（计算机应用技术专业论文）基于celts标准的网络智能授导系统研究.pdf

r e s e a r c h o n c e l t s - b a s e d i n t e l l i g e n t t u t o r i n g s y s t e m o n t h e w w w ab s t r a c t t o d a y w i t h t h e r e q u i r e m e n t f o r l i f e t i m e a n d g lo b a l e d u c a t i o n , t h e d e v e lo p m e n t o f c o m p u t e r a n d i n t e r n e t , l e a rnin g o n l i n e i s b e c o m in g g o o d m o d e , a n d d i s t a n c e e d u c a t i o n a l s y s t e m s b a s e d o n i n t e rn e t w i l l p l a y m o r e a n d m o r e i m p o r ta n t r o l e s i n t h e f u r t u r e c h i n e s e e - l e a rni n g t e c h n o lo g y s t a n d a r d iz a t io n c o m m i t t e e g i v e s c h i n e s e e - l e a rn i n g t e c h n o l o g y s t a n d a r d i z a t i o n ( c e l t s ) i n 2 0 0 2 . t h e s t a n d a r d i s in f a v o r o f d a t a c o m m u n i o n， s h a r i n g , a n d i n t e r o p e r a t io n i n d if f e r e n t d i s t a n c e l e a rn i n g p l a t f o r m . s o i t p r o v i d e s h e l p f u l p r e c o n d i t i o n a n d p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e t h e f i r s t a p p l i c a t i o n o f c o m p u t e r i n e d u c a t i o n w a s c a i f i ft y y e a r s a g o . w i t h t h e r e q u ir e m e n t f o r t h e q u a l it y o f le a rn i n g o n l i n e , i n d iv i d u a l l e a r n i n g i s n e c e s s a r y d i r e c t i o n . d u r i n g t h e p r o c e s s o f r e s e a r c h i n g i t i n t e l l i g e n t t u t o r in g s y s t e m b a s e o n w e b ( wi t s ) i s a i m p o rt a n t p r o b l e m . t h i s p a p e r a t f i r s t i n t r o d u c e s a n d a n a l y s e s i t s s d e v e l o p m e n t , t r a d i t i o n a l s y s t e m s t r u c t u r e , t h e n g i v e s a fr a m e w o r k o f wi t s b a s e d o n c e l t s . t h e s y s te m c a n i n s t r u c t e d i f f e r e n t l e a rn e r in t w o l e v e l s a n d t h r e e p h a s e s . a t l a s t t h e p a p e r u s e s f u l l y t e a m i n g d a t a a c