人工智能之智能教學(xué)系統(tǒng)課件

智能教學(xué)系統(tǒng)綜述

周曉軍博士北京語(yǔ)言大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院2002.12智能教學(xué)系統(tǒng)綜述1關(guān)于AI問題定義：研究用機(jī)器模擬和執(zhí)行人腦的某些智能、相關(guān)理論和技術(shù)的計(jì)算機(jī)科學(xué)Dartmouth研究會(huì)議：1956，2個(gè)月，第一次提出研究?jī)?nèi)容：知識(shí)表示方法、一般搜索原理、問題求解技術(shù)、專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器人規(guī)劃、機(jī)器視覺、NLP、智能控制、AI程序設(shè)計(jì)基本問題：知識(shí)表示知識(shí)獲取知識(shí)運(yùn)用關(guān)于AI問題定義：研究用機(jī)器模擬和執(zhí)行人腦的某些智能、相關(guān)理2ITS基本概念I(lǐng)TS(IntelligentTutoringSystem)是一個(gè)綜合性研究課題，是AI的重要研究?jī)?nèi)容。ITS作為一個(gè)概念，形成于70年代。ITS通過教育、計(jì)算機(jī)、AI、認(rèn)知科學(xué)、行為科學(xué)等多種學(xué)科的集成，通過對(duì)人類最優(yōu)秀教師的計(jì)算機(jī)模擬，實(shí)現(xiàn)個(gè)別化的最佳教學(xué)過程。個(gè)別化的教學(xué)：教師根據(jù)每個(gè)學(xué)生的不同特點(diǎn)來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容，給學(xué)生安排相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，并根據(jù)學(xué)生的完成情況提供適當(dāng)?shù)姆答佇畔?；如果在教學(xué)過程中，學(xué)生沒有取得預(yù)期的進(jìn)展，教師要根據(jù)目前學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)進(jìn)行教學(xué)策略的改變智能：知識(shí)和行為的表示理解能力、解釋說(shuō)明能力、分析診斷能力、收集生成能力、行為評(píng)價(jià)能力、教學(xué)規(guī)劃能力、組織適應(yīng)能力等。要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具備所教授領(lǐng)域的豐富知識(shí)，知道使用最有效的教學(xué)方式向?qū)W生傳授知識(shí)，清晰了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，能夠及時(shí)診斷學(xué)生錯(cuò)誤并加以更正等多種功能。

ITS基本概念I(lǐng)TS(IntelligentTutorin3在AI中的位置專家系統(tǒng)技術(shù)作為AI的重要分支，是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：高效、準(zhǔn)確、周到、迅速、不知疲倦、時(shí)空環(huán)境不限、便于推廣等ITS∈教學(xué)專家系統(tǒng)（ExpertSystemforInstruction,ESI）在AI中的位置專家系統(tǒng)技術(shù)作為AI的重要分支，是一種模擬人類4與其他學(xué)科的關(guān)系:教育、計(jì)算機(jī)、AI、認(rèn)知科學(xué)、行為科學(xué)基于計(jì)算機(jī)的教育:作為一種現(xiàn)代化教學(xué)手段和工具，應(yīng)用于教育領(lǐng)域開始于20世紀(jì)50年代。->教育手段/教學(xué)方法/教材形式/教學(xué)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)/教學(xué)思想和教學(xué)理論變革從50年代出現(xiàn)的早期線性程序60年代開始出現(xiàn)的分支程序70年代開始出現(xiàn)的生成系統(tǒng)和CAI和ITSAI：ITS的研究由于涉及幾乎AI研究中的所有主要問題包括專家系統(tǒng)、NLP、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器視覺、知識(shí)表示、知識(shí)工程、問題求解、規(guī)劃問題等，從而對(duì)AI相關(guān)技術(shù)提出要求。

認(rèn)知科學(xué)：研究人類認(rèn)識(shí)的心理學(xué)、AI、邏輯和知識(shí)論等綜合形成的交叉科學(xué)，以認(rèn)知心理學(xué)、認(rèn)知生理學(xué)、認(rèn)知工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科為基本內(nèi)容并被認(rèn)為是ITS的主要理論基礎(chǔ)。

ITS的研究開發(fā)運(yùn)用了相關(guān)學(xué)科的最新研究成果并對(duì)相關(guān)學(xué)科的學(xué)科發(fā)展提出特殊要求，并通過ITS的研究與開發(fā)及其運(yùn)用反過來(lái)推動(dòng)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

與其他學(xué)科的關(guān)系:教育、計(jì)算機(jī)、AI、認(rèn)知科學(xué)、行為科學(xué)基于5研究背景CAI:定義：以計(jì)算機(jī)替代或幫助教師完成全部或部分教學(xué)任務(wù)，模擬教師的教學(xué)行為，向?qū)W生傳授知識(shí)，訓(xùn)練其技能，達(dá)到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，增強(qiáng)教學(xué)效果的目的。典型的CAI系統(tǒng)是在學(xué)生和計(jì)算機(jī)之間的一系列CAI系統(tǒng)控制的交互活動(dòng)中展開教學(xué)活動(dòng)的。計(jì)算機(jī)主要以文字、圖形等方式呈現(xiàn)各種知識(shí)信息，學(xué)生則通過顯示設(shè)備與計(jì)算機(jī)會(huì)話，用鍵盤、鼠標(biāo)或其他設(shè)備輸入信息，適時(shí)控制計(jì)算機(jī)的講解速度。

歷史：50’s:線性程序60’s:分支程序70’s:生成系統(tǒng)90’s:MCAI：視、聽、觸等多種感官獲取知識(shí)信息，直觀感、立體感、動(dòng)態(tài)感強(qiáng)，大大改善教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，顯著提高了教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)了學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)

研究背景CAI:6CAI的缺點(diǎn)與現(xiàn)狀缺點(diǎn)：采用固定的軟件設(shè)計(jì)，提供全篇一律的教學(xué)內(nèi)容；缺乏推理機(jī)制和學(xué)生模型的支持，不能確定學(xué)生的知識(shí)水平和認(rèn)知特點(diǎn)，不能根據(jù)學(xué)生自己的意愿和理解能力提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)材料，并進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)。在開展適應(yīng)個(gè)性化特點(diǎn)的教育，貫徹因材施教的教育思想和方法上存在很大不足?，F(xiàn)狀：一些CAI系統(tǒng)在很大程度上仍然學(xué)生只能通過按鈕進(jìn)行翻頁(yè)而完全被動(dòng)學(xué)習(xí)的電子圖書大同小異。近似概念：計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)（ComputerAssistedLearning,CAL）計(jì)算機(jī)輔助培訓(xùn)（ComputerBasedTraining,CBT）計(jì)算機(jī)輔助教育(ComputerBasedEducation,CBI)、CBI(ComputerBasedInstruction,CBE(ComputerBasedEducation)CAI的缺點(diǎn)與現(xiàn)狀缺點(diǎn)：7ITSITS∽ICAI70年~82年:早期研究階段：理論研究／模型設(shè)計(jì)／系統(tǒng)開發(fā)奠基82年～87年:GUI88年～：MITS：視、聽、觸等多種感官獲取知識(shí)信息，直觀感、立體感、動(dòng)態(tài)感強(qiáng)，大大改善教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，顯著提高了教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)了學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)90年~：Web-basedITSITSITS∽ICAI8智能教育網(wǎng)站自從1840年，英國(guó)人依薩克.比特曼把速記教程寄給學(xué)生，標(biāo)志著遠(yuǎn)程教育開始。伴隨著傳播媒體的發(fā)展，遠(yuǎn)程教育經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：第一代遠(yuǎn)程教育：以書面材料為通信媒介（函授教育）

