（控制科学与工程专业论文）基于专家系统的英语辅助教学系统的设计与实现.pdf

学位论文数据集 中图分类号t p 3 9 1 6 学科分类号51 0 8 0 6 0 论文编号1 0 0 1 0 2 0 l1 0 7 6 2 密级 公开 学位授予单位代码1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名 安静 学号 2 0 0 8 0 0 0 7 6 2 获学位专业名称 控制科学与工程 获学位专业代码0 8 l l 课题来源 自选项目 研究方向 人工智能 论文题目 基于专家系统的英语辅助教学系统的设计与实现 关键词 人工智能，专家系统，数据挖掘，计算机辅助教学 论文答辩日期2 0 l1 5 3 l 幸论文类型 应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称 工作单位 学科专长 指导教师夏涛 副教授 北京化工大学 计算机仿真 评阅人l 祝海江 副教授 北京化工大学 模式识别与智能系统 评阅人2 张金会副教授 北京化工大学 网络化控制 评阅人3 评阅人4 评阅人5 徽员蝴 王建林教授 北京化工大学 智能检测技术 答辩委员l 曹柳林教授 北京化工大学 控制理论与控制工程 答辩委员2 黄克谨 教授北京化工大学 控制理论与控制工程 答辩委员3李宏光 教授 北京化工大学 控制理论与控制工程 答辩委员4陈娟 教授 北京化工大学 智能检测技术 答辩委员5 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b 厂r1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中 查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 一一 摘要 基于专家系统的英语辅助教学系统的设计与实现 摘要 基于规则的专家系统是应用前景较好的人工智能的分支，将专家系 统理论结合数据挖掘技术以及互联网平台，应用于大学英语教学的工作 与科研中，可以达到事半功倍的效果。 本文首先介绍了专家系统的原理、发展及应用，然后对大学英语教 学所面临的困难，提出了一套解决方案，即：利用数据挖掘技术及人工 智能中的专家系统理论，实现一套英语辅助教学系统。该系统针对用户 的不同，主要包括两个部分：一是基于专家系统理论建立的英语辅助教 学模块，这是针对于教师用户的，模块利用框架式和产生式相结合的知 识表达方式对英语知识点进行分类和汇总，利用优化过的a p r i o r i 算法对 试题的知识点关联情况进行分析；二是利用系统已有的数据，建立学生 自主学习模块，以学生个人为单位实现自我诊断等功能，通过学生的多 次练习，提出自主学习的建议题目等，使学生能够有针对性地进行练 习。最后根据软件系统的开发流程对整个系统进行设计与实现。 目前此系统已通过v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 集成开发环境和m i c r o s o rs q l s e r v e r2 0 0 0 数据库实现，运行环境为w i n d o w s2 0 0 0 x p 以上版本的x 8 6 系统。经过大量数据的测试和运行，系统能够给出合理的结论，具有很好 的应用价值。 关键词：人工智能，专家系统，数据挖掘，计算机辅助教学 北z ! 化上入学颂上学位论文 d e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no fe x p e r t s y s t e m b a s e de n g l i s hc a is y s t e m a b s t r a c t i 之u l e - b a s e d e x p e r ts y s t e mi sag o o d p r o s p e c tb r a n c ho fa r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e u s i n ge x p e r ts y s t e mt h e o 拶w i t hd a t am i n i n gt e c h n o l o g ya n dt h e i n t e m e tp l a t f o 吼，w ec a na c h i e v ea m u l t i p l i e re f f e c ti n c o l l e g ee n 9 1 i s h t e a c h i n ga n dr e s e a r c hw o r k ， t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h e p r i n c i p l e s ，d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n