c o r d in g c e l t s , c o n s t ru c t s t h e o r y a n d m e t h o r d o f i m p l e m e n t i n g s y s t e m . t h e t h e o r y h a s t w o a s p e c t s : g i v e s i m p r e c i s e l e a rn i n g m e t h o r d s u s i n g r u l e s w h e n s e q u e n c i n g i n i t i a l l y , s u c h a s i n t r o d u c i n g , n a r r a t i n g e m p h a s e s a n d s o o n ; d u r i n g t h e p r o c e s s o f l e a rn i n g ， w e c o n s t r u c t a f u z z y e v a l u a t i n g m o d e l u s i n g t h e d a t a o f s c o r e s , l e a rn i n g t i m e a n d b r o w s i n g t i m e s , a n d a d j u s t s c o r e s w i t h l e a rn i n g o b j e c t s . t h e n w e c a n in f e r e n c e m o r e p r e c i c e l e a rn i n g s t r a t e g y b a s e d o n t h e r e s u l t o f e v a l u a t i o n , s u c h a s s e a r c h in g p re v i o u s k n o w l e d g e u n i t s , l e a rni n g c u r r e n t k n o w l e d g e u n i t s r e p e a t l y . i n d i v i d u a l l e a rn i n g a n d wi t s a r e r e l a t e w i t h c o m p u t e r s c i e n c e , e d u c a t i o n , p s y c h o l o g y a n d o t h e r s u b j e c t s . b e c a u s e o f t h e i r d i f f i c u l t y th e a c t u a l a p p l i c a t i o n m a y b e n e e d a l o n g t i m e r e s e a r c h . t h i s p a p e r i n t e g r a t e s c e l t s i n t o t h e m , m a k e s g o o d a t t a m p t o n h o w t o i m p l e m e n t i n g t h e p r a c t i c a l i t y a n d g e n e r a l i t y o f wi t s . k e y w o r d s : wi t s , c e l t s , k n o w l e d g e n e t w o r k w i t h l e v e l s , i n i t i a l p r o c e s s t u t o r i n g 独 创 性 声 明 木人声明所呈交的学位论文是木人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。 据我所知，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，也不包含为获得剑 . td匕或其他教 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谢意。 学 位 论 “ 作 者 签 - :# 4# 4 签 字 日 ” : 2 w 。 年 n 。 日 学位论文版权使用授权书 木学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规 定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查 阅和借阅。 