第二代遠(yuǎn)程教育：以廣播電視、衛(wèi)星電視為媒介（廣播電視大學(xué)）第三代遠(yuǎn)程教育：以Internet為媒介，綜合運(yùn)用多種媒體（超媒體）技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院）智能教育網(wǎng)站自從1840年，英國(guó)人依薩克.比特曼把速9研究歷史

美、歐、日、加：典型ITS系統(tǒng)

中國(guó)：張景中院士研究歷史美、歐、日、加：典型ITS系統(tǒng)10典型ITS系統(tǒng)介紹SCHOLARSCHOLAR系統(tǒng)[129]是一個(gè)關(guān)于南美洲地理的教學(xué)系統(tǒng),是第一個(gè)有代表性的ITS。系統(tǒng)的知識(shí)表示采用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)方法。學(xué)科中的具體的對(duì)象或概念被表示成為語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)是由節(jié)點(diǎn)名和一組性質(zhì)組成；這些性質(zhì)是一些屬性-值對(duì)；屬性可以是其它單元，也可以是幾種特殊屬性之一。SCHOLAR系統(tǒng)研究的一個(gè)重要部分是教學(xué)中的對(duì)話，系統(tǒng)可以回答學(xué)生提出的未預(yù)測(cè)到的問題。系統(tǒng)中的自然語(yǔ)言處理基于狀態(tài)文法系統(tǒng)，并且主要由語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的地理知識(shí)指導(dǎo)對(duì)學(xué)生響應(yīng)的語(yǔ)義解釋。適應(yīng)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)所存儲(chǔ)的信息的不完備性，SCHOLAR系統(tǒng)中的推理策略被設(shè)計(jì)為通過相交搜索、共同的超級(jí)坐標(biāo)、開集合與閉集合等方法來(lái)完成對(duì)問題的推理。推理方式與語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)，可以應(yīng)用于其它不同的領(lǐng)域。同時(shí)因?yàn)橥评矸绞脚c人類的推理方式非常相似，因而十分自然。典型ITS系統(tǒng)介紹SCHOLAR11WEST系統(tǒng)WEST系統(tǒng)是第一個(gè)計(jì)算機(jī)教練系統(tǒng)。教練這一術(shù)語(yǔ)描述一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)環(huán)境，在這一環(huán)境中學(xué)生像玩游戲那樣參與活動(dòng)；系統(tǒng)通過觀察學(xué)生的活動(dòng)進(jìn)行工作，在需要矯正時(shí)提出批評(píng)或建議。WEST系統(tǒng)的研究集中于診斷策略和教學(xué)策略。系統(tǒng)支持有指導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)。系統(tǒng)認(rèn)為學(xué)生依靠其先驗(yàn)知識(shí)構(gòu)造自己對(duì)一個(gè)環(huán)境或任務(wù)的認(rèn)識(shí)。因此錯(cuò)誤的概念或想法在教學(xué)中起主導(dǎo)作用。系統(tǒng)主要通過差別模擬技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)學(xué)生錯(cuò)誤。該技術(shù)是將學(xué)生行為與專家在同一情況下的行動(dòng)進(jìn)行比較；這種比較所發(fā)現(xiàn)的差別在某種程度上說(shuō)明了學(xué)生懂什么或不懂什么。系統(tǒng)通過執(zhí)行以下兩個(gè)任務(wù)構(gòu)造差別模型：同一情況下專家可能采取的行動(dòng)對(duì)學(xué)生的行為進(jìn)行評(píng)價(jià)；判斷學(xué)生和專家在決定其各自行為時(shí)所用的知識(shí)。為了使學(xué)生的學(xué)習(xí)取得較好的效果，系統(tǒng)的教學(xué)法遵守以下原則：教練哲理；維護(hù)學(xué)生的游戲興趣；增加學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和對(duì)教學(xué)環(huán)境的考慮。WEST系統(tǒng)WEST系統(tǒng)是第一個(gè)計(jì)算機(jī)教練系統(tǒng)。教練這一術(shù)語(yǔ)12UIDON系統(tǒng)GUIDON系統(tǒng)是建立在MYCIN系統(tǒng)上的教學(xué)系統(tǒng)，它以MYCIN系統(tǒng)中的規(guī)則為主題，教授學(xué)生傳染病診斷的知識(shí)。這是使用已有的專家系統(tǒng)構(gòu)造ITS的一個(gè)成功的嘗試。

