（教育技术学专业论文）基于agent的智能教学系统的研究与实现.pdf

摘要 人工智能技术应用于网络教学系统当中，改变了传统的教育模式和教学方 法，并且对教育理念的发展也起到了一定的推动作用。智能网络教学系统为学习 者提供了丰富的教学资源和便捷、优良、高效的学习环境，有着巨大的发展潜力 和广阔的应用前景。 基于a g e n t 的智能教学系统是面向高等教育学生的智能教学系统。学生可以 使用本系统进行个性化学习，系统可以模拟教师对学生进行个别指导、测试。智 能教学系统为学生提供一个灵活的、个性化的、交互式的、智能化的学习环境。 该系统模型经过测试和验证，效果比较理想。 本文主要做了如下几方面的研究工作：( 1 ) 分析现有的网络教学系统，总结 出了现在使用的网络教学系统存在的一些主要的问题和不足，根据智能网络教学 系统的发展趋势和所面对学生的应用要求，提出了一种基于a g e n t 的智能网络教 学系统模型；( 2 ) 认真地研究分析了现代教学理论和相关的计算机应用技术，如 人工智能、网络技术、a g e n t 技术，设计了交互式的具有个性化学习功能的智能 教学模型和学习环境；( 3 ) 给出了基于a g e n t 的智能教学系统的模块的划分，并 分析了模块的主要功能；( 4 ) 在n e t 平台上，利用s q ls e r v e r 数据库系统和 c # 作为开发语言设计实现了一个原型系统。 关键字：a g e n t 个性化学习智能教学系统n e t 平台 a b s t r a c t a r t i f i c i a li n t e l l i g e n tt e c h n o l o g yu s e di nn e t w o r kt e a c h i n gs y s t e mh a sc h a n g e d t r a d i t i o n a le d u c a t i o nm o d e sa n dt e a c h i n gm e t h o d s ，a n dc a u s e sad r i v i n ge f f e c to n d e v e l o p m e n to fe d u c a t i o n a lt h o u g h t s i n t e l l i g e n tn e t w o r kt e a c h i n gs y s t e ms u p p l i e s a b u n d a n tt e a c h i n gs o u r c e sa n dc o n v e n i e n t , e m i n e n ta n dh i 曲l ye f f e c t i v el e a r n i n g c i r c u m s t a n c ef o rl e a r n e r s i th a sg r e a td e v e l o p i n gp o t e n t i a la n dw i d ea p p l i e df u t u r e i n t e l l i g e n tt e a c h i n gs y s t e mb a s e do na g e n tf o rh i g h e re d u c a t i o n i sa ni n t e l l i g e n t t e a c h i n gs y s t e m s t u d e n t sc a n d oi n d i v i d u a l i z e ds t u d yt h r o u g ht h i ss y s t e mw h i c hc a n s i m u l a t et e a c h e r st oc o n d u c tt u t o r i a la n dt e s t i n g i n t e l l i g e n tt e a c h i n gs y s t e ms u p p l i e sa f l e x i b l e ，i n d i v i d u a l i z e d ，i n t e r a c t i n ga n di n t e l l e c t u a l i z e dl e a r n i n gc i r c u m s t a n c e t h e m o d e lo f t e a c h i n gs y s t e mw a st e s t e dt ob ew e l lu s e d t h i sa r t i c l em a i n l ym a k e ss o m er e s e a r c h e so nt h ef o l l o w i n g ：i a n a l y z e sp r e s e n t n e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m ，s u m m a r i z e st h ep r o b l e m sa n dd e f i c i e n c i e so ft h en e t w o r k t e a c h i n gs y s t e mu s e