木人授权合肥工业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学 “ 论 文 作 者 签 “ / 0 o ,呼 签 字 日 斌探 月 夺 日 导师签名 签 字 日 庐 jf 月 钾 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话: 邮编: 致谢 在此毕业前夕， 我衷心地感谢我的导师姚君遗教授。 姚老师自 入学以来给了 我很多深切的关怀， 尤其在我学习专业知识、 提高专业素养等方面做了精心地安 排和指导。同时，姚老师严谨的治学态度和渊博的知识也是我学习的典范。 在三年的研究生学习和生活过程中， 我还要特别感谢杨善林教授。 杨老师为 我们创造了良好的学习和研究环境， 并不断创造机会使我在理论和实践上都得到 了 很大的锻炼。 在论文的写作阶段， 杨老师丰富的专业知识、 广阔的 探求视野和 深刻的思想方法都给我留下了深刻的印象， 做出了关键性的指导。 同时， 杨老师 经常在做人和成才方面给予我们语重心长的教诲，使得我在研究生阶段受益非 浅。 在论文的选题和写作的整个阶段，马溪骏老师一直给予我极大的关心和鼓 励， 为我提供了很多富有启发性和建设性的建议， 对我论文的顺利完成起到了极 为重要的作用。 感谢我的指导教师梁昌勇老师， 他对我论文中的难点问 题给予了很多理论和 技术指导。 感谢刘业政老师，他在项目的实际工作中给予了我大量的指导。 同时感谢曾指导和帮助我开展研究工作的钟金宏老师、 朱卫东老师、 倪志伟 老师、任明伦老师、罗均老师、胡笑旋老师、张结魁老师等等。 在此， 也要对在我研究生生涯中给予我帮助和支持的同学们表示感谢， 他们 是:李毅、王 卜 堂、李家文、魏方传、潘若愚、高月芳、许君等。 感谢我的家人， 是他们在物质、 精神上的默默的支持和鼓励， 我才能取得今 天的进步。 储 , t* ,4 2 0 0 3 年5 月 日 第一章引言 川本文的研究背景 计算机于教育方面的 应用由 来己 久， 最早可以 追溯到 本世纪 5 0年代，i b m 公司开发出了 第一个计算机辅助教学系统 ( c o m p u t e r a s s i s t e d i n s t r u c t i o n , 简称 c a i ) 。 计算机的出 现， 对千百 年来“ 传道、 授业、 解惑” 式的教学提出了 挑战，同时也为提高教育质量和效果开辟了新途经、产生了新契机。 时间进入2 1 世纪以知识经济为基础的 信息时 代，人的智力成为最宝贵的 财 富， 在竞争激烈的外部环境和条件下， 人们产生了 不断更新与充实知识结构、 扩 展知识面的客观需要。 然而， 长期以 来， 由于各种历史、 社会、 经济以 及体制等 方面的原因， 教学资源分布不均以及受限访问是一种客观存在的社会现实， 接受 教育成为部分人享受的权利。 于是， 将优秀教学资源共享， 让更多的人能方 便地 进行访问 和学习的需求变得尤为迫切。随着计算机网 络及通信技术的飞速发展， 为这一需要提供了可实现的技术基础， 很快即诞生了基于w e b 的教育( 简称网络 教育) ，并迅速在全球得以普及。网 络教育已 成为目 前的一个热点研究和开发领 域。 网络教育的优势是明显的: 一方面， 它使得人们可以不受地域与时间的限制 去使用那些优秀的教学资源， 充分发挥互动和交流的优越性; 另一方面， 学习方 式也可以灵活选择， 既可以实现个别化的学习， 也可以实现协作式的学习， 从而 使学习的主动性、 积极性、 创造性得到充分的发挥; 第三， 网络教育中信息资 源 的多样性、 丰富性以及资源检索的便捷性更是传统教育不可比 拟的。 可以 这样说， 教育正向 着大众化、 社会化、 全球化的 方向发展， 将给人们提供开放、 平等、 协 作和竞争的学习和工作空间， 并且通过网络的桥梁“ 终生教育” 也能更便捷地得 以实现和普及。显然，网络教育代表着教育的未来。 近年来， 我国的网络教育得到了飞速的发展。 全国各地涌现出一大批中小学 教育网校， 又有7 0 多所重点高校开办了网络远程教育。 大力发展网 络远程教育， 对于促进我国教育的普及和建立终生学习体系， 实 现教育的 跨越式发展， 具有重 大的现实意义。网络教育呈现繁荣景象， 突出表现在很多 大中院校制作开发了 大 量的网络课件、 课件写作系统及远程教学系统， 为提供丰富的网上学习资 源， 促 进远程网 络教育的繁荣发挥了 积极的作用， 备受学习者的关注。 然而， 在使用网 络课件进行教学或学习的过程中也出现了很明显的不足， 主要表现在以下两个方 面: 第一，由于各网络教育系统的资源各成体系， 无法进行有效交流和共享， 实 现资源之间的互操作， 于是造成了 大量低水平的重复性开发工作。 