第六章人工智能與教育信息技術(shù)教育應(yīng)用

信息技術(shù)教育應(yīng)用第六章人工智能與教育本章主要知識(shí)點(diǎn)：

人工智能技術(shù)的概念、發(fā)展史、分類(lèi)人工智能的研究領(lǐng)域智能計(jì)算機(jī)輔助教育系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型第六章人工智能與教育6.1人工智能概述6.1.1

概念：主要研究用人工的方法和技術(shù)，模仿、延伸和擴(kuò)展人的智能,實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能。圖靈測(cè)試6.1.2

簡(jiǎn)史：第一個(gè)階段（1956年以前）：孕育時(shí)期第二個(gè)階段（1956－1970）形成期第三個(gè)階段（1970～）發(fā)展期第六章人工智能與教育6.1.3

分類(lèi)：符號(hào)智能、計(jì)算智能符號(hào)智能是以知識(shí)為基礎(chǔ)，通過(guò)推理進(jìn)行問(wèn)題求解。也即所謂的傳統(tǒng)人工智能。計(jì)算智能是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)訓(xùn)練建立聯(lián)系，進(jìn)行問(wèn)題求解。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊系統(tǒng)、進(jìn)化程序設(shè)計(jì)、人工生命等都可以包括在計(jì)算智能。第六章人工智能與教育IDSS(智能決策支持系統(tǒng))成功實(shí)例

東海漁業(yè)資源評(píng)估專家系統(tǒng)

以衛(wèi)星遙感漁業(yè)分析技術(shù)、海洋漁業(yè)服務(wù)地理信息系統(tǒng)技術(shù)和漁情分析專家系統(tǒng)技術(shù)為支撐的海洋漁業(yè)遙感信息與資源評(píng)估服務(wù)系統(tǒng)。第六章人工智能與教育2.工商行固定資產(chǎn)貸款風(fēng)險(xiǎn)決策系統(tǒng)

本系統(tǒng)是一個(gè)交互式系統(tǒng)，即在決策過(guò)程中向用戶提出一些需要以數(shù)字回答的問(wèn)題，界面簡(jiǎn)潔、友好。在人機(jī)對(duì)話過(guò)程中，系統(tǒng)需要用戶以數(shù)值形式輸入一些供決策用的參數(shù)，如企業(yè)經(jīng)營(yíng)者素質(zhì)評(píng)估，經(jīng)濟(jì)實(shí)力，資金結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展前景，信用等級(jí)系數(shù)，貸款金額，等等。同時(shí)給出一些選項(xiàng)供用戶選擇，如抵押貸款方式，保證貸款方式，信用貸款方式，以及貸款形態(tài)等。系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的信息計(jì)算出全部貸款資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重額，全部固定資產(chǎn)貸款資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)度，并結(jié)合企業(yè)的信用等級(jí)，給出評(píng)估圖表，最后給出貸款與否的建議。第六章人工智能與教育6.2人工智能的研究領(lǐng)域6.2.1人工智能框架圖第六章人工智能與教育6.2.2問(wèn)題求解求解難題的下棋（如國(guó)際象棋）程序把各種數(shù)學(xué)公式符號(hào)匯編在一起，其性能達(dá)到很高的水平，并正在為許多科學(xué)家和工程師所應(yīng)用。有些程序甚至還能夠用經(jīng)驗(yàn)來(lái)改善其性能。第六章人工智能與教育6.2.3邏輯推理與定理證明邏輯推理是人工智能研究中最持久的子領(lǐng)域之一。其中特別重要的是要找到一些方法，只把注意力集中在一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)中的有關(guān)事實(shí)上，留意可信的證明，并在出現(xiàn)新信息時(shí)適時(shí)修正這些證明。對(duì)數(shù)學(xué)中臆測(cè)的定理尋找一個(gè)證明或反證，確實(shí)稱得上是一項(xiàng)智能任務(wù)。為此不僅需要有根據(jù)假設(shè)進(jìn)行演繹的能力，而且需要某些直覺(jué)技巧。1976年7月，美國(guó)的阿佩爾（K.Appel）等人合作解決了長(zhǎng)達(dá)124年之久的難題──四色定理。他們用3臺(tái)大型計(jì)算機(jī)，花去1200小時(shí)CPU時(shí)間，并對(duì)中間結(jié)果進(jìn)行人為反復(fù)修改500多處。四色定理的成功證明曾轟動(dòng)計(jì)算機(jī)界。