dn o w , p u t sf o r w a r dam o d e lo fi n t e l l i g e n tn e t w o r kt e a c h i n g s y s t e mb a s e do na g e n t ，a c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p i n gt r e n do fi n t e l l i g e n tn e t w o r k t e a c h i n gs y s t e ma n ds t u d e n t s a p p l i c a t i o nn e e d s ；2 s e r i o u s l ys t u d i e sa n da n a l y z e s m o d e r nt e a c h i n gt h e o r ya n di t sr e l a t e da p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yo nc o m p u t e r s ，f o r e x a m p l e ，a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，n e t w o r kt e c h n o l o g y , a g e n tt e c h n o l o g ya n dd e s i g na n i n t e l l i g e n tt e a c h i n gm o d e lw i t hi n t e r a c t i n gw a ya n di n d i v i d u a l i z e dl e a r n i n gf u n c t i o n ； 3 i n t r o d u c e s t h em o d u l ep a r t i t i o no f i n t e l l i g e n tt e a c h i n gs y s t e mb a s e do na g e n ta n d a n a l y z e sm a i nf u n c t i o n sf o re a c hm o d u l e ；4 o nt h ep l a t f o r mo f n e t ，d e s i g n sa n d r e a l i z e sa na r c h e t y p a ls y s t e mt h r o u g hd a t as y s t e mo fs q ls e r v e ra n dc 拌l a n g u a g e k e yw o r d s ：a g e n t i n d i v i d u a l i z e d l e a r n i n g i n t e l l i g e n tt o u r i n gs y s t e m n e tp l a t f o r m 2 独创性声明 本人卢明所早交的论文是我个人在导师指导f 进行的研究j ：作及取得的研究成果。尽我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得苤鲞竖整盘堂或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 学位论文版权使用授权书 本人完全了解天津师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 日期： 1 1 课题的研究背景 第一章绪论 随着网络技术的飞速发展，网络在教育领域中的应用越来越广泛。网络应用 于教育领域，使教育信息的传播方式发生了改变，从而促使教育理念、教育模式、 教学方法等发生了极大的改变：网络应用于教育领域，不仅给人们提供了大量便 捷的学习机会、丰富的教学环境和教学资源，而且使学习活动更加自主化、个性 化：网络应用于教育领域，使传统的教学时空被打破，教学内容和教学体系的更 新步伐将日益加快。另外，随着i n t e r n e t 技术及其向宽带、高速、多媒体化方 向的快速发展，硬件、软件方面的优势将逐渐弱化，教育资源的优势必将越来越 重要，最终将成为决定网络教育成败的关键所在。而网络课程是教育资源非常重 要的组成部分。【1 1 1 1 1 我国网络教学的现状 网络课程的建设已引起我国教育部门和教育专家、学者的广泛关注，进行了 大量的研究、实践，并取得了一些阶段性的成果。 2 】 1 政策现状 教育部给予政策上的支持。教育部于1 9 9 9 年启动新世纪网络课程建设工程， 用面向2 1 世纪教育振兴行动计划中“现代远程教育资源建设项目”的经费， 重点支持若干所高等学校网络教育学院的网络课程建设和应用，并实现资源共 享。新世纪网络课程建设工程将几年之内，重点规划建设了2 0 0 门左右基础性的 网络课程。该工程的第一批项目已经完成，第二批项目已启动。 2 研发现状 研究工作取得了阶段性的成果。在教育部召开教育部启动新世纪网络课程建 设工程研讨会上，与会专家讨论了网络课程建设的理论基础、原则、技术规范、 方法等，提出了现代远程教育资源建设技术规范( 试行稿) ，为课程的开发提 供了一个方向。