1飞 那么， 如何 在先进的网络和通讯工具已提供了 基本技术的前提下， 实现教学资源通过网 络在 课程知识和教学管理水平上的互操作， 以 深入和扩大网络对教育的贡献呢? 2 0 0 0 年国家教育部提出的现代远程教育技术标准为整合和规范这些资源， 以及与应用 第一章引言 川本文的研究背景 计算机于教育方面的 应用由 来己 久， 最早可以 追溯到 本世纪 5 0年代，i b m 公司开发出了 第一个计算机辅助教学系统 ( c o m p u t e r a s s i s t e d i n s t r u c t i o n , 简称 c a i ) 。 计算机的出 现， 对千百 年来“ 传道、 授业、 解惑” 式的教学提出了 挑战，同时也为提高教育质量和效果开辟了新途经、产生了新契机。 时间进入2 1 世纪以知识经济为基础的 信息时 代，人的智力成为最宝贵的 财 富， 在竞争激烈的外部环境和条件下， 人们产生了 不断更新与充实知识结构、 扩 展知识面的客观需要。 然而， 长期以 来， 由于各种历史、 社会、 经济以 及体制等 方面的原因， 教学资源分布不均以及受限访问是一种客观存在的社会现实， 接受 教育成为部分人享受的权利。 于是， 将优秀教学资源共享， 让更多的人能方 便地 进行访问 和学习的需求变得尤为迫切。随着计算机网 络及通信技术的飞速发展， 为这一需要提供了可实现的技术基础， 很快即诞生了基于w e b 的教育( 简称网络 教育) ，并迅速在全球得以普及。网 络教育已 成为目 前的一个热点研究和开发领 域。 网络教育的优势是明显的: 一方面， 它使得人们可以不受地域与时间的限制 去使用那些优秀的教学资源， 充分发挥互动和交流的优越性; 另一方面， 学习方 式也可以灵活选择， 既可以实现个别化的学习， 也可以实现协作式的学习， 从而 使学习的主动性、 积极性、 创造性得到充分的发挥; 第三， 网络教育中信息资 源 的多样性、 丰富性以及资源检索的便捷性更是传统教育不可比 拟的。 可以 这样说， 教育正向 着大众化、 社会化、 全球化的 方向发展， 将给人们提供开放、 平等、 协 作和竞争的学习和工作空间， 并且通过网络的桥梁“ 终生教育” 也能更便捷地得 以实现和普及。显然，网络教育代表着教育的未来。 近年来， 我国的网络教育得到了飞速的发展。 全国各地涌现出一大批中小学 教育网校， 又有7 0 多所重点高校开办了网络远程教育。 大力发展网 络远程教育， 对于促进我国教育的普及和建立终生学习体系， 实 现教育的 跨越式发展， 具有重 大的现实意义。网络教育呈现繁荣景象， 突出表现在很多 大中院校制作开发了 大 量的网络课件、 课件写作系统及远程教学系统， 为提供丰富的网上学习资 源， 促 进远程网 络教育的繁荣发挥了 积极的作用， 备受学习者的关注。 然而， 在使用网 络课件进行教学或学习的过程中也出现了很明显的不足， 主要表现在以下两个方 面: 第一，由于各网络教育系统的资源各成体系， 无法进行有效交流和共享， 实 现资源之间的互操作， 于是造成了 大量低水平的重复性开发工作。 1飞 那么， 如何 在先进的网络和通讯工具已提供了 基本技术的前提下， 实现教学资源通过网 络在 课程知识和教学管理水平上的互操作， 以 深入和扩大网络对教育的贡献呢? 2 0 0 0 年国家教育部提出的现代远程教育技术标准为整合和规范这些资源， 以及与应用 资源相关的工具和环境提供了重要的依据。第二，课件呈现形式固定、单一化。 它们中大多数仅仅是将教师的教案通过网络， 以一些静态的、 简单的超文本页面 的形式呈现出来; 即使有些设计较好的课件通过动画、 模拟等方式加强与学习者 之间的交互， 却仍是直接、生硬地将既定的教学活动施加于学习者身上， 即以教 为主， 而忽视了学习者的自 身需要和他们的之间的差异。 事实上， 这些差异普遍 存在， 并且其类型也是多种多样的， 主要体现在学习者的认知水平和认知风格上， 不同的学习者其学习的进度、 知识获取方式、 在学习 过程中需要的帮助等等可能 都是不一样的。 显然， 对此的忽视与缺乏对网络教育的特殊性的认识相关。 因为 教师与学习者之间隔离了网络，就失去了传统课堂教学中师生面对面交流的优 势， 对教师来说， 难以及时、准确地捕获学习者学习情况的信息， 便难以针对具 有不同 特征的学习者实施不同的教学策略， 进行因材施教; 对学习者来说， 也就 难以得到来自 于普通课堂中的教师或优秀学生的智能和个性化的帮助。 而相比较 之下， 通过网络传播涉及更广泛教育范围的学习者更需要这种帮助， 因为他们可 能大多数时间是使用家中的计算机连接到网 上学习。 