第六章人工智能與教育6.2.4自然語(yǔ)言理解

自然語(yǔ)言處理是研究如何讓計(jì)算機(jī)理解人類(lèi)自然語(yǔ)言的一個(gè)研究領(lǐng)域。目前語(yǔ)言處理研究的主要課題是：在翻譯句子時(shí)，以主題和對(duì)話情況為基礎(chǔ)，注意大量的一般常識(shí)──世界知識(shí)和期望作用的重要性。語(yǔ)言翻譯語(yǔ)音理解第六章人人工智能與教教育自動(dòng)程序設(shè)計(jì)計(jì)程序設(shè)計(jì)是人人工智能的一一個(gè)重要研究究領(lǐng)域，已經(jīng)經(jīng)研制出能夠夠以各種不同同的目的描述述（例如輸入入／輸出對(duì)，，高級(jí)語(yǔ)言言描述，甚至至英語(yǔ)描述算算法）來(lái)編寫(xiě)寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序序。這方面的進(jìn)展展局限于少數(shù)數(shù)幾個(gè)完全現(xiàn)現(xiàn)成的例子。。對(duì)自動(dòng)程序序設(shè)計(jì)的研究究不僅可以促促進(jìn)半自動(dòng)軟軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)展，而而且也使通過(guò)過(guò)修正自身數(shù)數(shù)碼進(jìn)行學(xué)習(xí)習(xí)（即修正它它們的性能））的人工智能能系統(tǒng)得到發(fā)發(fā)展。第六章人人工智能與教教育6.2.6專家系統(tǒng)概念：一個(gè)具具有大量的專專門(mén)知識(shí)與經(jīng)經(jīng)驗(yàn)的程序系系統(tǒng)，它應(yīng)用用人工智能技技術(shù)與計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)，根據(jù)據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)個(gè)或多個(gè)專家家提供的知識(shí)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)進(jìn)行推理和判判斷，模擬人人類(lèi)專家的決決策過(guò)程，以以便解決那些些需要人類(lèi)專專家處理的復(fù)復(fù)雜問(wèn)題。簡(jiǎn)簡(jiǎn)而言之，專專家系統(tǒng)是一一種模擬人類(lèi)類(lèi)專家解決領(lǐng)領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)計(jì)算機(jī)程序系系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)：知識(shí)庫(kù)推理機(jī)答案專家知識(shí)輸入或提問(wèn)第六章人人工智能與教教育專家系統(tǒng)可以以解決的問(wèn)題題一般包括解解釋、預(yù)測(cè)、、診斷、設(shè)計(jì)計(jì)、規(guī)劃、監(jiān)監(jiān)視、修理、、指導(dǎo)和控制制等。發(fā)展專專家系統(tǒng)的關(guān)關(guān)鍵是表達(dá)和和運(yùn)用專家知知識(shí)，即來(lái)自自人類(lèi)專家的的并已被證明明對(duì)解決有關(guān)關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的典典型問(wèn)題是有有用的事實(shí)和和過(guò)程。在已經(jīng)建立的的專家咨詢系系統(tǒng)中，有能能夠診斷疾病病的（包括中中醫(yī)診斷智能能機(jī)），估計(jì)計(jì)潛在石油等等礦藏的，研研究復(fù)雜有機(jī)機(jī)化合物結(jié)構(gòu)構(gòu)的以及提供供使用其他計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的的參考意見(jiàn)等等。第六章人人工智能與教教育新一代專家系系統(tǒng)的特征：：并行技術(shù)與分分布處理多專家系統(tǒng)協(xié)協(xié)同工作高級(jí)語(yǔ)言和知知識(shí)語(yǔ)言描述述具有自學(xué)習(xí)功功能引入新的推理理機(jī)制具有自糾錯(cuò)和和自我完善能能力先進(jìn)的智能人人機(jī)接口分布專家系統(tǒng)統(tǒng)：要解決功功能分布、知知識(shí)分布、接接口設(shè)計(jì)、系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式等問(wèn)問(wèn)題。