GUIDON系統(tǒng)與學(xué)生的對(duì)話使用長(zhǎng)期的、結(jié)構(gòu)性的對(duì)話方式。這就超過了只對(duì)學(xué)生的最后一次行動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)的方式。在GUIDON系統(tǒng)中，教學(xué)法與領(lǐng)域知識(shí)無(wú)關(guān)。其教學(xué)法知識(shí)用200條教學(xué)規(guī)則表示，其中包括：經(jīng)濟(jì)地指導(dǎo)對(duì)話的方法、出示診斷規(guī)則的方法、構(gòu)造學(xué)生模型的方法，以及響應(yīng)學(xué)生的主動(dòng)行為的方法。推理的中間過程被表示成完整的與/或樹的形式；與/或樹的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著推理的中間步驟。而且，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含有該步驟所用到的知識(shí)點(diǎn)。這為診斷過程提供了足夠的信息。學(xué)生模型采用覆蓋模型，對(duì)每一條規(guī)則系統(tǒng)記錄三部分內(nèi)容：學(xué)生對(duì)該規(guī)則的使用歷史；學(xué)生是否能夠正確應(yīng)用這條規(guī)則；學(xué)生是否知道這個(gè)規(guī)則。應(yīng)用這三種信息的組合，系統(tǒng)能夠推出學(xué)生對(duì)每一條規(guī)則的掌握情況。知識(shí)庫(kù)直接應(yīng)用MYCIN系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)。但是專家所用的結(jié)構(gòu)知識(shí)和策略知識(shí)并沒有在知識(shí)庫(kù)中明確的表示出來(lái)，而是隱含在系統(tǒng)的每一條規(guī)則中。->系統(tǒng)不能將這些專家知識(shí)明確傳授給學(xué)生，學(xué)生不能有效地學(xué)習(xí)專家的解題策略。在GUIDON系統(tǒng)的后繼系統(tǒng)NEOMYCIN中這個(gè)不足得以改進(jìn)。UIDON系統(tǒng)GUIDON系統(tǒng)是建立在MYCIN系統(tǒng)上的教學(xué)13PROUST系統(tǒng)PROUST系統(tǒng)是一個(gè)關(guān)于PASCAL程序設(shè)計(jì)的ITS。主要特點(diǎn)：基于意圖（Intention-based）的診斷方式。Johnon和Soloway指出：學(xué)生的錯(cuò)誤并不是來(lái)源于程序本身，而是來(lái)源于程序員所具有的意圖和它們之間的聯(lián)系以及意圖與代碼之間的聯(lián)系。由于這些聯(lián)系的范圍非常廣泛，所以只是通過掃描程序代碼或計(jì)劃識(shí)別技術(shù)不能有效地處理學(xué)生的錯(cuò)誤原因，而是通過重建合理的程序設(shè)計(jì)過程，來(lái)提供一個(gè)識(shí)別和討論錯(cuò)誤的與問題相關(guān)的上下文環(huán)境。程序設(shè)計(jì)三個(gè)階段：?jiǎn)栴}的描述：為程序員提供了一系列目標(biāo)與子目標(biāo)。目標(biāo)指導(dǎo)解題計(jì)劃的選擇。解題計(jì)劃最終變成代碼。為了控制搜索空間，系統(tǒng)將程序設(shè)計(jì)知識(shí)分為三類：目標(biāo)類：知識(shí)庫(kù)中含有程序設(shè)計(jì)中所要涉及的目標(biāo)的信息，以及實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的方法。解題計(jì)劃：知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)所用的計(jì)劃的信息；同時(shí)，知識(shí)庫(kù)中還包含了各種目標(biāo)的錯(cuò)誤計(jì)劃和正確計(jì)劃的錯(cuò)誤運(yùn)行方面的信息，這為診斷模塊提供了必要的信息。計(jì)劃用程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)；為了處理程序之間的差別，系統(tǒng)還存儲(chǔ)了轉(zhuǎn)換規(guī)則和錯(cuò)誤規(guī)則。通過這些知識(shí)和基于意圖的推理，PROUST系統(tǒng)對(duì)錯(cuò)誤的診斷和解釋能力比以往的系統(tǒng)都有顯著的提高?；谝鈭D的診斷方式，為診斷理論的研究提供了一個(gè)新的方向。PROUST系統(tǒng)PROUST系統(tǒng)是一個(gè)關(guān)于PASCAL程序設(shè)14SOPHIE系統(tǒng)SOPHIE:高級(jí)教學(xué)環(huán)境。該系統(tǒng)在許多地方與SCHOLAR系統(tǒng)相似，都被認(rèn)為是ITS發(fā)展史上的里程碑。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的在于向?qū)W生提供一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生運(yùn)用自己的知識(shí)，在系統(tǒng)的幫助下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)允許學(xué)生和基于計(jì)算機(jī)的專家之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)采取了基于語(yǔ)義文法的自然語(yǔ)言處理技術(shù)，以使學(xué)生與系統(tǒng)方便交流。系統(tǒng)的自然語(yǔ)言理解程序能妥善處理許多語(yǔ)言學(xué)方面的問題，如首語(yǔ)重復(fù)、省略現(xiàn)象等。系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，單一知識(shí)表示方式往往不能滿足系統(tǒng)的需要。因此，為了實(shí)現(xiàn)推理的“有效性和健壯性”，系統(tǒng)采用了多種知識(shí)表示方式：用數(shù)學(xué)模型表示模擬電路功能所需要的知識(shí)；用過程性方法表示專家知識(shí)；用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示電路方面的陳述性知識(shí)。為與學(xué)生對(duì)話，系統(tǒng)執(zhí)行幾種不同的邏輯與教學(xué)任務(wù)，包括回答假設(shè)性問題；假設(shè)評(píng)價(jià)；假設(shè)生成；測(cè)量冗余判斷。這些任務(wù)通過推理機(jī)制加以實(shí)現(xiàn)。在SOPHIE-Ⅰ系統(tǒng)中，該推理機(jī)制依靠電路仿真的數(shù)學(xué)模型來(lái)工作。由于這種推理方式與人類推理方式不同，在一定程度上限制了系統(tǒng)的解釋能力。SOPHIE系統(tǒng)SOPHIE:高級(jí)教學(xué)環(huán)境。該系統(tǒng)在許多地方15MENO-TUTOR系統(tǒng)研究目的:理解人類教師的對(duì)話策略。~教學(xué)策略。試圖從整體上對(duì)系統(tǒng)中的對(duì)話過程進(jìn)行表示，而且這種表示是與領(lǐng)域無(wú)關(guān)的。只要與一定的語(yǔ)言生成器相結(jié)合，系統(tǒng)便能對(duì)該領(lǐng)域的教學(xué)對(duì)話進(jìn)行管理。策略是用對(duì)話管理網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示。該網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是一種擴(kuò)充轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)與具體的教學(xué)行為相對(duì)應(yīng)。而且這些教學(xué)行為被組織成三個(gè)策略層次：教學(xué)法層、戰(zhàn)略層和戰(zhàn)術(shù)層。節(jié)點(diǎn)間的連接表示層次間的依賴關(guān)系。通常，下層的節(jié)點(diǎn)是上層節(jié)點(diǎn)所代表的行為的細(xì)化。網(wǎng)絡(luò)中的弧定義了在通常情況下的教學(xué)行為的焦點(diǎn)從當(dāng)前行為轉(zhuǎn)移到下一個(gè)行為；在某種意義上，網(wǎng)絡(luò)中的弧代表了教學(xué)行為的缺省順序。但是在某些特殊情況下，這些缺省序列并不是最恰當(dāng)?shù)?。為了處理這些特殊情況，系統(tǒng)中采用了元規(guī)則（metarules）的形式。這些規(guī)則在其條件被滿足的情況下，可以將教學(xué)行為從一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)。MENO-TUTOR系統(tǒng)研究目的:理解人類教師的對(duì)話策略。~16研究?jī)?nèi)容WHO——學(xué)生模型WHAT——領(lǐng)域?qū)＜遥ㄖR(shí)庫(kù)）HOW——教師模型（教學(xué)策略模塊）WHERE——智能人機(jī)接口研究?jī)?nèi)容WHO——學(xué)生模型17系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