于是研究如何让计算机系统 能部分地代替教师的功能、 对学习者提供个性化指导便提上日 程了， 一个富有挑 战性的研究目 标是发展一种能提供某种程度自 适应和智能的高级网络教育应用。 这项研究的主题便是网 络智能授导系统 ( w e b - b a s e d i n t e l l i g e n t t u t o r i n g s y s t e m ， 简称w i t s ) . 智能 授导系统( i n t e l l i g e n t t u t o r i n g s y s t e m ， 简称i t s ) 是以学生为中心， 计算机为媒介， 利用计算机模拟教学专家的思维过程， 形成的 开放式人机交互系统。w i t s 是在 i t s 基础上的网络化。 它是一项涉及人工智能、 计算机及网络科学、 认知科学、 教育学、 心理学和行为科学的综合性课题， 其研 究的最终目 的是由 计算机系统负担学习者的引导者和帮助者， 即赋予计算机系统 以智能， 由 计算机系统在一定程度上模拟人类教师的行为， 指导学习者实现针对 其个性特征的最佳学习。 1 . 2国内外的研究状况 智能授导系统的前身是计算机辅助学习系统c a i 。 它是以计算机为媒介， 通 过学生一计算机之间的交互活动达到教学目 的的一种手段。 这种系统具备有限的 仿智能性， 能对特定领域中的用户实施教学、 并就其测试之后提供指导。 例如直 接为课程学习中提出的问题给出答案。这种系统的教学流程如图1 . 1 所示: 资源相关的工具和环境提供了重要的依据。第二，课件呈现形式固定、单一化。 它们中大多数仅仅是将教师的教案通过网络， 以一些静态的、 简单的超文本页面 的形式呈现出来; 即使有些设计较好的课件通过动画、 模拟等方式加强与学习者 之间的交互， 却仍是直接、生硬地将既定的教学活动施加于学习者身上， 即以教 为主， 而忽视了学习者的自 身需要和他们的之间的差异。 事实上， 这些差异普遍 存在， 并且其类型也是多种多样的， 主要体现在学习者的认知水平和认知风格上， 不同的学习者其学习的进度、 知识获取方式、 在学习 过程中需要的帮助等等可能 都是不一样的。 显然， 对此的忽视与缺乏对网络教育的特殊性的认识相关。 因为 教师与学习者之间隔离了网络，就失去了传统课堂教学中师生面对面交流的优 势， 对教师来说， 难以及时、准确地捕获学习者学习情况的信息， 便难以针对具 有不同 特征的学习者实施不同的教学策略， 进行因材施教; 对学习者来说， 也就 难以得到来自 于普通课堂中的教师或优秀学生的智能和个性化的帮助。 而相比较 之下， 通过网络传播涉及更广泛教育范围的学习者更需要这种帮助， 因为他们可 能大多数时间是使用家中的计算机连接到网 上学习。 于是研究如何让计算机系统 能部分地代替教师的功能、 对学习者提供个性化指导便提上日 程了， 一个富有挑 战性的研究目 标是发展一种能提供某种程度自 适应和智能的高级网络教育应用。 这项研究的主题便是网 络智能授导系统 ( w e b - b a s e d i n t e l l i g e n t t u t o r i n g s y s t e m ， 简称w i t s ) . 智能 授导系统( i n t e l l i g e n t t u t o r i n g s y s t e m ， 简称i t s ) 是以学生为中心， 计算机为媒介， 利用计算机模拟教学专家的思维过程， 形成的 开放式人机交互系统。w i t s 是在 i t s 基础上的网络化。 它是一项涉及人工智能、 计算机及网络科学、 认知科学、 教育学、 心理学和行为科学的综合性课题， 其研 究的最终目 的是由 计算机系统负担学习者的引导者和帮助者， 即赋予计算机系统 以智能， 由 计算机系统在一定程度上模拟人类教师的行为， 指导学习者实现针对 其个性特征的最佳学习。 1 . 2国内外的研究状况 智能授导系统的前身是计算机辅助学习系统c a i 。 它是以计算机为媒介， 通 过学生一计算机之间的交互活动达到教学目 的的一种手段。 这种系统具备有限的 仿智能性， 能对特定领域中的用户实施教学、 并就其测试之后提供指导。 例如直 接为课程学习中提出的问题给出答案。这种系统的教学流程如图1 . 1 所示: 第次猎第次错 图1 . 1 c a i 系统中的教学流程 从图1 . 1 中我们可以看出， c a i 系统的结构基本是线性或分支型的，它首先 将部分教学内容展示给学生，学生学习之后系统提出一系列问 题检验其学习效 果， 如果学生的回答是正确的就输入下一页的指导。 如果学生回答的不正确， 教 学内容就会重复予以呈现， 如果在内容重复过后， 学生仍然回答不正确， 那么系 统将显示补救性的教学内 容。 