so f a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，a n dg i v eas e to f s 0 1 u t i o n sf o rd i 所c u l t i e so fe n g l i s h t e a c h i n g t h a ti su s i n gd a t am i n i n gt e c l l l l o l o g ya n da r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c et o a c h i e v eas e to fe n g l i s he x p e r ts y s t e m f o rt h ed i f i f e r e n tu s e r s ，t h e s y s t e m i n c l u d e st w op a r t s ：f i r s t ，r u l e - b a s e de x p e ns y s t e m ，w h i c hi sa i m e d a tt e a c h e r s o fu s e r s ，t h em o d u l e ea n dp r o d u c t i o nu s ea c o m b i n a t i o no f k n o w l e d g e t h ek n o w l e d g eo fe n g l i s hp o i n t sa r ec l a s s i f i e d a n ds u m m a r i z e d ，u s i n gt h e a p 打o r ia l g o r i t h mt o a n a l y s er e l a t i o n s h i po fq u e s t i o n s ； s e c o n di st ou s e e x i s t i n gd a t at os u m m a r i z ed e f e c t so fs t u d e n t s k n o w l e d g e ，s ot h a t s t u d e n t s c a np r a c t i c ew i t hc l e a r o b j e c t i v e s f i n a l l y ，t h es y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e da r e r s y s t e mo u t l i n ed e s i g na n dd e t a i l e dd e s i g n 北京化t 大学颀i j 学位论文 a tp r e s e n t ，t h i ss y s t e mh a sb e e na c h i e v e do nt h eb a s eo fi n t e g r a t e d d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n tv i s u a ls t u d i o2 0 0 5a n dm i c r o s o rs q ls e r v e r2 0 0 0 d a t a b a s e i m p l e m e n t a t i o n ，t h eo p e r a t i o ne n v i r o n m e n t i sf o rt h ew i n d o w s 2 0 0 0 x po r l a t e rx 8 6s y s t e m a r e re x t e n s i v et e s t i n ga n d o p e r a t i o nb yl o t so f d a t a ，t h es y s t e mc a ng i v er e a s o n a b l ec o n c l u s i o n t h es y s t e mh a sag o o d p r o s p e c t i ( e y w o r d s ：a n i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ，e x p e r ts y s t e m ， d a t a m i n i n g ， c o m p u t e r - a i d e di n s t r u c t i o n i v 日录 目录 第一章绪论1 1 1 课题来源1 1 2 本课题的研究背景一1 1 2 1 人工智能及专家系统1 1 2 2 计算机辅助教学2 1 2 3 数据挖掘3 1 2 国内外研究现状3 1 3 本课题的研究内容及意义5 1 。