whowhathow系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

whowhathow18研究方法知識(shí)表示：規(guī)則／語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)／對(duì)話系統(tǒng)／屬性標(biāo)注系統(tǒng)推理：?jiǎn)l(fā)式搜索/規(guī)則推理／MAS情景模擬：VRML——VRon-line,VOD學(xué)習(xí)策略：合作學(xué)習(xí)／協(xié)同學(xué)習(xí)／競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)／比較學(xué)習(xí)／強(qiáng)化學(xué)習(xí)領(lǐng)域?qū)＜遥褐R(shí)挖掘／知識(shí)工程現(xiàn)代教育技術(shù)：運(yùn)用現(xiàn)代教育理論和技術(shù)，通過對(duì)教與學(xué)的過程和教與學(xué)資源的設(shè)計(jì)、開發(fā)、利用、管理和評(píng)價(jià)，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)優(yōu)化研究方法知識(shí)表示：規(guī)則／語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)／對(duì)話系統(tǒng)／屬性標(biāo)注19R&D技術(shù)多媒體技術(shù)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)VR技術(shù)AI技術(shù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論NLP技術(shù)代理技術(shù)R&D技術(shù)多媒體技術(shù)20學(xué)生模型覆蓋模型差別模型干擾模型學(xué)生模型覆蓋模型21代理技術(shù)智能代理（IntelligentAgent）多代理系統(tǒng)（Multi-AgentSystem）代理技術(shù)智能代理（IntelligentAgent）22基于代理的ITS結(jié)構(gòu)基于代理的ITS結(jié)構(gòu)23web虛擬現(xiàn)實(shí)-VRMLVR技術(shù)是當(dāng)代計(jì)算機(jī)的重要發(fā)展方向，也是ITS系統(tǒng)的重要研究?jī)?nèi)容。運(yùn)用VR技術(shù)，建立非常逼真的3D圖像虛擬世界交互式環(huán)境,非常有益于合作式、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)。虛擬大學(xué)/網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室VR專用技術(shù)硬件設(shè)備昂貴：數(shù)據(jù)手套(dataglove)、頭盔顯示器(head-mounteddisplay,HMD)、3D鼠標(biāo)、聲音發(fā)生器、圖像生成器等設(shè)備具有面向?qū)ο蟆⒐?jié)點(diǎn)化特點(diǎn)的虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言(VirtualRealityModelingLanguage,VRML)的產(chǎn)生并已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[1]，使得通過計(jì)算機(jī)軟件手段可以直接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)VR環(huán)境(“virtualrealityfortheWeb”)。由于不用專用硬件設(shè)備，從而為研究與應(yīng)用提供了低成本(Investment-sexy)的網(wǎng)絡(luò)VR實(shí)現(xiàn)手段。VRML1.0產(chǎn)生于1994年10月的第二屆WWW大會(huì)，可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)用戶的靜態(tài)三維可探索環(huán)境。于1996年8月通過的功能強(qiáng)大的VRML2.0標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生以及相應(yīng)瀏覽器的迅速支持，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、三維、多用戶、人機(jī)交互、可編程控制的在線虛擬真實(shí)環(huán)境與可視化反饋等?；赩R技術(shù)，運(yùn)用VRML語(yǔ)言，綜合網(wǎng)絡(luò)腳本交互式編程技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于VRML的情景模擬智能教學(xué)(ScenarioSimulation-BasedIntelligentTutoring)平臺(tái)框架，建立了動(dòng)態(tài)、交互式、三維、多用戶在線合作式漢語(yǔ)３D可視合作式學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)基于Internet的網(wǎng)絡(luò)情景模擬教學(xué)

。web虛擬現(xiàn)實(shí)-VRMLVR技術(shù)是當(dāng)代計(jì)算機(jī)的重要發(fā)展方向，24研究發(fā)展趨勢(shì)國(guó)家教育部（1998年10月）：3個(gè)層次：一、以計(jì)算機(jī)多媒體為核心的教育技術(shù)在學(xué)校的普及與運(yùn)用；二、組織學(xué)校上網(wǎng)，充分利用網(wǎng)上資源；三、遠(yuǎn)程教育，提供廣泛的學(xué)習(xí)資源，不斷滿足社會(huì)終身教育的需求。－>多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程教育國(guó)際研究：ITS98教育學(xué)習(xí)代理/模擬培訓(xùn)/知識(shí)模型/3D環(huán)境/動(dòng)機(jī)診斷/教育工具/合作學(xué)習(xí)/反饋/知識(shí)結(jié)構(gòu)、表示／教學(xué)策略／學(xué)生建模／Web-basedITSITS2000網(wǎng)絡(luò)的培訓(xùn)/教學(xué)策略/學(xué)生建模/學(xué)習(xí)環(huán)境/教學(xué)設(shè)計(jì)/智能多媒體與超媒體/智能遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)/教育評(píng)價(jià)/分布式學(xué)習(xí)環(huán)境/合作系統(tǒng)/認(rèn)知方法/編著工具/基于代理系統(tǒng)/系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ITS2002交互式媒體/可視化/代理/XML/超媒體研究發(fā)展趨勢(shì)國(guó)家教育部（1998年10月）：3個(gè)層次：一、以25應(yīng)用現(xiàn)狀雖然ITS系統(tǒng)由于能夠通過計(jì)算機(jī)模擬人類最優(yōu)秀教師實(shí)現(xiàn)個(gè)別化的最佳教學(xué)模式，從而公認(rèn)為是人類社會(huì)21世紀(jì)人類教育的發(fā)展方向，有關(guān)研究文獻(xiàn)和學(xué)術(shù)水平也相對(duì)成熟，計(jì)算機(jī)價(jià)格/性能直線下降，人類社會(huì)目前將計(jì)算機(jī)用于教育主要仍然是基于計(jì)算機(jī)的教育（Computer-BasedInstruction,CBI），即CAI或CAI的部分改進(jìn)。在目前，ITS系統(tǒng)大都處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，只有極少數(shù)系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)人類教育中得到運(yùn)用。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上真正意義上ITS系統(tǒng)還微乎其微，對(duì)人們的現(xiàn)實(shí)影響還很小。一方面是由于目前ITS的發(fā)展與人們的期望還存在較大的差距,同時(shí)也反映了ITS系統(tǒng)研究開發(fā)相對(duì)滯后的不良現(xiàn)狀。網(wǎng)絡(luò)教育發(fā)展?fàn)顩r不容樂觀。應(yīng)用現(xiàn)狀雖然ITS系統(tǒng)由于能夠通過計(jì)算機(jī)模擬人類最優(yōu)秀教師實(shí)26現(xiàn)狀原因?qū)W習(xí)的研究：人類學(xué)習(xí)機(jī)理尚不完全清楚.學(xué)習(xí)機(jī)制和認(rèn)知過程的理解和解釋困難投資的考慮：投資多、風(fēng)險(xiǎn)大、周期長(zhǎng)、升級(jí)快、要求高