在指导结束时还可以有一套总结性的练习， 用于测 量学生的学习成绩如何. 这种c a i 系统在某种程度上适应了 学生的误解， 看起来有一些仿智能性。 然 而， 这一表现是系统的设计者参与到学生 可能发生的错误的结果。 它在设计阶段 通过分支结构得以实现。 如果系统的 设计者不参与解释学生的错误， 系统将不可 能提供帮助解决误解。 这样的系统不能和教师一样， 自 动地产生对特定环境的反 应。， 认识到传统计算机辅助教学系统的不足， 人们于是发展了智能授导系统。 国 外对工 t s 的 研究较多， 最为活跃的是 美国， 此外， 欧 洲、日 本、 加拿大等国也纷 纷投入人力、 物力和财力从事这方面的 研究。 其历史开始于本世纪6 0 年代， 当时 有人提出了自 适应c a i 系统的概念( 这种系统能使c a i 因材施教地适应不同学生 的不同水平要求) ， 并开发建立了一系列能够训练学习者进行计算和词汇记 忆的 系统。由于这类系统能够自 动选出难 度与学生能力相适应的问 题供学习者选用 因此称为自 适应教学系统， 它是 工 t s 的萌芽。到了7 0 年代， i t s 的研究才真正开 展起来。 第一个智能 授导系统是1 9 7 0 年美国b b n 公司研制成功的 s c h o l a r , 用于南美地理教学。 它应用人工智能的知识表达方法表示课件内容与结构， 能用 自 然语言讲授地理知识并进行教学问答。 不久， 该公司开始研究排除电路故障的 智能授导系统 s o p h i e ，它用电子仿真线路的方法，通过自 然语言指导学生检查 电路故障及其原因。1 9 7 6 年，该公司又开发了w e s t 系统，可以监测学生行为， 并通过游戏的形式鼓励学生学习 基本的 数学 技能。 后来又进一步研究了b u g g y , 它是一种在数学基础运算领域中( 特别针对减法) 诊断过程性错误的系统， 它能 准确地测定运算中的细微技能错误并说明错误原因。 此外， 在代数运算方面也出 现了一些指导学生发现与纠正概念错误的系统， 如m i t 的a d v i s o r ， 作为教学符 号运算系统m a c s y m a的教学系统， 能够在数学公式的化简与演算步骤上对学生进 行指导性帮助。1 9 7 5 年s t a n f o r d 大学开发t e x c h e c k ，它可以提供逻辑、集合 论等定理证明的完整教程，系统能通过自 然推理自 动生成题解。 七十年代后期至八十年代由于专家系统的发展比较成熟， 这就更促进了智能 授导系统的发展， 在这方面具有重要意义的 是s t a n f o r d 大学医学专家系统m y c i n 的智能教学系统 g u i d o n ，它直接利用m y c i n的专家知识库作为教材，通过病例 指导学生掌握医学知识。 英国l e e d s 大学的p s m 系统能够通过学生的解释帮助学 生掌握正确的磁核谱识读方法。 与此同时， 一般的学校和职业教育与训练课程中 也利用专家系统的设计思想把专门知识模块设计成具有启发式知识的专家系统 使学生逐步提高解题技能， 如帮助学生分析句子的i l i d a 系统， 指导船员学习掌 握航海设备的s t e a m e r 系统等。 这种智能 教学系统也 有人称之为基于专家的教学 系统。 例如b b n 的w h y 能够进一步就南美地理的 气象学知识指导学生掌握气象分 析的启发式知识. 另外， 人们又从认知心理学角度继续深入研究智能授导系统的 设计原理，c m u大学教授 a n d e r s o n 应用人类知识的 “ 行动”( a c t ) 理论建立智 能导师的研究就是个典型例子。他的l i s p 导师可以利用优秀学生的解题知识作 为指导。 进入九十年代以来，多媒体、超媒体、网络通信技术迅速兴起并蓬勃发展， 它们被应用到工 t s 中来，出 现了诸多基于网络的智能授导系统，如工 n t e r b o o k , p a t - i n t e r b o o k , c a l a t , v c p r o l o g t u o r , p r o u s t等等。另外， 由于对智能代 理的研究日 益受到重视， i t s 在这方面也取得了一些成果， 如c r a t e 研究中心开发 的教学代理s t e v e 和a d e l e 以 及n o r t h c a r o l i n a 大学多媒体实验室开发的教学 代理h e m a n t h e b u g 和c o s m 。 等. 除此之外， 九十年代中 后期智能 超媒体教学系 统 ( 也称自 适应超媒体系统)成了一个相对新的研究领域。