在实践方面，3 l 所高校的网络学院和各中小学网校都在积极开发 网络课程，但是开发网上课程时，出现了很多的问题。首先，教师与课程开发脱 节，教师主要负责网上课程教材的编写工作，而网上课程的建设则是技术人员的 事情；其次，网络课程技术层次比较低，仅限于对课程资料和课件链接的简单罗 列，而没能实现教学中的师生互动和评价环节。 3 应用现状 基于a g e n t 的智能教学系统的研究与实现 按照金伯格( g i n s b u r g ，1 9 9 8 ) 等人的分法，网络课程可以分为三代：第一代是 通过网页给学习者提供教学材料和有关资料，以及与其他的有关教育网连接；第 二代是除了在网上提供学习材料外，还要求学习者通过电子邮件、电子公告栏、 网上练习和测量进行异步双向交流；第三代是除了第一代、第二代外，还要求通 过网上交谈室、电话会议、视频会议或m u d s ( m o o s ) 系统进行同步双向交流。 当前世界网络课程已正向第三代发展。我国的网络课程大部分处于第一代或第二 代，基于网络课程教学的效果也并不是很理想，大部分高校网络学院都在其他省、 市开办教学点，部分沿用传统课堂教学来提高教学效率。 1 1 2 我国网络教学存在的问题 目前，国内高校一般都建有良好的校园网环境，为开展网络教学提供了必要 的硬件基础。然而，不少现有网络教学系统却没能充分利用和发挥这些资源应有 的特色和优势，在教学模式、系统模型和开发技术上都还存在着较大的缺陷。主 要包括：( 1 ) 智能性较差，对不同基础不同要求的学生和不同课程采用相同的教学 策略，不能根据学生的认知水平和自主学习情况自动调整教学策略；( 2 ) 缺乏共 享和协作机制，网络课程、多媒体课件、作业提交与批改系统、考试系统、教师 网页等教学模块往往自成体系，不利于知识的共享与协作：( 3 ) 缺乏推理机制和学 生模型的支持，不能确定学生的知识水平和认知特点，不能根据学生的意愿和理 解能力去提供适合该生的学习材料并做出针对性的指导，即不能很好的做到因材 施教：( 4 ) 缺乏对学生自主学习过程、学习进度、学习效果的有效监控和合理评 价：( 5 ) 缺乏对学生学习情绪的感知和识别，不具备情绪教学的功能。 一方面，上述缺陷的存在对智能网络教学系统的深入发展和广泛应用带来了 较大障碍。另一方面，计算机技术、多媒体技术、网络技术、n e t 技术、人工智 能技术和人工情感技术等信息技术的发展又为解决上述问题提供了一定的技术 条件。因此，深入探索网络教学环境下的教育理念、教学模式和教学方法，充分 利用现有信息技术成果，研究更加先进的智能网络教学模型，不仅可行，而且也 是智能网络教学系统研究、开发和应用中的一项重要内容。 1 2 智能教学系统国内外研究现状 计算机用于教育的研究，是从本世纪5 0 年代开始的。在5 0 年代，计算机应用 于教育的主要特点是线性程序( 1 i n e a rp r o g r a m s ) ，程序提供一系列步骤使学生 逐渐接近目标。到6 0 年代，引入了分支程序的概念( b r a n c h i n gp r o g r a m s ) ，学生 能够在一定程序上决定学习的路径，从而可以有限地自主选择一未知的、有用的 内容进行学习，为( 程序的) 个性化教学提供了可能。至, j t t o 年代，计算机用于教 育的进展则是实现了教学材料的自动生成( g e n e r a t i v ep r o g r a m ) ，习惯上称为生 2 成系统，即由计算机生成问题及其解答，并对学生的回答作出有限的评价。几乎 与此同时，智能教学系统( i n t e l l i g e n tt u t o r i n gs y s t e m ，i t s ) 作为一个新概念 形成了。其后。i t s 的研究进入了全面展开的时期，人们就i t s 中的主要问题进行 了较为深入的研究，其不少研究成果主要是在这一时期取得的。这一时期i t s 的 研究受人工智能研究的影响较大。进入9 0 年代以后，随着计算机软硬件功能的提 高，计算机处理问题的能力的提高，如图像界面的处理工作、工业领域复杂过程 的模拟、视频教学的出现等，使得人们对i t s 的研究思路发生了变化。这一时期， 多媒体i t s 发展很快，同时认知理论的发展、关于学习过程的研究成果对i t s 也有 较大贡献。近几年来，由于i n t e r n e t 的飞速发展，给i t s 的发展带来了新的生机。 i n t e r n e t 中的网上教学、资源共享、实时交互、超媒体等技术将给i t s 及传统教 育带来新的变革。i 3 】 国外对i t s 的研究较多，最为活跃的是美国，此外，欧洲、日本、加拿大等 国家也纷纷投入人力、物力和财力从事i t s 的研究。研究工作主要在大学和军方 进行，美国一些知名的大学如s t a n f o r d ，m i t ，m e m p h i s ，c a r n e g i e - m e l l o n ， j o h n s h o p k i n s ，c a l i f o r n i a 等都在进行这方面的研究工作，开发出了一些智能 相对较高的应用i t s 软件。建立了内容丰富的智能化教育网站。