結(jié)合的困難：教育＋計(jì)算機(jī)現(xiàn)狀原因?qū)W習(xí)的研究：人類學(xué)習(xí)機(jī)理尚不完全清楚.學(xué)習(xí)機(jī)制和認(rèn)知27網(wǎng)絡(luò)教育發(fā)展網(wǎng)絡(luò)教育及其特點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式:E-Learning/自主學(xué)習(xí)交互式合作學(xué)習(xí)個(gè)性化學(xué)習(xí)教育社會(huì)化，學(xué)習(xí)生活化教育模式的轉(zhuǎn)變遠(yuǎn)程教學(xué)（DistanceLearning）網(wǎng)上虛擬大學(xué)（VirtualUniversity）學(xué)習(xí)革命（LearningRevolution）終身學(xué)習(xí)(LifelongLearning)等。45所試點(diǎn)院校共已招收了近19萬(wàn)名的注冊(cè)學(xué)生。絕大多數(shù)：學(xué)歷教育。網(wǎng)絡(luò)教育發(fā)展網(wǎng)絡(luò)教育及其特點(diǎn)28我國(guó)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育發(fā)展11994年底，“中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)（CERNET）示范工程”由清華大學(xué)等10所高校共同建成。--國(guó)內(nèi)第一個(gè)采用TCP/IP協(xié)議的公共計(jì)算機(jī)網(wǎng)。1996年清華大學(xué)王大中校長(zhǎng)率先提出發(fā)展遠(yuǎn)程教育；1997年湖南大學(xué)第一個(gè)與湖南電信合作，建起了網(wǎng)上大學(xué)。清華大學(xué)則在1998年推出了網(wǎng)上研究生進(jìn)修課程。1998年9月，教育部正式批準(zhǔn)第一批4所試點(diǎn)院校:清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)、浙江大學(xué)、湖南大學(xué)為國(guó)家現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育。1999年教育部制定了《關(guān)于發(fā)展我國(guó)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的意見》:現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的指導(dǎo)方針、目標(biāo)和任務(wù)。16字指導(dǎo)方針：統(tǒng)籌規(guī)劃、需求推動(dòng)、擴(kuò)大開放、提高質(zhì)量1999年8月，北京大學(xué)、中央廣播電視大學(xué)相繼試點(diǎn)。1999年9月，“CERNET高速主干網(wǎng)項(xiàng)目”立項(xiàng)，目標(biāo)是在2000年12月底之前完成CERNET高速主干網(wǎng)的建設(shè)。我國(guó)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育發(fā)展11994年底，“中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)29我國(guó)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育發(fā)展22000年，是中國(guó)遠(yuǎn)程教育大踏步前進(jìn)的一年：7月:教育部《教育網(wǎng)站和網(wǎng)校暫行管理辦法》:領(lǐng)導(dǎo)權(quán).教育部批準(zhǔn)15->31所；頒布了《關(guān)于支持若干所高等學(xué)校建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院開展現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育試點(diǎn)工作的幾點(diǎn)意見》，31所試點(diǎn)院校具有很大的自主權(quán)：可以自己制定招生標(biāo)準(zhǔn)并決定招生數(shù)量，可以開設(shè)專業(yè)目錄之外的專業(yè)，有權(quán)發(fā)放國(guó)家承認(rèn)的學(xué)歷文憑。7月31日，31所試點(diǎn)高校在北京成立了“高等學(xué)?，F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育協(xié)作組”，以加強(qiáng)試點(diǎn)高校間的交流與合作，促進(jìn)教學(xué)資源的建設(shè)與共享。9、10月間，部分新試點(diǎn)院校相繼開通的網(wǎng)上大學(xué)。2000年10月31日，中國(guó)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育衛(wèi)星寬帶多媒體傳輸平臺(tái)。2002年：試點(diǎn)院校增加到67所我國(guó)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育發(fā)展22000年，是中國(guó)遠(yuǎn)程教育大踏步前進(jìn)的30ITS研究建議注重實(shí)際,結(jié)合教學(xué)考慮媒體,面向網(wǎng)絡(luò):CD/LAN/Web/VRML立足前沿,調(diào)查研究: AI最新研究超過 技術(shù):CGI/ASP/PHP/HTML/XML/VRML/Java 流媒體:Authorware/Real/Microsoft/QuickTime多人合作,學(xué)科結(jié)合: 教育+技術(shù)+學(xué)科->取得成果無(wú)論是一大步，還是一小步，總是向前邁進(jìn)的一步——IBMITS研究建議注重實(shí)際,結(jié)合教學(xué)無(wú)論是一大步，還是一小步，總31ITS研究：關(guān)于eblcu課件的智能化：交互式、個(gè)性化研究/VRML平臺(tái)的智能化：建立網(wǎng)絡(luò)學(xué)生模型、學(xué)習(xí)跟蹤->數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)建立、屬性標(biāo)注/智能調(diào)用、反饋記憶等NLP技術(shù)的應(yīng)用：言語(yǔ)技術(shù)/電子詞典/MT技術(shù)ITS研究：關(guān)于eblcu課件的智能化：交互式、個(gè)性化研究/32謝謝！謝謝！33智能教學(xué)系統(tǒng)綜述

周曉軍博士北京語(yǔ)言大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院2002.12智能教學(xué)系統(tǒng)綜述34關(guān)于AI問題定義：研究用機(jī)器模擬和執(zhí)行人腦的某些智能、相關(guān)理論和技術(shù)的計(jì)算機(jī)科學(xué)Dartmouth研究會(huì)議：1956，2個(gè)月，第一次提出研究?jī)?nèi)容：知識(shí)表示方法、一般搜索原理、問題求解技術(shù)、專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器人規(guī)劃、機(jī)器視覺、NLP、智能控制、AI程序設(shè)計(jì)基本問題：知識(shí)表示知識(shí)獲取知識(shí)運(yùn)用關(guān)于AI問題定義：研究用機(jī)器模擬和執(zhí)行人腦的某些智能、相關(guān)理35ITS基本概念I(lǐng)TS(IntelligentTutoringSystem)是一個(gè)綜合性研究課題，是AI的重要研究?jī)?nèi)容。ITS作為一個(gè)概念，形成于70年代。ITS通過教育、計(jì)算機(jī)、AI、認(rèn)知科學(xué)、行為科學(xué)等多種學(xué)科的集成，通過對(duì)人類最優(yōu)秀教師的計(jì)算機(jī)模擬，實(shí)現(xiàn)個(gè)別化的最佳教學(xué)過程。個(gè)別化的教學(xué)：教師根據(jù)每個(gè)學(xué)生的不同特點(diǎn)來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容，給學(xué)生安排相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，并根據(jù)學(xué)生的完成情況提供適當(dāng)?shù)姆答佇畔ⅲ蝗绻诮虒W(xué)過程中，學(xué)生沒有取得預(yù)期的進(jìn)展，教師要根據(jù)目前學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)進(jìn)行教學(xué)策略的改變智能：知識(shí)和行為的表示理解能力、解釋說(shuō)明能力、分析診斷能力、收集生成能力、行為評(píng)價(jià)能力、教學(xué)規(guī)劃能力、組織適應(yīng)能力等。要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具備所教授領(lǐng)域的豐富知識(shí)，知道使用最有效的教學(xué)方式向?qū)W生傳授知識(shí)，清晰了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，能夠及時(shí)診斷學(xué)生錯(cuò)誤并加以更正等多種功能。

ITS基本概念I(lǐng)TS(IntelligentTutorin36在AI中的位置專家系統(tǒng)技術(shù)作為AI的重要分支，是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：高效、準(zhǔn)確、周到、迅速、不知疲倦、時(shí)空環(huán)境不限、便于推廣等ITS∈教學(xué)專家系統(tǒng)（ExpertSystemforInstruction,ESI）在AI中的位置專家系統(tǒng)技術(shù)作為AI的重要分支，是一種模擬人類37與其他學(xué)科的關(guān)系:教育、計(jì)算機(jī)、AI、認(rèn)知科學(xué)、行為科學(xué)基于計(jì)算機(jī)的教育:作為一種現(xiàn)代化教學(xué)手段和工具，應(yīng)用于教育領(lǐng)域開始于20世紀(jì)50年代。->教育手段/教學(xué)方法/教材形式/教學(xué)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)/教學(xué)思想和教學(xué)理論變革從50年代出現(xiàn)的早期線性程序60年代開始出現(xiàn)的分支程序70年代開始出現(xiàn)的生成系統(tǒng)和CAI和ITSAI：ITS的研究由于涉及幾乎AI研究中的所有主要問題包括專家系統(tǒng)、NLP、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器視覺、知識(shí)表示、知識(shí)工程、問題求解、規(guī)劃問題等，從而對(duì)AI相關(guān)技術(shù)提出要求。

認(rèn)知科學(xué)：研究人類認(rèn)識(shí)的心理學(xué)、AI、邏輯和知識(shí)論等綜合形成的交叉科學(xué)，以認(rèn)知心理學(xué)、認(rèn)知生理學(xué)、認(rèn)知工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科為基本內(nèi)容并被認(rèn)為是ITS的主要理論基礎(chǔ)。