協(xié)同式專家系系統(tǒng)：要解決決任務(wù)的分解解、公共知識(shí)識(shí)的導(dǎo)出、““討論”方式式、裁決問(wèn)題題、驅(qū)動(dòng)方式式等問(wèn)題。第六章人人工智能與教教育機(jī)器學(xué)習(xí)概念：是一門(mén)門(mén)研究機(jī)器獲獲取新知識(shí)和和新技能，并并識(shí)別現(xiàn)有知知識(shí)的學(xué)問(wèn)。。機(jī)器學(xué)習(xí)的策策略：機(jī)械學(xué)學(xué)習(xí)、通過(guò)傳傳授學(xué)習(xí)、類(lèi)類(lèi)比學(xué)習(xí)和通通過(guò)事例學(xué)習(xí)習(xí)。第六章人人工智能與教教育人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)生理神經(jīng)元的的組成結(jié)構(gòu)圖圖生理神經(jīng)元的的功能：時(shí)空空整合功能、、興奮與抑制制狀態(tài)、脈沖沖與電位轉(zhuǎn)換換、神經(jīng)纖維維傳導(dǎo)速度、、突觸延時(shí)和和不應(yīng)期、學(xué)學(xué)習(xí)、遺忘和和疲勞人工神經(jīng)元的的組成：用處處理單元模擬擬生理神經(jīng)元元，用有向弧弧模擬軸突－－－突觸－－－樹(shù)突對(duì)。有有向弧的權(quán)值值表示兩處理理單元間相互互作用的強(qiáng)弱弱。常用的人工神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：反反向傳遞網(wǎng)（（BP網(wǎng)）等。第六章人人工智能與教教育機(jī)器人學(xué)這個(gè)領(lǐng)域所研研究的問(wèn)題，，從機(jī)器人手手臂的最佳移移動(dòng)到實(shí)現(xiàn)機(jī)機(jī)器人目標(biāo)的的動(dòng)作序列的的規(guī)劃方法，，無(wú)所不包。。智能機(jī)器人的的研究和應(yīng)應(yīng)用體現(xiàn)出出廣泛的學(xué)科科交叉，涉及及眾多的課題題，如機(jī)器人人體系結(jié)構(gòu)、、機(jī)構(gòu)、控制制、智能、視視覺(jué)、觸覺(jué)、、力覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)覺(jué)、機(jī)器人裝裝配、惡劣環(huán)環(huán)境下的機(jī)器器人以及機(jī)器器人語(yǔ)言等。。機(jī)器人已在在各種工業(yè)、、農(nóng)業(yè)、商業(yè)業(yè)、旅游業(yè)、、空中和海洋洋以及國(guó)防等等領(lǐng)域獲得越越來(lái)越普遍的的應(yīng)用。第六章人人工智能與教教育模式識(shí)別“模式”（Pattern）：指供供模仿的標(biāo)本本。模式識(shí)別就是是指識(shí)別出給給定物體所模模仿的標(biāo)本。。人工智能所研研究的模式識(shí)識(shí)別是指用計(jì)計(jì)算機(jī)代替人人類(lèi)或幫助人人類(lèi)感知模式式，是對(duì)人類(lèi)類(lèi)感知外界功功能的模擬，，研究的是計(jì)計(jì)算機(jī)模式識(shí)識(shí)別系統(tǒng)，也也就是使一個(gè)個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)具有模擬人人類(lèi)通過(guò)感官官接受外界信信息、識(shí)別和和理解周?chē)h(huán)環(huán)境的感知能能力。在模式識(shí)別領(lǐng)領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)方法已經(jīng)經(jīng)成功地用于于手寫(xiě)字符的的識(shí)別、汽車(chē)車(chē)牌照的識(shí)別別、指紋識(shí)別別、語(yǔ)音識(shí)別別等方面。