美国国家科学基 金会( n s f ) 资助总数达0 2 2 5 亿美元基金，以进行人类学习和创造的学习和智能系 统( l e a r n i n ga n di n t e l l i g e n c e ) 的研究。m e m p h i s 大学开发研究了1 5 年的t u t o r 系统，通过a i 、认知科学和复杂系统的研究，该系统能够进行不同学科的教学。 系统能够对学生的问题适当反应，由计算机进行提示和暗示。t u t o r 不通过多项 选择就能够根据对问题的键入和口头反应进行决策，对可能产生的语法或语义不 正确的语言进行解释等。表1 1 是历史上一些典型的i t s 系统。 表1 1 典型i t s 系统 i t s 系统名称开发者 开发时间( 年) 教学领域关键i t s 技术 s c h o l a rc a r b o n e u ，1 9 7 0 地理学自然语言对话 处理 w h y s t e v e n s ，c o l l i n s 1 9 7 7 气象学 对话教学 s o p h mb r o w n 卫u r t o n1 9 7 7 电子学自然语言接 口、黑箱法 w u s o rg o l d s t e n1 9 7 9 游戏策略覆盖体系结构 g u 玎) o nc l a n c e y1 9 8 1 传染病学专家系统，白 箱法 w e s tb u r t o n 1 9 8 1 游戏策略基于范例的教 学、教练 b u g g y r o w n ，v a n l e h n 1 9 8 2 算术不正确知识表 不 d e b u g g y b u r t o n , v a n l e h n 1 9 8 2 算术离线对话 s t e a m e rs t e v e n s h o l l a n1 9 8 3 海军锅炉设计模拟，智 力模型 l m ss l e e m a n1 9 8 4 几何学 错误产生式规 则 m e n o w o o l f1 9 8 4 气象学编程对话管理 p r o u s t j o h n s o n 1 9 8 4 编程技术意图诊断 a c t pa n d e r s o n1 9 8 4l i s p 语言辅导认知 建模 s i e r r an l e h n1 9 8 7 算术错误描述 s h e r io c k l e s g o l d ，k a t z 1 9 9 1 电子学认知学生模型 国内i t s 研究起步较晚，早期的研究工作主要集中在一些大学和研究机构， 且经过严格评测的实用系统较少。最近几年则发展较快，有很多科研机构开始进 行i t s 的研究开发工作，一些计算机公司也投入到教育软件的开发中来，国家教 委成立了专门的机构以推动计算机在教育中的应用。教育网站建设发展很快。特 别是随着i n t e r n e t 技术的发展与普及，国内的现代远程教育迅猛发展，国家教育 部考试中心于1 9 9 9 年开通了“全国高等教育自学考试答疑网络”，在远程教育方 面进行了成功的探索。现代远程教育继续扩大试点，“网络大学”近年快速发展。 我国的现代远程教育的迅猛发展，必将大力推动基于远程教育的i t s 发展。 为贯彻面向2 l 世纪教育振兴行动计划精神，实现教育部提出的“远程教 育要跨越式发展”的要求，2 0 0 0 年秋季北京大学现代远程教育在1 3 个省( 市) 1 5 个教学中心扩大试点，在办好原有专业本科学历教育的基础上新开设一个研究生 进修班，为社会各类在职人员创造了更高层次的求学深造机会。2 0 0 1 年北京大学 现代远程教育继续扩大招生，学生可参加全国成人高等教育统一入学考试，也可 参加由学校自己命题组织的入学考试。其办学层次分为硕士、本科和专升本，所 涉及的专业包括国际经济与贸易、金融学和法学。清华大学目前采用卫星数字广 播、计算机互联网和有线电视网三网互补的远程教学传输手段，利用v s a t i s d n 视频会议系统、可视电话等实时交互手段，利用计算机互联网的e m a i l ，b b s 作为 非实时交互手段完成课堂讨论、答疑。学员可根据当地站点的情况采取到站点集 中收视或利用计算机网络、利用有线电视网等方式进行学习。 1 3 智能网络教学系统的需求分析 1 3 1 高等教育网络教学系统存在的问题 当前，高等教育中大量使用现代教育技术，计算机辅助教育、多媒体、网络 4 基于a g e n t 的智能教学系统的研究与实现 教学都已经应用于日常的教学当中。【4 】但是，还有一些问题没有得到很好的解决， 存在的问题如下：在网络资源建设中片面强调课件开发，而忽视包括支撑网络教 学与管理的智能平台以及整个网络课程资源和环境的建设；网络远程教育资源的 数量和丰富程度依然不能满足教与学的实际需要；网络远程教育资源的教学设计 和开发不够，特色不充分，特别是在如何适应自主学习和协作学习、研究探索型 学习和问题解决型学习等创新的教学模式和培养学生创新精神和实践能力方面 的研究成果和实践进步不明显。 1 3 2 人工智能技术应用于网络教学 人工智能自1 9 5 6 年问世以来取得了较大的进展，并正在引起越来越多的重 视，它的基础研究如知识表示、知识获取、推理方法、机器学习等，取得了一定 成果，近二十年来在应用研究方面成绩显著，如专家系统和带有智能型的控制已 广泛应用于工业、农业、军事、医学、商业、经济、管理、教育等。