ITS的研究開發(fā)運(yùn)用了相關(guān)學(xué)科的最新研究成果并對(duì)相關(guān)學(xué)科的學(xué)科發(fā)展提出特殊要求，并通過ITS的研究與開發(fā)及其運(yùn)用反過來(lái)推動(dòng)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

與其他學(xué)科的關(guān)系:教育、計(jì)算機(jī)、AI、認(rèn)知科學(xué)、行為科學(xué)基于38研究背景CAI:定義：以計(jì)算機(jī)替代或幫助教師完成全部或部分教學(xué)任務(wù)，模擬教師的教學(xué)行為，向?qū)W生傳授知識(shí)，訓(xùn)練其技能，達(dá)到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，增強(qiáng)教學(xué)效果的目的。典型的CAI系統(tǒng)是在學(xué)生和計(jì)算機(jī)之間的一系列CAI系統(tǒng)控制的交互活動(dòng)中展開教學(xué)活動(dòng)的。計(jì)算機(jī)主要以文字、圖形等方式呈現(xiàn)各種知識(shí)信息，學(xué)生則通過顯示設(shè)備與計(jì)算機(jī)會(huì)話，用鍵盤、鼠標(biāo)或其他設(shè)備輸入信息，適時(shí)控制計(jì)算機(jī)的講解速度。

歷史：50’s:線性程序60’s:分支程序70’s:生成系統(tǒng)90’s:MCAI：視、聽、觸等多種感官獲取知識(shí)信息，直觀感、立體感、動(dòng)態(tài)感強(qiáng)，大大改善教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，顯著提高了教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)了學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)

研究背景CAI:39CAI的缺點(diǎn)與現(xiàn)狀缺點(diǎn)：采用固定的軟件設(shè)計(jì)，提供全篇一律的教學(xué)內(nèi)容；缺乏推理機(jī)制和學(xué)生模型的支持，不能確定學(xué)生的知識(shí)水平和認(rèn)知特點(diǎn)，不能根據(jù)學(xué)生自己的意愿和理解能力提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)材料，并進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)。在開展適應(yīng)個(gè)性化特點(diǎn)的教育，貫徹因材施教的教育思想和方法上存在很大不足?，F(xiàn)狀：一些CAI系統(tǒng)在很大程度上仍然學(xué)生只能通過按鈕進(jìn)行翻頁(yè)而完全被動(dòng)學(xué)習(xí)的電子圖書大同小異。近似概念：計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)（ComputerAssistedLearning,CAL）計(jì)算機(jī)輔助培訓(xùn)（ComputerBasedTraining,CBT）計(jì)算機(jī)輔助教育(ComputerBasedEducation,CBI)、CBI(ComputerBasedInstruction,CBE(ComputerBasedEducation)CAI的缺點(diǎn)與現(xiàn)狀缺點(diǎn)：40ITSITS∽ICAI70年~82年:早期研究階段：理論研究／模型設(shè)計(jì)／系統(tǒng)開發(fā)奠基82年～87年:GUI88年～：MITS：視、聽、觸等多種感官獲取知識(shí)信息，直觀感、立體感、動(dòng)態(tài)感強(qiáng)，大大改善教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，顯著提高了教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)了學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)90年~：Web-basedITSITSITS∽ICAI41智能教育網(wǎng)站自從1840年，英國(guó)人依薩克.比特曼把速記教程寄給學(xué)生，標(biāo)志著遠(yuǎn)程教育開始。伴隨著傳播媒體的發(fā)展，遠(yuǎn)程教育經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：第一代遠(yuǎn)程教育：以書面材料為通信媒介（函授教育）

第二代遠(yuǎn)程教育：以廣播電視、衛(wèi)星電視為媒介（廣播電視大學(xué)）第三代遠(yuǎn)程教育：以Internet為媒介，綜合運(yùn)用多種媒體（超媒體）技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院）智能教育網(wǎng)站自從1840年，英國(guó)人依薩克.比特曼把速42研究歷史

美、歐、日、加：典型ITS系統(tǒng)

中國(guó)：張景中院士研究歷史美、歐、日、加：典型ITS系統(tǒng)43典型ITS系統(tǒng)介紹SCHOLARSCHOLAR系統(tǒng)[129]是一個(gè)關(guān)于南美洲地理的教學(xué)系統(tǒng),是第一個(gè)有代表性的ITS。系統(tǒng)的知識(shí)表示采用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)方法。學(xué)科中的具體的對(duì)象或概念被表示成為語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)是由節(jié)點(diǎn)名和一組性質(zhì)組成；這些性質(zhì)是一些屬性-值對(duì)；屬性可以是其它單元，也可以是幾種特殊屬性之一。SCHOLAR系統(tǒng)研究的一個(gè)重要部分是教學(xué)中的對(duì)話，系統(tǒng)可以回答學(xué)生提出的未預(yù)測(cè)到的問題。系統(tǒng)中的自然語(yǔ)言處理基于狀態(tài)文法系統(tǒng)，并且主要由語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的地理知識(shí)指導(dǎo)對(duì)學(xué)生響應(yīng)的語(yǔ)義解釋。適應(yīng)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)所存儲(chǔ)的信息的不完備性，SCHOLAR系統(tǒng)中的推理策略被設(shè)計(jì)為通過相交搜索、共同的超級(jí)坐標(biāo)、開集合與閉集合等方法來(lái)完成對(duì)問題的推理。推理方式與語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)，可以應(yīng)用于其它不同的領(lǐng)域。同時(shí)因?yàn)橥评矸绞脚c人類的推理方式非常相似，因而十分自然。典型ITS系統(tǒng)介紹SCHOLAR44WEST系統(tǒng)WEST系統(tǒng)是第一個(gè)計(jì)算機(jī)教練系統(tǒng)。教練這一術(shù)語(yǔ)描述一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)環(huán)境，在這一環(huán)境中學(xué)生像玩游戲那樣參與活動(dòng)；系統(tǒng)通過觀察學(xué)生的活動(dòng)進(jìn)行工作，在需要矯正時(shí)提出批評(píng)或建議。WEST系統(tǒng)的研究集中于診斷策略和教學(xué)策略。系統(tǒng)支持有指導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)。系統(tǒng)認(rèn)為學(xué)生依靠其先驗(yàn)知識(shí)構(gòu)造自己對(duì)一個(gè)環(huán)境或任務(wù)的認(rèn)識(shí)。因此錯(cuò)誤的概念或想法在教學(xué)中起主導(dǎo)作用。系統(tǒng)主要通過差別模擬技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)學(xué)生錯(cuò)誤。該技術(shù)是將學(xué)生行為與專家在同一情況下的行動(dòng)進(jìn)行比較；這種比較所發(fā)現(xiàn)的差別在某種程度上說(shuō)明了學(xué)生懂什么或不懂什么。系統(tǒng)通過執(zhí)行以下兩個(gè)任務(wù)構(gòu)造差別模型：同一情況下專家可能采取的行動(dòng)對(duì)學(xué)生的行為進(jìn)行評(píng)價(jià)；判斷學(xué)生和專家在決定其各自行為時(shí)所用的知識(shí)。為了使學(xué)生的學(xué)習(xí)取得較好的效果，系統(tǒng)的教學(xué)法遵守以下原則：教練哲理；維護(hù)學(xué)生的游戲興趣；增加學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和對(duì)教學(xué)環(huán)境的考慮。WEST系統(tǒng)WEST系統(tǒng)是第一個(gè)計(jì)算機(jī)教練系統(tǒng)。教練這一術(shù)語(yǔ)45UIDON系統(tǒng)GUIDON系統(tǒng)是建立在MYCIN系統(tǒng)上的教學(xué)系統(tǒng)，它以MYCIN系統(tǒng)中的規(guī)則為主題，教授學(xué)生傳染病診斷的知識(shí)。這是使用已有的專家系統(tǒng)構(gòu)造ITS的一個(gè)成功的嘗試。