4 创新点6 第二章系统相关理论研究9 2 1 专家系统9 2 2 1 专家系统概述9 2 2 2 专家系统特点9 2 2 3 专家系统的分类1 0 2 2 4 专家系统的结构1 l 2 2 知识表示及知识获取1 5 2 2 1 知识表示1 5 2 2 2 知识获取18 2 3 推理方式及推理机19 2 3 1 不确定性推理模型19 2 3 2 正向推理及反向推理2 0 2 3 3 加权推理模型2 4 2 3 4 推理机2 6 2 4 数据挖掘2 6 2 3 1 数据挖掘技术概述2 7 2 3 2 数据挖掘技术的分类2 8 2 4 基于关联规则的数据挖掘2 9 2 4 1 关联规则2 9 v 北京化t 人学硕一l ：学位论义 2 4 2a p r i o r i 算法 2 4 3a 研o r i 算法的实现 3 6 2a 砸o r i 算法的优化 第三章系统分析与设计 3 1 系统总体设计目标 3 1 1 专家系统的设计要求3 7 3 3 2 系统主要构建步骤一3 8 3 3 3 系统业务流程3 9 3 4 系统概要设计4 0 3 4 1 模块划分4 0 3 4 2 系统总体结构设计4 l 3 4 3 系统主要功能4 3 3 5 系统数据库设计4 4 3 5 4 系统数据库需求分析4 4 3 5 5 实现系统功能的主要数据库4 4 第四章系统实现4 7 4 1 英语专家系统4 7 4 1 1 系统结构4 7 4 1 2 数据层实现4 8 4 1 3 推理机5 0 4 1 4 解释器5 0 4 1 5 针对班级的分析和针对学生的分析5 6 4 2 学生自主学习系统5 9 第五章结论与展望6 l 5 1 结论6 1 5 2 展望6 1 参考文献6 3 v i 日录 致谢6 7 研究成果及发表的学术论文6 9 作者简介7 1 北京化t 人学硕l j 学位论文 一一。 v l i l c o n t e n t s c h a p t e rli n t r o d u c t i o n 。1 1 1s o u r c eo f t o p i c 1 1 2t o p i c b a c k g r o u n d ：一l 1 2 1a n i 6 c i a li n t e l l i g e n c ea n d e x p e r ts y s t e m 1 1 2 2c o m p u t e ra s s i s t e di n s t m c t i o n 2 1 2 3d a t am i n i n g 3 1 2d o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a lr e s e a r c hs t a t u s 3 1 3c o n t e n t sa n ds i 印m c a n c eo f t h i st o p i c 5 1 4i n n o v a t i o np o i n t s 6 c h a p t e r2b a s i ct h e r o ya n dr e l a t e dt e c h n i q u e s 。9 2 1e x p e r ts y s t e m 。9 2 2 1o v e r v i e wo fe x p e ns y s t e m 9 2 2 2f e a t u r e so fe x p e ns y s t e n l 9 2 2 3t y p e so f e x p e r ts y s t 锄1 0 2 2 4s t m c t l l r eo f e x p e r ts y s t e m 1 1 2 2l 血o w l e d g er 印r e s e n t a t i o na n d k n o w l e d g ea c q u i s i t i o n l5 2 2 1k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n 一1 5 2 2 2i o o w l e d g ea c q u i s i t i o n 1 8 2 3r e a s o n i n ga n di n f e r e n c ee n 百n e 19 2 3 1u n c e r t a i n t yr e a s o n i n gm o d e l 19 2 3 2f o n v a r d r e a s o n i n ga n db a c k w a r dr e a s o n i n g 2 0 2 3 3w e i 曲t e dr e a s o n i n gm o d e l 2 4 2 3 4i n f e r e n c ee n g i n e 一2 6 2 4d a t am i n i n g 2 6 2 3 1o v e i e wo f d a t am “n g 2 7 2 3 2t y p e so f d a t am i n i n g 2 8 2 4d a t am i n i n gb a s e do na s s o c i a t i o nm l e s 2 9 2 4 1a s s o c i a t i o nr u l e s 一2 9 i x 北京化t 人学硕一l 学位论义 2 4 2a p o da l g o r i t h m 3 0 2 4 3i m p l e m e n t a t i o no fa p r i o r ia l g o r i t h m 3 4 3 6 2o p t i m i z a t i o no fa p r i o r ia l g o r i t h m 3 5 c h a p t e r3a n a l y s i sa n dd e s i g no fs y s t e m 。