可以通过Web浏览器或内部网络的应用软件界面实现交互。该界面不仅具有现有教学系统的功能,并且给不同的学习者提供个性化教学内容与学习界面,学生可自主调出系统服务器上的资料和试题库资料进行自主学习、自我测试。
2.教学应用层
为实现教与学而设计的各种功能模块。包括教学内容的组织,教学策略与生成,教学过程的控制,教学工具及教学评估。在这里每一种教学过程的生成或称教学套餐,都是根据对象的特征来制定的。智能Agent解决了所有问题:智能Agent根据用户交互层递交的用户特征数据和需求,访问教学资源库,形成一个应用对象模型,由这一模型生成特定对象的教学方案,即教学过程项目单。Agent执行项目单内容,在执行过程中也可以修改项目单。如图1所示。教学工具生成各种教学环节应用界面,是交互层交互应用软件的集合。
3.教学资源层
当用户退出或系统关闭时,所有特定的用户对象数据保存在用户数据库中。教学知识库和教学策略库是教学专家系统库,库按可重组多重树结构组织。可重组的概念定义为任一树枝可移动(包含该树枝下面的子树),且在该树枝下面再添加子树。这就保证了根据学习测试结果,系统可累积教学经验和在线更改学习方案。问题库是各种测试、评估试题数据库。
三、智能化CSCL应用软件设计
1.智能Agent
智能化Agent的实现是关键技术,Agent的功能结构如图2所示。
个性化学习策略的实现建立在群Agent技术上,该模型中应用服务器和数据库服务器代理可以执行任何合法的动作。
管理Agent负责整个系统的管理工作,包括用户的加入、登录,处理交互、协作信息等任务;教学Agent和存储在数据库中相应的整体知识结构模型、学习主体个性知识结构模型相结合,实现教学中的教师模型;学习Agent和存储在数据库中的个性知识结构模型相结合,实现教学中的学生模型;协作Agent是由参与协作学习的学习者与网络终端计算机进行交互后形成协作学习者Agent,根据协作学习者提供的关于学习者的个人特点,按照一定策略,如学习水平、思维方式等划分而成的;通信Agent按规定的协议传达教与学过程中的信息,完成各种教与学活动和数据库系统的通信。
教学Agent和学习Agent结合实现学习主体的个性化教与学。协作Agent按照协作学习小组Agent的对外特性来确定任务的分配方式,由学习者Agent具体实施或通过协作完成任务。管理Agent用来确定教与学的类型,并动态分析学生的学习行为和知识结构,将其结果提交应用服务器,以便处理该学习个体的下一个活动指令。
2.应用程序及交互界面设计
CSCL软件突出了教学环境中各种交互因子特别是具有能动性的因子:个体、同伴、团体围绕学习任务活动情境而产生的相互支持。设计中以学生为中心,基本流程为:确定主题——创设情景——独立探索——协作学习——自我评价——深化学习。
学生学习内容:由主界面和若干学习内容模块组成;用Dreamweaver、PowerPoint、Flash 等制作工具进行设计,实现主菜单与学习内容的交互。
教师学生视听界面:这是教师制作课程,学生接受课程教育的人机交互界面。教师可以浏览、选择、组织视听资料,并赋予其各种动作、声响效应,组成课程。学生则在该界面上视听。该界面还提供系统维护、用户角色设定等多种功能,操作简单易行,完全是Windows风格。该界面是Power Builder的应用界面,但一些动作声响效应用C 函数实现(嵌入到Power Builder之中)。