所谓智能超媒体， 就 是将人工智能技术与超媒体的信息组织、 管理方式结合在一起而形成的智能型知 识( 或信息) 处理技术。在智能超媒体教学系统中 ， 授导模块可以利用超媒体提供 的友好界面来激发学生的学习兴趣和学习动机， 同时还可以 利用超媒体向学生提 供图文声像并茂的解释信息; 而超媒体模块则可利用知识推理技术实现教学内容 和教学策略的适应性控制， 对学生进行有针对性地指导。 因此， 智能超媒体教学系 统不仅综合了工 t s 系统和超媒体系统各自 的优点， 还有效地弥补了 它们各自 的不 足。当前， 智能超媒体教学系统的研制和开发已成为人工智能和多媒体教育应用 领 域 中 一 个 重 要 的 前 沿 课 题 。 (3 2 , 表 1 . 1 列出了一些典型的i t s 系统: 表 1 . 1典型的工 t s 系统 系统名称开发者开发时间教学领域关键技术 s c h o l a r c a r b o n e l l , c o l l i n s1 9 7 0南美地理自然语言对话 处理 s o p h i e b r o w n , b u r t o n1 9 7 3电子学对话教学 e x c h e c k s u p p e r1 9 7 5定理证明问题求解 w e s tb u r t o n 1 9 7 6算术 基于范例的教 学，游戏策略 w u s s o r g o l d m a n , b a r r1 9 7 7算术 游戏策略 g u i d o n c l a n c c y1 9 7 7医学 专家系统 w h y s t e v e n s , c o l l i n s1 9 7 8地理气象学 专家系统 b u g g y r o w n , v a n l e h n1 9 7 8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 n1 9 8 2算术 离线对话 l m ss l e e m a n 1 9 8 4 几何学错误产生式规 则 m e n dw o o l f 1 9 8 4 气象学 编程对话管理 p r o u s t j o h n s o n1 9 8 4编程技术 意图诊断 l i s p t u t o r a n d e r s o n , r e i s e r1 9 8 5 l i s p编程辅 导 认知建模， a c t 理论 s i e r r an l e h n 1 9 8 7 算术错误描述 s h e r l o 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 h y p e r f l e x k a p l a n 等人1 9 9 3 导航自 适应 i s i s -t u t o r b r u s i l o v s k y , p e s i n 1 9 9 4 集成超媒体 a n a t o m一 t u t o r b e a u m o n t1 9 9 4 导航和表示自 适应 k n -a h s k o b s a 等人1 9 9 4 自适应超文本 浏览，用户模 板 由于基础和技术条件的原因， 我国的智能授导系统研究 起步较晚， 但也做出 了一些有益的尝试。 8 0 年代初由师范大学的部分教师从跟踪国外先进技术入手， 开始了 解、 研究和探讨c a i 技术。 到8 0 年代中期， 随 着计 算机技术、 a i 技术的 发展日 趋成熟，我国的c a i 及工 t s 技术也发展起来。 8 0 年代末， 许多高 校都相 继成立了以工 研究中心，同时引进国 外以工 和 i t s 的先进技术， 对c a i 和i t s 及相关技术进行了大量研究与实践工作，并定期召开教学年会和现代教育研讨 会， 研究c a i 和工 t s 的理论与方法， 课件设计及开 发等。 9 0 年代， 我国c a i 及 i t s 的研究取得了 可喜的成绩，开发了 大量高 水平的协作课件工具及教学系统， 如理科教学软件: 几何专家 、 数学实验室一 立体几何 ， 北京大学计算机研究 所c a i 研究室开发的微积分智能教学专家系统、 大连理工大学的郭禾、 李德广等 开发的c o u r s e t a l k 智能写作环境，上海大学的王小辉等开发研制的k d i c a i s 系 统等等。 这些软件对我国的工 t s 发展 起到了 明 显的促 进作用。fe z 虽然i t s 系统有了这么多研究和发展， 但它自 身还有诸多不完善之处， 如体 系结构的丰富、 实现技术的优化等等， 更重要的是由 于其开发的复杂程度较高且 相对独立， 很多i t s 系统还停留 在实验室阶段， 或仅有有限范围的应用。 