第六章人人工智能與教教育機(jī)器視覺(jué)在人工智能中中研究的感知知過(guò)程通常包包含一組操作作。例如，可可見(jiàn)的景物由由傳感器編碼碼，并被表示示為一個(gè)灰度度數(shù)值的矩陣陣。這些灰度度數(shù)值由檢測(cè)測(cè)器加以處理理。檢測(cè)器搜搜索主要圖像像的成分，如如線段、簡(jiǎn)單單曲線和角度度等。這些成成分又被處理理，以便根據(jù)據(jù)景物的表面面和形狀來(lái)推推斷有關(guān)景物物的三維特性性信息。機(jī)器視覺(jué)的前前沿研究領(lǐng)域域包括實(shí)時(shí)并并行處理、主主動(dòng)式定性視視覺(jué)、動(dòng)態(tài)和和時(shí)變視覺(jué)、、三維景物的的建模與識(shí)別別、實(shí)時(shí)圖像像壓縮傳輸和和復(fù)原、多光光譜和彩色圖圖象的處理與與解釋等。機(jī)機(jī)器視覺(jué)已在在機(jī)器人裝配配、衛(wèi)星圖像像處理、工業(yè)業(yè)過(guò)程監(jiān)控、、飛行器跟蹤蹤和制導(dǎo)以及及電視實(shí)況轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)播等領(lǐng)域獲獲得極為廣泛泛的應(yīng)用。第六章人人工智能能與教育智能控制智能控制是是驅(qū)動(dòng)智能能機(jī)器自主主地實(shí)現(xiàn)其其目標(biāo)的過(guò)過(guò)程。智能控制的的核心在高高層控制，，即組織級(jí)級(jí)控制。其其任務(wù)在于于對(duì)實(shí)際環(huán)環(huán)境或過(guò)程程進(jìn)行組織織，即決策策和規(guī)劃，，以實(shí)現(xiàn)廣廣義問(wèn)題求求解。已經(jīng)提出的的用以構(gòu)造造智能控制制系統(tǒng)的理理論和技術(shù)術(shù)有分級(jí)遞遞階控制理理論、分級(jí)級(jí)控制器設(shè)設(shè)計(jì)的熵方方法、智能能逐級(jí)增高高而精度逐逐級(jí)降低原原理、專家家控制系統(tǒng)統(tǒng)、學(xué)習(xí)控控制系統(tǒng)和和基于NN的控制系系統(tǒng)等。目前研究得得較多的是是以下６個(gè)個(gè)方面：智智能機(jī)器人人規(guī)劃與控控制、智能能過(guò)程規(guī)劃劃、智能過(guò)過(guò)程控制、、專家控制制系統(tǒng)、語(yǔ)語(yǔ)音控制以以及智能儀儀器。第六章人人工智能能與教育智能檢索搜索方式:(是否使用用啟發(fā)式信信息)啟發(fā)式搜索索、盲目目搜索(問(wèn)題的表表示方式)狀態(tài)空空間搜索、、與/或或樹(shù)搜索搜索策略：：寬度優(yōu)先搜搜索：沿著樹(shù)的寬寬度遍歷樹(shù)樹(shù)的節(jié)點(diǎn)，，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)目標(biāo)，則則算法中止止。屬于盲盲目搜索。。深度優(yōu)先搜搜索：沿著著樹(shù)的最大大深度方向向生成節(jié)點(diǎn)點(diǎn)并與目標(biāo)標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行行比較，只只有當(dāng)上次次訪問(wèn)的節(jié)節(jié)點(diǎn)不是目目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，，而且沒(méi)有有其他節(jié)點(diǎn)點(diǎn)可以生成成的時(shí)候，，才轉(zhuǎn)到上上次訪問(wèn)節(jié)節(jié)點(diǎn)的父節(jié)節(jié)點(diǎn)，然后后搜索該節(jié)節(jié)點(diǎn)的其他他子節(jié)點(diǎn)。。因此深度度優(yōu)先搜索索也稱為回回溯搜索。。它既不是是完備的，，也不是最最優(yōu)的。第六章人人工智能能與教育迭代加深搜搜索：對(duì)深度優(yōu)先先搜索進(jìn)行行了一定改改進(jìn)，對(duì)搜搜索樹(shù)的深深度進(jìn)行控控制，即有有界深度優(yōu)優(yōu)先搜索。。但是深深度限制值值d的選取取是一個(gè)問(wèn)問(wèn)題，因此此試圖嘗試試所有可能能的深度限限制，即在在找到目標(biāo)標(biāo)之前，通通過(guò)迭代不不斷增大d以保證完完備性和最最優(yōu)性。