纠 专家系统( e x p e r ts y s t e m ) 是人工智能应用研究的一个重要领域，它实现了 人工智能从理论研究走向实际应用，从一般思维方法探讨转入专门知识运用的重 大突破。【6 】自从1 9 6 5 年第一个专家系统d e n d r a l 在美国斯坦福大学问世以来，经 过2 0 年的研究开发，到8 0 年代中期，各种专家系统己遍布各个专业领域，取得了 很大的成功。专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域 专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领 域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它 应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经 验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处 理的复杂问题。专家系统具有如下3 个特点1 7 j 。 ( 1 ) 启发性。专家系统能运用专家的知识与经验进行推理、判断和决策。世 界上大部分工作和知识都是非数学性的，只有- - 4 , 部分人类活动是以数学公式或 数字计算为核心的( 约占8 ) 。 ( 2 ) 透明性。专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以 便让用户能够了解推理过程，提高对专家系统的依赖感。 ( 3 ) 灵活性。专家系统能不断地增长知识，修改原有知识，不断更新。 1 3 3 智能教学系统 i t s ( i n t e l l i g e n c et u t o r i n gs y s t e m ) 是以认知科学为理论基础，综合利用 人工智能技术、教育心理学、计算机科学等多门学科的成果而形成的一种对学生 实施有效教学的技术。i t s 系统的智能性主要表现为： 8 1 1 、i t s 系统区别对待不同的学生，注重一对一的师生关系( t u t o r i n g ) ，讲究 董王垒g ! 堕笪塑丝塾堂墨丝塑盟塞皇塞塑 根据不同学生的认知特点进行个性化教学，实现“因材施教”。 2 、系统具有一定的自主性，动态了解学生的学习状态，根据学生的水平和学 习情况选择和调整学习内容和进度，系统自动生成各种问题和联系，在理解教学 内容的基础上自动解决问题并生成答案。 3 、系统具有一定的智能性，以最佳的方式组织教学。系统可以诊断学生的学 习错误，分析原因并采取纠正措施，能自动评价学生的学习行为，不断改善教学 策略等等。 从上述分析可知，在高等教育教学中使用具有智能性的智能教学系统，将可 以有效地弥补其教育教学上的缺陷和不足，改善学生的学习效果，提高教学效率， 对高等教育具有极大的推动作用。 1 4 主要工作及本论文的章节安排 1 4 1 论文的主要工作 1 、通过对现有网络教学系统的研究分析，归纳出了现有网络教学系统存在 的一些主要缺陷，并根据未来智能网络教学系统的发展模式和应用需求，实现一 种基于a g e n t 的智能网络教学系统模型； 2 、通过对各种相关技术，如网络技术、人工智能技术、a g e n t 技术、多a g e n t 技术等的研究分析，并结合现代教育理念，采用多种技术相结合的系统构造方法， 设计了具有个性化教学和协作性学习功能的智能教学模型： 3 、给出基于a g e n t 的智能网络教学系统的组成和模块划分，并分析各模块的 主要功能； 4 、基于个性化教学和协作性学习的思想，在n e t 平台上，利用s q ls e r v e r 数据库系统和c # 语言等工具开发了一个原型系统。 1 4 2 论文的章节安排 本文共分六章。 第1 章对本课题的研究背景、目前国内外的研究现状和发展趋势以及本论文 的研究内容进行简要的概述。 第2 章讨论了相关的教学系统设计的理论和技术，包括人工智能技术、a g e n t 技术、n e t 技术等。 第3 章讨论了智能网络教学系统模型的设计。包括知识库、教学策略、推理 机制、教师模型和学生模型的设计。 第4 章讨论基于a g e n t 的学习环境，对各个a g e n t 的功能、多a g e n t 间的协作学 习、多a g e n t 之间的通信等方面做了详细地阐述。 6 基于a g e n t 的智能教学系统的研究与实现 第5 章以c 语言程序设计为例论述了智能网络教学系统的组成和模块划分， 在对各模块功能进行分析的基础上，利用n e t 平台、s o l s e r v e r 数据库系统和c # 语言等工具开发了一个原型系统。 第6 章总结与展望，本章对本论文的工作做了回顾和总结，归纳出了本论文 的主要工作，并对今后的进一步研究工作做了展望。 7 第二章相关的教学系统设计理论 网络课程是一种重要的网络教学资源，设计和开发网络课程都离不开教学 系统设计理论的指导，如何在网络课程开发中进行有效的教学系统设计是开展网 络教学的保障。