3 7 3 1g o a lo f s y s t e m so u t l i n ed e s i 印3 7 3 1 1r e q u i r 锄e n t so f e x p e r ts y s t e i nd e s i g n 一j 3 7 3 3 2m a i n l ys t e p so f b u i l d i n gs y s t e m 3 8 3 3 3b u s i n e s sp r o c e s so f s v s t 锄3 9 3 40 u t l i n ed e s i 舻o f s y s t 锄4 0 3 4 1m o d u l ed i v i s i o n 4 0 3 4 2s y s t e ms t m c t u r ed e s i g n 4 l 3 4 3m a i n 如n c t i o no f t h es y s t e m 4 3 3 5d e s i g no f d a t a b a s e 4 4 3 5 4r e q u i r e m e n t sa n a l y s i so f s y s t e md a t a b a s e 4 4 3 5 5m a i n l vd a t a b a s e 一4 4 c h a p t e r4i m p l e m e n t a t i o no fs y s t e m 4 7 4 1e n 酉i s he x p e r ts y s t e m 一4 7 4 1 1s t m c t u r eo fs v s t 锄4 7 4 1 2i m p l e m e n t a t i o no fd a t a b a s e 一4 8 4 1 3i i l f e r e n c ee n g i n e 一5 0 4 1 4t h ei n t e r p r e t e r 5 0 4 1 5a n a l v s i sf o rc l a s sa n da n a l y s i sf o rs t u d e n t s 5 6 4 2i n d 印e n d e n tl e a m i n gs y s t e i l lf o rs t u d e n t s 5 9 c h a p t e r5c o n c l u s i o na n d o u t l o o k 。6 l 5 1c o n c l u s i o n 6 l 5 2o u t l o o k 6 1 r e f b r e n c e 。6 3 x a c k n o w l e d g e m e n t s 。6 7 r e s e a r c hr e s u l t sa n dp u b l i s h e da c a d e m j c p a p e r s 6 9 b r i e fi n t r o d u c t i o no f a u t h o r 7l x i 北京化t 人学硕l j 学位论文 x i i 第一章绪论 1 1 课题来源 第一章绪论弟一早三；百下匕 本课题的来源是北京化工大学第四批本科教学改革立项项目大学英语基础知识 问题自我诊断及成绩测评，目的是要丌发一套适片j 于本校英语教学实际情况的辅助 教学系统。 1 2 本课题的研究背景 1 2 1 人工智能及专家系统 人工智能( a n i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，缩写为a i ) 是现代科学技术发展的成果，是一种 新的、基于计算机发展的技术，是在计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、心 理学、哲学、语言学等多种学科相互渗透的基础上发展起来的一门新兴交叉学科 1 ，2 ，3 1 。 人工智能的目标是试图了解人类智能的实质【3 ，4 】，并进而丌发出一种新的，与人类智能 相似的推理过程，或研究用于扩展、延伸和模拟人类智能的一门技术科学，它包含了 理论、方法、技术及应用系统，是一整套科学体系【5 ，6 】。人工智能的意图是了解人类智 能的本质，然后研究生产出一种与人类思维原理相似、输出结果也相似的智能机器人 【7 】。