啟發(fā)式OR圖搜索算算法AND-OR圖啟發(fā)發(fā)式搜索約束滿足搜搜索第六章人人工智能能與教育智能代理概念：代表表用戶或其其他程序以以主動(dòng)服務(wù)務(wù)的方式完完成一組操操作的機(jī)動(dòng)動(dòng)計(jì)算實(shí)體體。特性：自治治性、社會(huì)會(huì)性、反應(yīng)應(yīng)性、能動(dòng)動(dòng)性多Agent系統(tǒng)：：Agent之間的的協(xié)作、對(duì)對(duì)環(huán)境的適適應(yīng)基于MAS的信息檢檢索系統(tǒng)：：自動(dòng)搜索索引擎可自自動(dòng)發(fā)現(xiàn)新新信息并對(duì)對(duì)其進(jìn)行自自動(dòng)分類(lèi)、、自動(dòng)索引引和自動(dòng)摘摘要，并能能進(jìn)行模糊糊檢索、概概念檢索等等。第六章人人工智能能與教育6.3人工智能教教育應(yīng)用6.3.1人工智能應(yīng)應(yīng)用概述智能輔助教教學(xué)系統(tǒng)的的組成部分分：具有教教學(xué)決策模模塊、學(xué)生生模型模塊塊和自然語(yǔ)語(yǔ)言接口功能：了解學(xué)生的的學(xué)習(xí)能力力、認(rèn)知特特點(diǎn)和當(dāng)前前知識(shí)水平平能根據(jù)學(xué)生生的不同特特點(diǎn)選擇最最適當(dāng)?shù)慕探虒W(xué)內(nèi)容和和教學(xué)方法法，并可對(duì)對(duì)學(xué)生進(jìn)行行有針對(duì)性性的個(gè)別指指導(dǎo)。允許學(xué)生用用自然語(yǔ)言言與“計(jì)算算機(jī)導(dǎo)師””進(jìn)行人機(jī)機(jī)對(duì)話。教育技術(shù)中中涉及人工工智能的領(lǐng)領(lǐng)域：知識(shí)識(shí)的表示和和訪問(wèn)、對(duì)對(duì)學(xué)生錯(cuò)誤誤的自動(dòng)診診斷、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)智能超媒媒體教學(xué)系系統(tǒng)。第六章人人工智能能與教育6.3.2智能計(jì)算機(jī)機(jī)輔助教育育ICAI設(shè)設(shè)計(jì)模型：：學(xué)生記錄模塊專家系統(tǒng)模塊教學(xué)模塊人機(jī)接口界面用戶第六章人人工智能能與教育ICAI與與CAI的的區(qū)別：將將教學(xué)策略略從被教授授的課程知知識(shí)中分離離，但是從從教育計(jì)劃劃中分離課課程領(lǐng)域知知識(shí)，需要要一種數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)組組織那些能能表達(dá)各類(lèi)類(lèi)問(wèn)題的特特征和各課課程間相互互關(guān)系的專專業(yè)知識(shí)。。智能導(dǎo)師系系統(tǒng)：人工工智能在教教育領(lǐng)域的的最初應(yīng)用用，結(jié)合虛虛擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)，現(xiàn)在在在人機(jī)界界面方面有有了很多改改進(jìn)，同時(shí)時(shí)借助于多多代理系統(tǒng)統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，，在教學(xué)策策略方面也也有了許多多變化。第六章人人工智能能與教育智能導(dǎo)師系系統(tǒng)實(shí)例ADELE智能導(dǎo)師師南加利福尼尼亞大學(xué)信信息科學(xué)學(xué)學(xué)院的一研研究中心開(kāi)開(kāi)發(fā)，可通通過(guò)遠(yuǎn)距離離網(wǎng)絡(luò)對(duì)學(xué)學(xué)習(xí)者予以以指導(dǎo)，主主查關(guān)于醫(yī)醫(yī)學(xué)方面的的教學(xué)，它它采用一個(gè)個(gè)模擬的環(huán)環(huán)境促使學(xué)學(xué)生在該環(huán)環(huán)境中解決決問(wèn)題。組成成部部分分：：解解釋釋引引擎擎、、運(yùn)運(yùn)行行在在獨(dú)獨(dú)立立窗窗口口的的逼逼真真角角色色