【9 】 2 1 相关的教学系统设计理论 教学系统设计是以人类对传播与学习的研究作为主要理论基础并包括其他 相关的学科理论和研究成果为依据的，它是运用系统方法，分析教学过程的诸环 节和要素，确定并解决教学问题，实现教学最优化的现代化教学技术。 教学系统设计产生于2 0 世纪6 0 年代，自其产生的4 0 余年来，教学系统设计 的理论和方法都得到不断地丰富和发展。 “教学系统设计的最终目的是为了促进学习者的学习。”因此，进行科学 的教学系统设计，必须从了解学习的发生机制和学习的本质问题入手。教学系统 设计是架设于学习理论与教育教学实践之间的一座桥梁。纵观教学系统设计的发 展轨迹，可以清晰地看到学习理论对教学系统设计的影响最为深刻。每一次学习 理论的发展，都必然为教学系统设计带来巨大的触动和冲击。学习理论的发展大 致可以分为行为主义学习理论、认知广义学习理论、建构主义学习理论和人本主 义学习理论等，所以相应地出现了基于行为主义的教学系统设计理论、基于认知 主义的教学系统设计理论、基于建构主义的教学系统设计理论和基于人本主义的 教学系统设计理论。 1 基于行为主义的教学系统设计理论 以桑代克( t h o r n d i k e ) 、华生( w a t s o n ) 和斯金纳( s k i n n e r ) 为代表的行为主 义心理学家通过一系列动物实验，推演得出学习是形成刺激与反应之间联结的过 程。因此，“刺激一反应”是行为主义学习理论的核心。由于这种学习理论强 调外部刺激的作用，并可以通过行为目标来检测和控制学习的结果，因此，基于 行为主义的教学系统设计关注任务的分析和学习目标的确定。学习目标要明确、 具体：任务要细化，要与学习目标对应，以使学习者能够有效地达到预先设定的 学习目标。 2 基于认知主义的教学系统设计理论 由于行为主义学习理论只是将学习者看作“黑箱”，即只强调外部刺激的 作用而忽视学习者内部心理过程的作用，所以这种学习理论运用于教学实践具有 很大的局限性。以布鲁纳( b r u n e r ) 、加涅( g a g n e ) 为代表的认知主义心理1 0 学家 薹王垒g 型笪堡丝墼堂丕丝堕婴壅量塞墨 认为学习不仅仅是刺激与反应之间的简单联结，而是一种积极主动的内部加工的 过程。因此，认知主义学习理论不仅重视学习者的外部刺激与外显的反应行为， 而且重视学习者的内部心理过程的作用。人的学习是包括就同层级的，不同类型 的学习需要不同的外部条件和内部条件的支持。因此，基于认知主义的教学系统 设计不仅关注学习目标的设置和明确陈述，而且注重学习类型的划分、内部条件 和外部条件的设计。 3 基于建构主义的教学系统设计理论 不管行为主义学习理论还是认知主义学习理论都认为知识是外部客观世界 的真实反映，学习是获取科学、客观知识的过程。因此，基于行为主义的教学系 统设计和基于认知主义的教学系统设计都认为教学是传授客观知识的过程，教学 结果是可以预先规定的，复杂的知识可以分解成若干简单的知识，针对这些知识 进行精密的设计。以皮亚杰( p i a g e t ) 、维果斯基( v y g o t s k i a n ) 为代表的建构主义 心理学家则认为知识并不是真实的“客观存在”，学习是自我建构知识的过程。 由于学习者认知结构和文化背景存在差异，所以知识在学习者头脑中建构的意义 也截然不同。基于建构主义的教学系统设计强调以学生为中心；强调“情境”对 意义建构的重要作用：强调协作学习的设计：强调信息资源和学习环境的设计。 4 基于人本主义的教学系统设计理论 人本主义反对行为主义和认知主义将人的认识与情感割裂开来加以分析的 做法，主张探讨完整的人( 包括行为表现、认知过程和情感态度) 。以罗杰斯 ( r o g e r s ) 为代表的人本主义心理学家认为学习是个人潜能的充分发展，是人格的 发展，是自我的发展。学习是一个有意义的过程。这种意义学习不仅仅涉及人的 认知参与，而更重要的是情感、态度的投入和积极参与。这是一种自发、自觉的 学习。只有当学习来自学习者的自我需要和发展，才能形成有意义的学习。因此， 基于人本主义的教学系统设计重视学习者学习动机的激发、学习主动性的张扬： 强调充分发展学习者的潜能、情感和态度。 2 1 1 人本主义学习理论 2 1 1 1 人本主义学习理论的基本内容 l 、学习的基本观点 人本主义心理学是2 0 世纪6 0 年代在美国兴起的一个心理学的重要学派。它 一方面反对行为主义把人看作是动物或机器，不重视人类本身的特征：另一方面 也批评认知心理学虽然重视人类的认知结构，但却忽视了人类情感、价值、态度 等方面对学习的影响。它认为心理学应该探讨完整的人，而不是把人的各个侧面 ( 如行为表现、认知过程、情感障碍等) 割裂开来加以分析。它强调人的价值，强 调人有发展的潜能，而且有发挥潜能的内在倾向即自我实现的倾向。在人本主义 9 心理学家对学习的众多论述中，以罗杰斯的学习论点最为突出，且具有代表性。 罗杰斯的学习观点可以概括为以下几点。 1 ) 个人具有学习的潜能 罗杰斯认为个人是有学习的潜能，即在合适的条件下，每个人所具有的学 习、发现、丰富知识与经验的潜能是能够释放出来的。学习是个人潜能的充分发 展，是人格的发展，是自我的发展。 2 ) 意义学习是学习的本质 罗杰斯认为学习不是简单的刺激与反应之间的机械联结，而是一个有意义 的心理过程，学习的实质在于意义学习。