GUIDON系統(tǒng)與學(xué)生的對(duì)話使用長(zhǎng)期的、結(jié)構(gòu)性的對(duì)話方式。這就超過了只對(duì)學(xué)生的最后一次行動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)的方式。在GUIDON系統(tǒng)中，教學(xué)法與領(lǐng)域知識(shí)無(wú)關(guān)。其教學(xué)法知識(shí)用200條教學(xué)規(guī)則表示，其中包括：經(jīng)濟(jì)地指導(dǎo)對(duì)話的方法、出示診斷規(guī)則的方法、構(gòu)造學(xué)生模型的方法，以及響應(yīng)學(xué)生的主動(dòng)行為的方法。推理的中間過程被表示成完整的與/或樹的形式；與/或樹的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著推理的中間步驟。而且，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含有該步驟所用到的知識(shí)點(diǎn)。這為診斷過程提供了足夠的信息。學(xué)生模型采用覆蓋模型，對(duì)每一條規(guī)則系統(tǒng)記錄三部分內(nèi)容：學(xué)生對(duì)該規(guī)則的使用歷史；學(xué)生是否能夠正確應(yīng)用這條規(guī)則；學(xué)生是否知道這個(gè)規(guī)則。應(yīng)用這三種信息的組合，系統(tǒng)能夠推出學(xué)生對(duì)每一條規(guī)則的掌握情況。知識(shí)庫(kù)直接應(yīng)用MYCIN系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)。但是專家所用的結(jié)構(gòu)知識(shí)和策略知識(shí)并沒有在知識(shí)庫(kù)中明確的表示出來(lái)，而是隱含在系統(tǒng)的每一條規(guī)則中。->系統(tǒng)不能將這些專家知識(shí)明確傳授給學(xué)生，學(xué)生不能有效地學(xué)習(xí)專家的解題策略。在GUIDON系統(tǒng)的后繼系統(tǒng)NEOMYCIN中這個(gè)不足得以改進(jìn)。UIDON系統(tǒng)GUIDON系統(tǒng)是建立在MYCIN系統(tǒng)上的教學(xué)46PROUST系統(tǒng)PROUST系統(tǒng)是一個(gè)關(guān)于PASCAL程序設(shè)計(jì)的ITS。主要特點(diǎn)：基于意圖（Intention-based）的診斷方式。Johnon和Soloway指出：學(xué)生的錯(cuò)誤并不是來(lái)源于程序本身，而是來(lái)源于程序員所具有的意圖和它們之間的聯(lián)系以及意圖與代碼之間的聯(lián)系。由于這些聯(lián)系的范圍非常廣泛，所以只是通過掃描程序代碼或計(jì)劃識(shí)別技術(shù)不能有效地處理學(xué)生的錯(cuò)誤原因，而是通過重建合理的程序設(shè)計(jì)過程，來(lái)提供一個(gè)識(shí)別和討論錯(cuò)誤的與問題相關(guān)的上下文環(huán)境。程序設(shè)計(jì)三個(gè)階段：?jiǎn)栴}的描述：為程序員提供了一系列目標(biāo)與子目標(biāo)。目標(biāo)指導(dǎo)解題計(jì)劃的選擇。解題計(jì)劃最終變成代碼。為了控制搜索空間，系統(tǒng)將程序設(shè)計(jì)知識(shí)分為三類：目標(biāo)類：知識(shí)庫(kù)中含有程序設(shè)計(jì)中所要涉及的目標(biāo)的信息，以及實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的方法。解題計(jì)劃：知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)所用的計(jì)劃的信息；同時(shí)，知識(shí)庫(kù)中還包含了各種目標(biāo)的錯(cuò)誤計(jì)劃和正確計(jì)劃的錯(cuò)誤運(yùn)行方面的信息，這為診斷模塊提供了必要的信息。計(jì)劃用程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)；為了處理程序之間的差別，系統(tǒng)還存儲(chǔ)了轉(zhuǎn)換規(guī)則和錯(cuò)誤規(guī)則。通過這些知識(shí)和基于意圖的推理，PROUST系統(tǒng)對(duì)錯(cuò)誤的診斷和解釋能力比以往的系統(tǒng)都有顯著的提高。基于意圖的診斷方式，為診斷理論的研究提供了一個(gè)新的方向。PROUST系統(tǒng)PROUST系統(tǒng)是一個(gè)關(guān)于PASCAL程序設(shè)47SOPHIE系統(tǒng)SOPHIE:高級(jí)教學(xué)環(huán)境。該系統(tǒng)在許多地方與SCHOLAR系統(tǒng)相似，都被認(rèn)為是ITS發(fā)展史上的里程碑。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的在于向?qū)W生提供一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生運(yùn)用自己的知識(shí)，在系統(tǒng)的幫助下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)允許學(xué)生和基于計(jì)算機(jī)的專家之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)采取了基于語(yǔ)義文法的自然語(yǔ)言處理技術(shù)，以使學(xué)生與系統(tǒng)方便交流。系統(tǒng)的自然語(yǔ)言理解程序能妥善處理許多語(yǔ)言學(xué)方面的問題，如首語(yǔ)重復(fù)、省略現(xiàn)象等。系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，單一知識(shí)表示方式往往不能滿足系統(tǒng)的需要。因此，為了實(shí)現(xiàn)推理的“有效性和健壯性”，系統(tǒng)采用了多種知識(shí)表示方式：用數(shù)學(xué)模型表示模擬電路功能所需要的知識(shí)；用過程性方法表示專家知識(shí)；用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示電路方面的陳述性知識(shí)。為與學(xué)生對(duì)話，系統(tǒng)執(zhí)行幾種不同的邏輯與教學(xué)任務(wù)，包括回答假設(shè)性問題；假設(shè)評(píng)價(jià)；假設(shè)生成；測(cè)量冗余判斷。這些任務(wù)通過推理機(jī)制加以實(shí)現(xiàn)。在SOPHIE-Ⅰ系統(tǒng)中，該推理機(jī)制依靠電路仿真的數(shù)學(xué)模型來(lái)工作。由于這種推理方式與人類推理方式不同，在一定程度上限制了系統(tǒng)的解釋能力。SOPHIE系統(tǒng)SOPHIE:高級(jí)教學(xué)環(huán)境。該系統(tǒng)在許多地方48MENO-TUTOR系統(tǒng)研究目的:理解人類教師的對(duì)話策略。~教學(xué)策略。試圖從整體上對(duì)系統(tǒng)中的對(duì)話過程進(jìn)行表示，而且這種表示是與領(lǐng)域無(wú)關(guān)的。只要與一定的語(yǔ)言生成器相結(jié)合，系統(tǒng)便能對(duì)該領(lǐng)域的教學(xué)對(duì)話進(jìn)行管理。策略是用對(duì)話管理網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示。該網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是一種擴(kuò)充轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)與具體的教學(xué)行為相對(duì)應(yīng)。而且這些教學(xué)行為被組織成三個(gè)策略層次：教學(xué)法層、戰(zhàn)略層和戰(zhàn)術(shù)層。節(jié)點(diǎn)間的連接表示層次間的依賴關(guān)系。通常，下層的節(jié)點(diǎn)是上層節(jié)點(diǎn)所代表的行為的細(xì)化。網(wǎng)絡(luò)中的弧定義了在通常情況下的教學(xué)行為的焦點(diǎn)從當(dāng)前行為轉(zhuǎn)移到下一個(gè)行為；在某種意義上，網(wǎng)絡(luò)中的弧代表了教學(xué)行為的缺省順序。但是在某些特殊情況下，這些缺省序列并不是最恰當(dāng)?shù)?。為了處理這些特殊情況，系統(tǒng)中采用了元規(guī)則（metarules）的形式。這些規(guī)則在其條件被滿足的情況下，可以將教學(xué)行為從一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)。MENO-TUTOR系統(tǒng)研究目的:理解人類教師的對(duì)話策略。~49研究?jī)?nèi)容WHO——學(xué)生模型WHAT——領(lǐng)域?qū)＜遥ㄖR(shí)庫(kù)）HOW——教師模型（教學(xué)策略模塊）WHERE——智能人機(jī)接口研究?jī)?nèi)容WHO——學(xué)生模型50系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