下载工具,格式转换,数据库接口:提供从互联网和校园网上下载英语视听资料的途径。这对于获得最新资料是一个重要途径。对某些图形文件,需要进行格式转换。数据库接口提供把各种资料存入SQL Server数据库的手段。
多媒体制作工具,格式转换,数据库接口:这是制作获取视听资料的又一途径。系统管理人员、教师等可以在该界面上手工制作各种视听资料,包括文本的、图形的、有声的、无声的、动画的、静止的各种媒体资料。这些资料通过格式转换作为基本组件存入数据库相应字段。
视听经验总结:这是有经验的教师对视听资料组织播放的方式、资料展示的形式、资料出场的顺序等进行总结,以求得更好的教学效果。
从软件开发层面看,这是把方法分解成基本方法的过程,即实现方法亦是积件构造的。
从数据结构层面看,这是构造C 类的过程。即每一基本动作多对应着一类结构。该类结构保存着实现该动作程序所需的变量、常数、连表、数组。这些C 类存储在数据库中。积件组合逻辑依据这些C 类组合成课程应用程序。
积件组合逻辑:该模块是软件的核心部分。积件组合逻辑依据教师学生视听界面传递过来的一个数组,组装成Power Builder的一个应用。
其做法是:
定义一个三维数组DIV[Show][Object][Parameter]
第一维是对象的展示方式,如文本滚屏、文本朗读、图象动画等。用方式ID(Identification)标识。
第二维是展示对象本体,如文本、图象等。用对象ID标识。
第三维是定义动作的参数,如文本从下向上滚屏的滚速,字符的颜色,动画从左向右进入窗口时的位置等。
数组中标识、参数由教师学生视听界面中的应用程序填写。
积件组合逻辑组装程序依次取出 DIV[0][0][ ]
DIV[0][1][ ]
……
DIV[m][n][ ]
其中第三维是不定长的。根据DIV[i][j][ ]组装程序从教学策略库取出该课程第I段实现的方法,从视听资料库中取出课程第I段资料,从PB控件库和函数库取出组装该课程第I段程序的组件,最终组装成该课程第I段应用程序。
四、结束语
本文基于智能化交互教学的思想,提出了一种以智能Agent为中心的具有个性化、开放式特点的网络交互教学系统结构和设计,该教学系统能根据不同的知识水平、认知能力与学习状况为学习者提供一个个性化学习环境,真正实现因材施教,不仅支持个性化学习,也支持教师、学生、管理者之间的协调和互动学习,在拓展教育面、推进教育手段现代化方面得到进一步完善,使计算机辅助教学系统的功能得到进一步改进,相信在不久的将来,符合未来学习模式的、更加人性化的教学系统软件必将开发成功。
参考文献:
[1]余腊生,洪飞,李昆.基于Agent的网络教学模型[J].计算机与信息技术,2006(6):103-107.
[2]周勇,徐英卓.智能化网络教学系统模型研究[J].电化教育研究,2007(1):34-37.
[3]陈毓超,谢舒潇,林秀曼等.基于资源的协同学习网络教学系统的设计[J].电化教育研究,2007(9):42-45.
[4]饶元等.基于角色作业任务的网络教学模型研究与实现[J].西安交通大学学报,2004(10):1057-1060.
[5]沈军.网络教学中个性化策略研究[J].计算机研究与发展,2003(40):589-595.