这种意义学习不仅包括理解和记忆的过 程，而且包含了价值、情绪的色彩，这种学习以个体的积极参与和投入为特征， 是一种自发、自主、自觉的学习，是从自我实现的倾向中产生的一种学习，学习 者可以自由地去实现自己的潜能，求得自己更充分的发展。罗杰斯认为意义学习 主要包括四个要素： ( 1 ) 个人参与性( p e r s o n a li n v o l v e m e n t ) ：学习具有个人参与的性质，即整 个人( 包括情感和认知方面) 都投入到学习活动中。 ( 2 ) 自我发起性( s e l f i n i t i a t e d ) ：学习是自我发起的，即便在推动力或刺 激来自外界时，但要求发现、获得、掌握和领会的感觉是来自内部的。 ( 3 ) 渗透性( p e r v a s i v e ) ：学习是渗透性的，也就是说，它会使学生的行为、 态度，乃至个性都会发生变化。 ( 4 ) 自我评价性( e v a l u a t e db yt h el e a r n e r ) ：学习是由学习者自我评价的， 因为学生最清楚这种学习是否满足自己的需要，是否有助于明了他想要知道的东 西和原来不甚清楚的某些东西。 2 、学习的原则 罗杰斯对学习论述的一个核心是强调意义学习，学习是学生自我实现和自 我发展的一个全身心投入的过程。通过大量实践经验的积累，他提出了以下几个 学习的原则： ( 1 ) 当学习者觉察到学习内容与他自己目的有关时，意义学习就发生了。 ( 2 ) 当学习者负责任地参与学习过程时，就会促进学习。 ( 3 ) 涉及学习者整个人( 包括情感与理智) 的自我发起的学习，是最持久、最 深刻的。 3 、学习的方法， 学习者作为学习的主体，在学习过程中要想真正做到自由发展、自我实现， 完成有意义的学习，就可以发挥几个作用：( 1 ) 自我指导：( 2 ) 自我评价：( 3 ) 伙 伴学习。为了使学生在自由发展中自我实现，教师可以从以下几个方面发挥作用： ( 1 ) 学习活动的指导者：( 2 ) 情感的参与者。 2 1 1 2 人本主义学习理论对网络教学系统的指导作用 o 人本主义学习理论强调以学习者的自我需要为基石，以学习者的自我实现 的人格思想为教学设计的核心：要求将情感教育贯穿于教学内容与方法中，强调 情意教学与认知教学相统一：注重学习者自我潜能的发展与完善。这就要求在设 计网络教学系统时，注重以下几个方面： 1 、学习主动性的调动。根据人本主义学习理论的观点，在网络教学系统的 设计和开发中，可以从以下几个方面调动学习者学习的主动性，使其全身心地投 入到学习过程中： ( 1 ) 灵活运用多种策略激发和维持学习动机。只有当学习者的内在学习需求 受到激发时，学习才是最持久的。在网络教学系统中，通过问题设置、任务驱动 和启发式诱导等不同的策略，激发学习者探究问题和追求真理的好奇心，满足学 习者自我学习的需要。除此之外，运用情感激励策略，调动学生学习的积极性， 帮助学生树立坚定的信心 ( 2 ) 明确各层次的学习目标。人本主义学习理论认为只有当学习内容与学习 者的自我目的相关时，学习才是有意义的。清晰明确的学习目标能够为学习者的 学习提供明晰的方向。网络教学系统的学习目标可以分为课程目标、单元目标和 知识点目标三个层次，每个层次目标的说明和具体要求者有所不同。课程目标是 从宏观的角度对学生的学习结果进行陈述：单元目标是从中观的角度对学生的学 习结果进行描述：知识点目标则是从微观的角度对学生的学习结果进行表述。这 种分层的目标结构能够使学习者的学习更加具有针对性和明确性。 ( 3 ) 以超文本超媒体的方式，综合运用多媒体表现教学内容。在网络教学系 统中，根据学习内容的不同属性和类型，选择和运用不同的多媒体形式加以协调 地综合表现，增强学习者的表象积累，提高学习的兴趣。 2 、学生自主学习的设计。人本主义学习理论强调必须给学习者自由发展的 机会，而网络技术则为学生的自由发展提供了广阔的空间。学习不再受时间和地 域的限制，学习者可以随时随地自由地选择知识内容进行自主地学习。自主性是 网络教学的一个重要特性，如何为学习者创设一个良好的自由发展的空间是实现 自主学习的保障。 3 、协作学习的设计。人本主义学习理论认为同伴教学与分组学习是促进学 习的一种有效手段。研究表明，学习者在共同学习的过程中，不仅能够增强学习 责任感，而且表现出更强的自信和学习动机。网络环境下，学习者的学习打破了 空间的壁垒。在任何地方，学习者只要通过网络就可以实现在线学习。学习者之 间的交互既可以是同步的，也可以是异步的。 2 1 2 建构主义学习理论 2 1 2 i 建构主义学习理论的基本内容 薹王垒g 型丝塑丝塾堂墨丝塑堑塞兰塞墨 2 0 世纪9 0 年代初，美国教育技术学界曾围绕“建构主义”组织过一次大型 而激烈的研讨会。在会上，国际著名学者冯格拉塞斯费尔德( v o n g l a s e r s f e l d ) 、 沃茨奇( w e r t s c h ) 、德赖弗( d r i v e r ) 、斯皮若( s p r i o ) 等纷纷表明自己的立场和 观点。