目前在科技界，人工智能技术与核能技术、空间技术并称为三大尖端科技成就f 8 1 。 人工智能技术主要研究怎样模仿、延伸和扩展人类大脑从事推理、规划、计算、 思考、学习等思维活动，让计算机或智能机器( 包括硬件和软件) 解决通常情况下的 复杂问题，而这些问题在以往是人类专家才能够进行处理的【9 】。人工智能的成果以一 种新的生产力进入社会的各个领域，使得人类智能在计算机的辅助平台上得以有效发 挥，计算机技术在人类智能的补充、渗透及促进下，反过来又促进了人类智能的发展。 2 】人工智能的发展，也会进一步推动全社会的智能革命，为人类文明史扩展了一个全 新的领域，带动一大批产业进入到全新阶段，使整个科学界向着更加光明的道路自玎进， 是科学史上值得瞩目并具有深远影响的一个成剁m 】。 专家系统是人工智能的一个分支】。专家系统指的是：根据知识库中的知识，对 使用用户输入的数据及问题进行推理判断。知识库是人类专家所提供的，专家系统的 应用就是在人类专家条件不具备时，模拟人类专家的决策过程【1 2 ，】。专家系统可视为 北京化t 人学顾i j 学位论文 一种计算机智能系统，它的知识库包含专门知识和经验，它的能力就来自于人类领域 专家所提供的专家知识。专家系统模拟复杂问题要依赖与知识获取与知识表示的理 论。专家系统可基本达到与同等水平人类专家相同的推理判断水平 1 4 ，1 6 】。 专家系统一般包含如下含义【1 7 】： ( 1 ) 专家系统的基础是基于专家经验和知识的推理，这是人工智能系统的一个应 用分支； ( 2 ) 专家系统知识库中所包含的知识和经验，在系统运行中，可根据需要不断进 行增加和修改，知识库中的知识是大量的、具有专家水平的领域知识和经验； ( 3 ) 专家系统所解决的问题并不仅仅是计算机领域或自动化领域方面的问题，而 是实际生活中的问题，这些问题只有某领域内的专家才能解决。 1 2 2 计算机辅助教学 目前，利用计算机及自动化的手段辅助日常教学活动已经得到了教育界的普遍 认可【2 1 2 2 1 ，计算机辅助教学c a i ( c o m p u t e r a s s i s t e d1 1 1 s t m c t i o n ) 的作用已经不再局限 于传统意义上的辅助功能【l8 1 。随着计算机自动化技术以及理论研究的深入和实践，计 算机辅助教学包含的范围越来越广。大体上可以分为如下几类：计算机辅助教学c a i 、 计算机辅助教育c b e 、计算机辅助学c a l 、计算机化教学c b i 、计算机教育应用i a c 笙1 1 9 2 0 】 可 。 这些功能随着应用学科及领域的不同，自成体系，并有应用前景良好的理论作 为支撑。计算机辅助教学在我国的发展历程主要有如下几个阶段【2 l ，2 2 】： 我国在1 9 7 8 年开始提出计算机辅助教学的研究项目，由于人员不足、知识储备 不足等原因，当时的主要工作是探索及研究初级的项目，并没有大规模应用。从8 0 年代中期丌始，计算机辅助教学进入了高速发展时期，1 9 8 7 年我国成立了计算机教育 协会，为这一领域的发展建立了指导性的组织。进入9 0 年代，计算机辅助教学的进 入了一个新的发展时期，主要体现在架构理论的应用以及计算机网络的加入。架构理 论提出了多种模式，为开发计算机辅助教学软件提供了重要的理论依据。计算机网络， 尤其是互联网的普及，为计算机的使用提供了良好的平台。 计算机辅助教学系统能够得到教育界的认可是因为有其特殊的优点，如知识容 量大，检索方便；多媒体演示；交互性好。计算机辅助教学主要在如下几个方面收到 了良好的效果：课章教学、自学辅导、复习总结、考试成绩统计分析等【2 3 2 4 1 。 第一章绪论 1 2 3 数据挖掘 数据挖掘是目前实际应用领域意义重大的一项技术【引】。数据挖掘所要解决的是如 何从大量的、无规律的、有噪声的数据中提取出所需要的信息，并加以整合，然后给 出可信的解释，说明这些数据是如何从海量信息中提取出来的，并解释其合理性。数 据挖掘在人工智能领域罩又被称为知识发现，同时数据挖掘( 1 0 0 w l e d g ed i s c o v e r yi n d a t a b a l s e ) 也是知识发现这一过程中的一个基本步骤，为数据库中的知识发现，也有 人把数据挖掘视为数据库中知识发现过程的一个基本步骤【2 5 2 们。 由于数据挖掘可以与其他学科交叉、互动，能够将数据库中的单纯数据转化成为 某些行业的知识与信息，节省大量的人力物力成本，所以目前数据挖掘这一新技术引 起了各行各业的很大关注。数据挖掘所获得的知识和信息可以广泛使用于各种系统 中，如销售分析、生产控制等【2 7 】。 数据挖掘技术依赖于现存已有的其他领域的思想，主要是来自于数学统计方面的 假设检验、估计和抽样等，以及人工智能，模式识别，专家系统等控制科学方面的知 u 【2 8 】 y 、o 数据挖掘在技术实现方面所涵盖的内容很广，对于控制科学领域，信息检索与信 息论、信号处理以及可视化、最优化的理论，数据挖掘技术可以很好地展现这些算法 的优点【2 9 1 。