(编辑:金冉)
关键词:网络教学;智能Agent;个性化教学
中图分类号:G434文献标识码:A文章编号:1673-8454(2010)15-0053-03
一、引言
随着计算机和网络技术的日新月异,网络教学在现代教育技术中凭借其信息量大、交互性强等特点,有效地克服了网络课程简单地将课本数字化或以讲稿呈现、学生只能被动地接受相同的学习内容,个人交互、同伴交互、小组交互无法实现的不足。但是,到目前为止,大量的网络教学系统还不具有激发学习者的学习兴趣、特别是个性化教学的功能,即“因材施教”这一经典的教学规则并未得到充分体现。本文提出的智能化CSCL软件设计与研究(Computer Supported Collaborative Learning),是利用计算机模拟教学专家的教学经验和理念,以学生为中心、以计算机为媒介形成的个性化、开放式交互教学。智能教学以现代化教育理论为基础,将心理学、认知科学等学科的最新成果引入到计算机辅助教学中,通过研究学生特点和学习过程,寻求学习认知的模式,有效满足学生协作学习和个体化学习的需要,真正达到协作学习和个性化教学的目的(周勇等,2007)。智能化CSCL软件设计与研究以资源共享为核心,整合自主学习和合作学习方式,根据个人认知的差异、不同的知识水平和学习现状,实施不同的教学模式,控制教学进程。
二、智能化CSCL软件结构
目前的教学软件在教学内容、形式及过程等方面还远远不够,没有考虑不同学生因知识水平、认知能力等因素不同而对课程内容、学习进度的不同需求,更没考虑学生的个性特征会随着学习的进展而变化。而智能化教学充分考虑了这些因素。智能化CSCL的关键技术是教学专家系统的嵌入以及面向对象的智能Agent(Intelligence Agent,IA)技术。本系统的概念结构为三层:用户交互层、教学应用层和教学资源层。
1.用户交互层
交互层用来实现用户和系统之间的交互,是教与学双向活动的界面,包括学生之间、学生与教师之间的交互界面,可以通过Web浏览器或内部网络的应用软件界面实现交互。该界面不仅具有现有教学系统的功能,并且给不同的学习者提供个性化教学内容与学习界面,学生可自主调出系统服务器上的资料和试题库资料进行自主学习、自我测试。
2.教学应用层
为实现教与学而设计的各种功能模块。包括教学内容的组织,教学策略与生成,教学过程的控制,教学工具及教学评估。在这里每一种教学过程的生成或称教学套餐,都是根据对象的特征来制定的。智能Agent解决了所有问题:智能Agent根据用户交互层递交的用户特征数据和需求,访问教学资源库,形成一个应用对象模型,由这一模型生成特定对象的教学方案,即教学过程项目单。Agent执行项目单内容,在执行过程中也可以修改项目单。如图1所示。教学工具生成各种教学环节应用界面,是交互层交互应用软件的集合。
3.教学资源层
当用户退出或系统关闭时,所有特定的用户对象数据保存在用户数据库中。教学知识库和教学策略库是教学专家系统库,库按可重组多重树结构组织。可重组的概念定义为任一树枝可移动(包含该树枝下面的子树),且在该树枝下面再添加子树。这就保证了根据学习测试结果,系统可累积教学经验和在线更改学习方案。问题库是各种测试、评估试题数据库。
三、智能化CSCL应用软件设计
1.智能Agent
智能化Agent的实现是关键技术,Agent的功能结构如图2所示。
个性化学习策略的实现建立在群Agent技术上,该模型中应用服务器和数据库服务器代理可以执行任何合法的动作。
管理Agent负责整个系统的管理工作,包括用户的加入、登录,处理交互、协作信息等任务;教学Agent和存储在数据库中相应的整体知识结构模型、学习主体个性知识结构模型相结合,实现教学中的教师模型;学习Agent和存储在数据库中的个性知识结构模型相结合,实现教学中的学生模型;协作Agent是由参与协作学习的学习者与网络终端计算机进行交互后形成协作学习者Agent,根据协作学习者提供的关于学习者的个人特点,按照一定策略,如学习水平、思维方式等划分而成的;通信Agent按规定的协议传达教与学过程中的信息,完成各种教与学活动和数据库系统的通信。
教学Agent和学习Agent结合实现学习主体的个性化教与学。协作Agent按照协作学习小组Agent的对外特性来确定任务的分配方式,由学习者Agent具体实施或通过协作完成任务。管理Agent用来确定教与学的类型,并动态分析学生的学习行为和知识结构,将其结果提交应用服务器,以便处理该学习个体的下一个活动指令。