根据此次会议的发言内容，建构主义可以分为激进建构主义( r a d i c a l c o n s t r u c t i v i s m ) 、社会建构主义( s o c i a lc o n s t r u c t i v i s m ) 、社会文化认知观点 ( s o c i o c u l t u r a lc o g n i t i o n ) 、社会建构论( s o c i a lc o n s t r u c t i o n i s m ) 、信息加 t 一建构主义( i n f o r m a t i o np r o c e s s i n gc o n s t r u c t i v i s m ) 和控制论系统观 ( c y b e r n e t i cs y s t e m ) 六种类型。 1 、学习的基本观点 近年来，建构主义流派纷呈，呈现出百家争鸣的昌盛局面。各种建构主义 观点的立足点尽管存在分歧，但它们对学习的观点都有以下几点共识： ( 1 ) 学习是学习者主动建构内部心理表征的过程。建构主义认为，根本不存 在一成不变的“客观”事实。学习不是由教师向学生传递知识，而是学生根据外 在信息，通过自己的背景知识和经验，自我建构知识的过程。在这个过程中，学 习者不是被动的信息吸收者和刺激接受者，他既要对外部信息进行选择和加工， 又要根据新知识与自己原有经验背景知识的关联，主动地建构信息的意义。 ( 2 ) 学习过程是一个双向建构的过程。建构主义认为，建构一方面是对新信 息的意义建构，运用原有的经验超越所提供的信息，另一方面又包含对原有经验 的改造和重组。在学习过程中，每个学习者都在以自己原有的经验系统为基础对 新的信息进行编码，建构自己的理解，而且，原有知识又因为新经验的进入而发 生调整和改变，所以学习并不单单是信息的量的积累，它同时包含由于新旧经验 的冲突而引发的观念转变和结构重组，学习过程也不单单是信息的输入、存储和 提取，而是新旧经验之间双向的相互作用过程。 ( 3 ) 学习具有社会性。建构主义认为，知识或意义是以学习者原有的经验背 景知识为基础建构起来的，由于每个人所处的社群、积累的经验和具有的文化背 景不同，因此，他们对事物的理解也是存在个体差异的。因此，知识或意义不仅 是个人主动建构的结果，而且需要依靠意义的社会共享和协商进行深层的建构。 ( 4 ) 学习具有情境性 建构主义认为学习发生于真实的学习任务中。不仅是因为真实的学习任务 有利于激发学习者的学习主动性，而且是因为客观活动是个体建构知识的源泉。 2 、学习方法 建构主义学习理论摒弃“教师中心论”，强调学生认知主体作用，认为学 生是信息加工的主体，是意义的主动建构者：同时又不忽视教师的主导作用，认 为教师是意义建构的帮助者和促进者。这就要求教师在教学过程澡从以下几个方 面发挥主导作用： ( 1 ) 学习动机的激发者。只有当学习者以极高的热情和主动性真正参与到 1 2 学习过程，学习才是有效的。教师应该采用多种策略帮助学生激发其固有的学习 动机，提高其自我决定的潜能。 ( 2 ) 学习环境和资源的设计者。学习环境是学习活动赖以开展的外在支持条 件，它不公包括物质环境，而且包括各种学习情境。教师通过创设符合教学内容 要求的情境和提示新旧知识之间联系的线索，帮助学生建构当前所学知识的意 义。教师需要根据学习内容和学习者的特征，精心选择、设计、组织和传递学习 资源。 ( 3 ) 自主学习和协作学习的策划者和组织者。自主学习和协作学习是建构主 义学习理论所倡导的两种不同的学习方式。教师可以选择和设计各种自主学习策 略，支持学习者进行自主学习。在自主学习的过程中，教师要启发学生自己去探 索、去发现规律，自己完成知识的意义建构。 ( 4 ) 学习评价的指导者。建构主义学习理论认为学习评价不仅局限于效果的 检测，更重要的在于能力的评价。因此，建构主义学习理论认为学习评价的内容 主要围绕三个方面：自主学习能力、协作学习过程中作出的贡献、学生是否达到 意义建构的要求。评价的主体除了教师，更重要的是学习者本身。 2 1 2 2 建构主义学习理论对网络教学系统的指导作用 建构主义学习理论认为，学习是学习者通过一定的情景( 社会文化背景) ， 借助其他人( 教师或学习伙伴) 的帮助，利用必要的学习资源，通过协作与会话的 方式，主动建构知识意义的过程。在网络教学系统的开发中，建构主义学习理论 的指导主要体现在以下几个方面： i 、情境创设。建构主义学习理论强调为学习者提供真实的情境。一方面能 够激发学习者的学习动机，使学习者产生学习需求，驱动学习者主动学习、积极 探究：另一方面能够增强知识运用的情境性，有助于学习者完成知识的意义建构， 实现知识的有效迁移。有网络教学系统的开发中，利用多媒体的直观情境，激发 学生的学习兴趣。 2 、学生作为认知主体的体现。在网络教学系统的开发中，不能仅仅注重知 识内容的呈现，更重要的是强调学生在利用网络教学系统进行学习的过程中认知 主体的体现。 3 、教师作为主导作用的体现。在网络教学系统的开发中，可以从以下三种 途径实现教师的主导作用： ( 1 ) 设计教学策略帮助学习者实现知识的意义建构。教师可以灵活而巧妙地 设置各种不同的激励策略和教学策略，从多种角度激发学习者的学习动机，为学 习者提供个性化的学习指导，从而更好地发挥学习者主人翁的精神，自主完成知 识的意义建构。 ( 2 ) 引导和监控学习过程。在网络教学系统中，学生的自主学习和协作学习 都离不开教师的引导，可以借助于人工智能技术，对学习者实现在线的个性化学 董王垒型笪堡篮塾堂墨丝堕翌f 壅皇塞堡 习指导。网