而数据挖掘所依赖的存储技术要求也越来越高，最近成为热点的数据仓库 的概念经常会与数据挖掘一起被提出。数据仓库的优点也是数据挖掘必备的支撑点， 如分布式处理海量数据，以及高性能的并行处理技术等【3 0 ，3 。 在教育领域，语言学习是一种模糊的学习，有很强的不确定性因素。英语学习贯 穿了整个教育阶段，英语水平的高低直接关系到学生的各种考评。在英语教学过程中， 如何量化学生的学习效果一直是个难题。英语考试题目多以客观题的形式存在，从中 很难得出对某一知识点掌握情况的确定结论，由此造成教学计划不能因学生的掌握情 况而及时调整，使得教师教学效果不佳，学生学习效率低下。目前，在语言类知识学 习的过程中，以考代练，以考促学是通行的做法。考试后学生回答的大量客观题答案， 可以看作是一个海量的、有噪音的数据集合。从海量数据中寻找关键信息本身就是数 据挖掘技术出现的初衷，将其应用于英语教学，可以起到事半功倍的效果。 1 3 国内外研究现状 人工智能领域的理论研究在不断发展，应用的领域也同益广泛，其中最主要的有 北京化t 入学硕f j 学位论文 以下几个方面【1 ，3 ，4 ，6 】： 自然语言理解：机器如何能够理解人类语言，这是从计算机科学诞生以来一直被 人所期待的科学技术，也是目前人工智能领域最热门的研究方向。现在主要应用于搜 索引擎等方面。 数据库检索：这里的数据库检索是指智能检索，研究的是如何在海量数据中寻找 真正有用的信息。 专家系统：这是从7 0 年代以来人工智能就在研究的话题，已经有了一些初步成 果。如基于规则的专家系统等。 机器定理证明：这是人工智能研究的最原始的课题之一，取得了很多证明人工智 能技术进步的成就。 博弈：主要问题是机器学习和搜索。 机器人学：这一学科所涉及的知识领域很广泛，已取得了很多实质性的成果，是 应用前景最好的分支之一。 自动程序设计：这是有很大应用价值的一个研究分支，对于提高社会生产力具有 极强的作用。 组合调度：主要研究如何将复杂事物分解，并给出最优过程等解决方案。 我国人工智能领域的研究起步较晚，直至2 0 世纪8 0 年代才开始这方面的研究， 在世界人工智能领域的地位还有待于加强，对于人工智能理论研究的重视程度也有待 提高。 专家系统的发展在目前已经有了几大分类方向，分别如下【1 2 】： l 、 基于规则的专家系统； 2 、 基于框架的专家系统； 3 、 基于案例的专家系统【1 5 】； 4 、 基于模型的专家系统； 5 、基于w 曲的专家系统。 这些系统分别应用于不同的领域，根据专家系统所涉及的专业不同，分别进行理 论优化和技术改进，使之运行效率更高，运行效果更好。 计算机辅助教学在我国的发展历程主要有如下几个阶段【2 i 2 2 l ： 1 9 7 8 年有人丌始提出计算机辅助教学的研究项目，由于人员不足、理论研究不 够深入等原因，当时的主要工作是探索及研究初级的项目，只是在实验室中进行小规 模的实验性活动，并没有大规模应用于实际。从8 0 年代中期丌始，计算机辅助教学 4 第一章绪论 进入了高速发展时期，1 9 8 7 年我国成立了计算机教育协会，为这一领域的发展建立了 指导性的组织。进入9 0 年代，计算机辅助教学的进入了一个新的发展时期，主要体 现在架构理论的应用以及计算机网络的加入。架构理论提出了多种模式，为丌发计算 机辅助教学软件提供了重要的理论依据。计算机网络尤其是互联网的普及，为计算机 的使用提供了良好的平台。 随着数据挖掘研究逐步走向深入，它的研究支柱也逐渐明朗，分别是数据库、人 工智能和数理统训”刀】。数据挖掘硬件基础是数据库，而理论依据是数理统计，数据 挖掘最重要的特色就是与人工智能相结合，用数据库技术将客观世界存在的数据形式 化并组织起来，大大提高知识获取的起点， 的研究。目前研究这一问题的领域有很多， 术应用于各行各业的热点【3 0 】。 1 4 本课题的研究内容及意义 从对演绎数据库的研究转向对归纳数据库 涉及到社会的各个层面，是目前计算机技 随着时代的发展，各行业对于大学毕业生的英语水平要求更高，不但要掌握基本 的听说读写，而且还要能够用英语来进行同常交流等活动。最显著的变化就是从单纯 的语法考核转向实际交际能力的测试。为此，语法及词汇不再是学生关注的重点。但 是学生使用英语进行交流的基础就是坚实的语法和词汇知识，许多学生由于语法词汇 知识的欠缺而影响了其他方面知识的获取，也限制了英语水平进一步提高。随着大学 扩招的脚步越来越快，教学质量的提高变成了高校难于解决的问题，而英语课程作为 大学生的公共必修课，教师少、学生多的现状为教学带来了不利影响，同时，英语教 学改革的方案也对英语基础知识的重视有所减少。 计算机和自动化技术的发展为教育改革提供了新的工具，互联网也为教学形式的 多样化提供了广阔的平台。利用好网络资源，并为教师的教学活动提供辅助作用，这 是现在智能化教学辅助系统的设计目标。当前已有的教学辅助系统大多处于理论研究 和实验性的阶段，还没有大规模推广应用，同时，对教师的教学活动不够了解，交互 性能不佳，也造成了教师使用教学辅助系统的积极性不高，使用效果不甚理想。