2.应用程序及交互界面设计
CSCL软件突出了教学环境中各种交互因子特别是具有能动性的因子:个体、同伴、团体围绕学习任务活动情境而产生的相互支持。设计中以学生为中心,基本流程为:确定主题——创设情景——独立探索——协作学习——自我评价——深化学习。
学生学习内容:由主界面和若干学习内容模块组成;用Dreamweaver、PowerPoint、Flash 等制作工具进行设计,实现主菜单与学习内容的交互。
教师学生视听界面:这是教师制作课程,学生接受课程教育的人机交互界面。教师可以浏览、选择、组织视听资料,并赋予其各种动作、声响效应,组成课程。学生则在该界面上视听。该界面还提供系统维护、用户角色设定等多种功能,操作简单易行,完全是Windows风格。该界面是Power Builder的应用界面,但一些动作声响效应用C 函数实现(嵌入到Power Builder之中)。
下载工具,格式转换,数据库接口:提供从互联网和校园网上下载英语视听资料的途径。这对于获得最新资料是一个重要途径。对某些图形文件,需要进行格式转换。数据库接口提供把各种资料存入SQL Server数据库的手段。
多媒体制作工具,格式转换,数据库接口:这是制作获取视听资料的又一途径。系统管理人员、教师等可以在该界面上手工制作各种视听资料,包括文本的、图形的、有声的、无声的、动画的、静止的各种媒体资料。这些资料通过格式转换作为基本组件存入数据库相应字段。
视听经验总结:这是有经验的教师对视听资料组织播放的方式、资料展示的形式、资料出场的顺序等进行总结,以求得更好的教学效果。
从软件开发层面看,这是把方法分解成基本方法的过程,即实现方法亦是积件构造的。
从数据结构层面看,这是构造C 类的过程。即每一基本动作多对应着一类结构。该类结构保存着实现该动作程序所需的变量、常数、连表、数组。这些C 类存储在数据库中。积件组合逻辑依据这些C 类组合成课程应用程序。
积件组合逻辑:该模块是软件的核心部分。积件组合逻辑依据教师学生视听界面传递过来的一个数组,组装成Power Builder的一个应用。
其做法是:
定义一个三维数组DIV[Show][Object][Parameter]
第一维是对象的展示方式,如文本滚屏、文本朗读、图象动画等。用方式ID(Identification)标识。
第二维是展示对象本体,如文本、图象等。用对象ID标识。
第三维是定义动作的参数,如文本从下向上滚屏的滚速,字符的颜色,动画从左向右进入窗口时的位置等。
数组中标识、参数由教师学生视听界面中的应用程序填写。
积件组合逻辑组装程序依次取出 DIV[0][0][ ]
DIV[0][1][ ]
……
DIV[m][n][ ]
其中第三维是不定长的。根据DIV[i][j][ ]组装程序从教学策略库取出该课程第I段实现的方法,从视听资料库中取出课程第I段资料,从PB控件库和函数库取出组装该课程第I段程序的组件,最终组装成该课程第I段应用程序。
四、结束语
本文基于智能化交互教学的思想,提出了一种以智能Agent为中心的具有个性化、开放式特点的网络交互教学系统结构和设计,该教学系统能根据不同的知识水平、认知能力与学习状况为学习者提供一个个性化学习环境,真正实现因材施教,不仅支持个性化学习,也支持教师、学生、管理者之间的协调和互动学习,在拓展教育面、推进教育手段现代化方面得到进一步完善,使计算机辅助教学系统的功能得到进一步改进,相信在不久的将来,符合未来学习模式的、更加人性化的教学系统软件必将开发成功。
参考文献:
[1]余腊生,洪飞,李昆.基于Agent的网络教学模型[J].计算机与信息技术,2006(6):103-107.
[2]周勇,徐英卓.智能化网络教学系统模型研究[J].电化教育研究,2007(1):34-37.
[3]陈毓超,谢舒潇,林秀曼等.基于资源的协同学习网络教学系统的设计[J].电化教育研究,2007(9):42-45.
[4]饶元等.基于角色作业任务的网络教学模型研究与实现[J].西安交通大学学报,2004(10):1057-1060.
[5]沈军.网络教学中个性化策略研究[J].计算机研究与发展,2003(40):589-595.
(编辑:金冉)