whowhathow系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

whowhathow51研究方法知識(shí)表示：規(guī)則／語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)／對(duì)話系統(tǒng)／屬性標(biāo)注系統(tǒng)推理：?jiǎn)l(fā)式搜索/規(guī)則推理／MAS情景模擬：VRML——VRon-line,VOD學(xué)習(xí)策略：合作學(xué)習(xí)／協(xié)同學(xué)習(xí)／競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)／比較學(xué)習(xí)／強(qiáng)化學(xué)習(xí)領(lǐng)域?qū)＜遥褐R(shí)挖掘／知識(shí)工程現(xiàn)代教育技術(shù)：運(yùn)用現(xiàn)代教育理論和技術(shù)，通過對(duì)教與學(xué)的過程和教與學(xué)資源的設(shè)計(jì)、開發(fā)、利用、管理和評(píng)價(jià)，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)優(yōu)化研究方法知識(shí)表示：規(guī)則／語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)／對(duì)話系統(tǒng)／屬性標(biāo)注52R&D技術(shù)多媒體技術(shù)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)VR技術(shù)AI技術(shù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論NLP技術(shù)代理技術(shù)R&D技術(shù)多媒體技術(shù)53學(xué)生模型覆蓋模型差別模型干擾模型學(xué)生模型覆蓋模型54代理技術(shù)智能代理（IntelligentAgent）多代理系統(tǒng)（Multi-AgentSystem）代理技術(shù)智能代理（IntelligentAgent）55基于代理的ITS結(jié)構(gòu)基于代理的ITS結(jié)構(gòu)56web虛擬現(xiàn)實(shí)-VRMLVR技術(shù)是當(dāng)代計(jì)算機(jī)的重要發(fā)展方向，也是ITS系統(tǒng)的重要研究?jī)?nèi)容。運(yùn)用VR技術(shù)，建立非常逼真的3D圖像虛擬世界交互式環(huán)境,非常有益于合作式、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)。虛擬大學(xué)/網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室VR專用技術(shù)硬件設(shè)備昂貴：數(shù)據(jù)手套(dataglove)、頭盔顯示器(head-mounteddisplay,HMD)、3D鼠標(biāo)、聲音發(fā)生器、圖像生成器等設(shè)備具有面向?qū)ο?、?jié)點(diǎn)化特點(diǎn)的虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言(VirtualRealityModelingLanguage,VRML)的產(chǎn)生并已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[1]，使得通過計(jì)算機(jī)軟件手段可以直接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)VR環(huán)境(“virtualrealityfortheWeb”)。由于不用專用硬件設(shè)備，從而為研究與應(yīng)用提供了低成本(Investment-sexy)的網(wǎng)絡(luò)VR實(shí)現(xiàn)手段。VRML1.0產(chǎn)生于1994年10月的第二屆WWW大會(huì)，可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)用戶的靜態(tài)三維可探索環(huán)境。于1996年8月通過的功能強(qiáng)大的VRML2.0標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生以及相應(yīng)瀏覽器的迅速支持，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、三維、多用戶、人機(jī)交互、可編程控制的在線虛擬真實(shí)環(huán)境與可視化反饋等。基于VR技術(shù)，運(yùn)用VRML語(yǔ)言，綜合網(wǎng)絡(luò)腳本交互式編程技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于VRML的情景模擬智能教學(xué)(ScenarioSimulation-BasedIntelligentTutoring)平臺(tái)框架，建立了動(dòng)態(tài)、交互式、三維、多用戶在線合作式漢語(yǔ)３D可視合作式學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)基于Internet的網(wǎng)絡(luò)情景模擬教學(xué)

。web虛擬現(xiàn)實(shí)-VRMLVR技術(shù)是當(dāng)代計(jì)算機(jī)的重要發(fā)展方向，57研究發(fā)展趨勢(shì)國(guó)家教育部（1998年10月）：3個(gè)層次：一、以計(jì)算機(jī)多媒體為核心的教育技術(shù)在學(xué)校的普及與運(yùn)用；二、組織學(xué)校上網(wǎng)，充分利用網(wǎng)上資源；三、遠(yuǎn)程教育，提供廣泛的學(xué)習(xí)資源，不斷滿足社會(huì)終身教育的需求。－>多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程教育國(guó)際研究：ITS98教育學(xué)習(xí)代理/模擬培訓(xùn)/知識(shí)模型/3D環(huán)境/動(dòng)機(jī)診斷/教育工具/合作學(xué)習(xí)/反饋/知識(shí)結(jié)構(gòu)、表示／教學(xué)策略／學(xué)生建模／Web-basedITSITS2000網(wǎng)絡(luò)的培訓(xùn)/教學(xué)策略/學(xué)生建模/學(xué)習(xí)環(huán)境/教學(xué)設(shè)計(jì)/智能多媒體與超媒體/智能遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)/教育評(píng)價(jià)/分布式學(xué)習(xí)環(huán)境/合作系統(tǒng)/認(rèn)知方法/編著工具/基于代理系統(tǒng)/系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ITS2002交互式媒體/可視化/代理/XML/超媒體研究發(fā)展趨勢(shì)國(guó)家教育部（1998年10月）：3個(gè)層次：一、以58應(yīng)用現(xiàn)狀雖然ITS系統(tǒng)由于能夠通過計(jì)算機(jī)模擬人類最優(yōu)秀教師實(shí)現(xiàn)個(gè)別化的最佳教學(xué)模式，從而公認(rèn)為是人類社會(huì)21世紀(jì)人類教育的發(fā)展方向，有關(guān)研究文獻(xiàn)和學(xué)術(shù)水平也相對(duì)成熟，計(jì)算機(jī)價(jià)格/性能直線下降，人類社會(huì)目前將計(jì)算機(jī)用于教育主要仍然是基于計(jì)算機(jī)的教育（Computer-BasedIn