因此， 设计并丌发出一套基于网络平台运行，人工智能作为理论依据的辅助教学系统具有十 分重要的现实意义。 本课题的来源是北京化工大学第四批本科教育教学改革立项项目“大学英语 基础知识问题自我珍断及成绩测评”，结合我校自身的教学情况及实际需要，依据人 工智能理论中专家系统的原理和结构， 设计丌发一套兼具辅助教师评阅及学生自学 的辅助教学系统。 系统由两个模块组成：基于规则及w e b 的专家系统和基于记忆心理学的学生自 北京化t 人学顾。l ：学位论文 主学习系统。专家系统模块的主要使用者是英语教师，首先由经验丰富的英语教师按 照系统既定的规则将英语知识存入知识库中，然后普通英语教师通过知识库的推理对 学生的学习情况进行统计和整体分析，系统给出推理机的结论，以此来对教师的教学 提供参考意见。学生自主学习系统的主要功能是根据系统已有的学生作答数据，对学 生的知识薄弱点进行强化训练，同时针对学生的作答情况，对出题的顺序和学习方案 给出调整和建议，提高学生的学习效率。 系统的开发过程主要经过如下几个步骤：英语知识的结构化表示、知识获取功能 的方法研究、英语专家系统知识库的建立、推理机的建立并对性能进行改进、对数据 及业务流程的设计及优化、数据挖掘在考试题目分析及学生作答分析等功能中的应用 并对算法加以改进，将专家系统理论与数据挖掘技术相结合，并给出多种数据整合的 方案，为教师提供教学支持，为学生提供有针对性的自主学习功能。 在实际应用中，系统得到了英语教师的普遍认可，并且根据教学活动的实际需要 进行了功能补充和改进，收到了良好的应用效果。 1 5 创新点 本系统采用专家系统作为理论依据，数据挖掘技术，为英语教师和学生提供了一 个界面友好、通用性强、可扩展的教学辅助系统，教师可依据知识点以及题目的难度 对试题进行分类和归纳，并组卷测试，学生可利用本系统自主学习，通过诊断知识点 薄弱环节，更有针对性地进行练习，达到事半功倍的效果。 本系统基于w e b 专家系统b s 三层架构，使用a s p n e t 技术实现整个系统，并 应用数据挖掘技术对数据进行处理。由于使用了基于规则的专家系统的原理和结构， 系统能够对于数据的处理和分析步骤作出解释，这使得系统的交互性能有很大的提 高，用户体验也比其他只有分析功能的教学辅助系统要好。 系统为教师提供了在线组卷功能，比起传统的手工组卷，在线组卷能够以知识点 为基准，更加有针对性和指导意义。系统最重要的意义在于，为教师提供了分析学生 学习情况的模块，通过不同方式的统计和分析，可以得出学生对于某知识点的掌握情 况，学生对知洪点的掌握程度伴随着可信度属性的提出，而具有更强的参考价值，这 些数据存储于数据库中，随时可以查询及下载，这样可以对对教师的教学成果进行检 验，将结果及时反馈给教学第一线的老师，方便他们及时改进教学计划，调整授课重 点，因材施教，极大地方便了教师的教学工作，也节省了人力物力成本，达到事半功 倍的效果。 6 第一章绪论 同时系统还为学生提供了自主学习的功能，以往的英语教学辅助系统都是通过大 量的测试数据对系统进行神经网络的训练等，耗时多，效率低下，丌发人员与使用者 都需要投入大量额外的精力来对系统的性能进行训练和调整。而本系统直接通过教师 上传的考试题目及答案等信息，针对每个学生分析知识薄弱点，然后以此作为依据， 提出建议题目，这些题目是经过知识点筛选而得出的。由于数据库对题目的频度有所 体现，所以学生练习的题目以最经典的、最能考查能力的题目为优先，而且以知识点 为分类依据，在尽管减少学生及系统负担的前提下达到最优的学习效果，同时学生自 主学习的积极性也有所提高。 北京化t 人学硕i j 学位论文 8 第_ 二帝系统相关理论研究 2 1 专家系统 2 2 1 专家系统概述 第二章系统相关理论研究 专家系统指的是：根据知识库中的知识，对使用用户输入的数据及问题进行推理 判断【1 4 】。知识库是人类专家所提供的，专家系统的应用就是在人类专家条件不具备时， 模拟人类专家的决策过程【1 6 】。专家系统可视为一种计算机智能系统，它的知识库包含 专门知识和经验，它的能力就来自于人类领域专家所提供的专家知测1 5 】。专家系统模 拟复杂问题要依赖与知识获取与知识表示的理论。专家系统可基本达到与同等水平人 类专家相同的推理判断水平。 专家系统一般包含如下含义【1 3 】： ( 1 ) 专家系统的基础是基于专家经验和知识的推理，这是人工智能系统的一个应 用分支； ( 2 ) 专家系统知识库中所包含的知识和经验，在系统运行中，可根据需要不断进 行增加和修改，知识库中的知识是大量的、具有专家水平的领域知识和经验； ( 3 ) 专家系统所解决的问题并不仅仅是计算机领域或自动化领域方面的问题，而 是实际生活中的问题，这些问题只有某领域内的专家才能解决。 2 2 2 专家系统特点 专家系统具有以下特点 1 3 1 4 】： ( 1 ) 专家系统所具备的知识是领域专家所给予的，这些知识主要用于知识信息处 理。专家系统善于解决在现有机器上无法实施和解决的困难问