如何简 化其开发过程， 一个有效的途径就是结合现代远程教育技术标准， 充分利用现有 可重用的学习资源， 把其融入远程教学系统的 应用之中， 而对此的 研究目 前国内 基本处于空白。 1 . 3 本文研究的课题来源及研究内 容 本文研究的课题来源于教育部现代远程教育关键技术与支撵服务系统天地 网结合项目的一个子课题:教案的有效组织工具。该课题主要研究在远程教学 环境下，个性化网络课件的制作工具及网 络播放平台。本文是在此研究的过程 中 和基础上， 针对利用课件制作工具难以 创作出 符合学习 者个性的 课件的不足， 为实现个性化学习要求的进一步探讨，结合了国内外在此方面研究进行分析， 发掘其不足之处，在现代远程教育的新要求下，结合现代远程教育技术标准提 出了一个更具实用性、通用性的网络智能授导系统的基本框架、以 及实现其智 能行为的方法模型。 1 . 4 本文的内 容安排 本论文写作共分为七章内 容， 第一章是引 言部分， 介绍了 本文的 研究背景、 i t s 系统的国内外发展现状及本文主要的研究内 容: 第二章阐 述了 现代远程教育 技术标准体系的概况及其与网 络智能 授导系统( w i t s ) 的结合; 第三章在分 析大 量资 料的基础上， 总结了四种主要的系统智能 实现形式: 第四 章， 构 建了 一个基 于c e l t s 标准的w i t s 的优化的系统框架， 并从功能的角度对其作了 解释; 第五 章， 设计了表示课程结构的分层知识网络模型、 以 及基于该分 层网络的搜索算法: 第六章， 主要就系统中的初始编列和 过程导 学两个模块的 基本原理和方法进行了 探讨。 第七章， 对本文所做的工作进行总结， 并展望了 今后需要继续开展的研究。 i t s 的研究取得了 可喜的成绩，开发了 大量高 水平的协作课件工具及教学系统， 如理科教学软件: 几何专家 、 数学实验室一 立体几何 ， 北京大学计算机研究 所c a i 研究室开发的微积分智能教学专家系统、 大连理工大学的郭禾、 李德广等 开发的c o u r s e t a l k 智能写作环境，上海大学的王小辉等开发研制的k d i c a i s 系 统等等。 这些软件对我国的工 t s 发展 起到了 明 显的促 进作用。fe z 虽然i t s 系统有了这么多研究和发展， 但它自 身还有诸多不完善之处， 如体 系结构的丰富、 实现技术的优化等等， 更重要的是由 于其开发的复杂程度较高且 相对独立， 很多i t s 系统还停留 在实验室阶段， 或仅有有限范围的应用。 如何简 化其开发过程， 一个有效的途径就是结合现代远程教育技术标准， 充分利用现有 可重用的学习资源， 把其融入远程教学系统的 应用之中， 而对此的 研究目 前国内 基本处于空白。 1 . 3 本文研究的课题来源及研究内 容 本文研究的课题来源于教育部现代远程教育关键技术与支撵服务系统天地 网结合项目的一个子课题:教案的有效组织工具。该课题主要研究在远程教学 环境下，个性化网络课件的制作工具及网 络播放平台。本文是在此研究的过程 中 和基础上， 针对利用课件制作工具难以 创作出 符合学习 者个性的 课件的不足， 为实现个性化学习要求的进一步探讨，结合了国内外在此方面研究进行分析， 发掘其不足之处，在现代远程教育的新要求下，结合现代远程教育技术标准提 出了一个更具实用性、通用性的网络智能授导系统的基本框架、以 及实现其智 能行为的方法模型。 1 . 4 本文的内 容安排 本论文写作共分为七章内 容， 第一章是引 言部分， 介绍了 本文的 研究背景、 i t s 系统的国内外发展现状及本文主要的研究内 容: 第二章阐 述了 现代远程教育 技术标准体系的概况及其与网 络智能 授导系统( w i t s ) 的结合; 第三章在分 析大 量资 料的基础上， 总结了四种主要的系统智能 实现形式: 第四 章， 构 建了 一个基 于c e l t s 标准的w i t s 的优化的系统框架， 并从功能的角度对其作了 解释; 第五 章， 设计了表示课程结构的分层知识网络模型、 以 及基于该分 层网络的搜索算法: 第六章， 主要就系统中的初始编列和 过程导 学两个模块的 基本原理和方法进行了 探讨。 第七章， 对本文所做的工作进行总结， 并展望了 今后需要继续开展的研究。 第二章 现代远程教育技术标准体系及其与w 工 t s 的结合 2 . 1 现代远程教育技术标准体系发展 概况 国际上欧美一些国家对网络远程教育的技术标准研究较早， 目 前已 经形成了 若干较有影响的标准， 如: 国际电 气和电 子工 程师 协会学习 技术标准委员 会( 简 称i e e e l t c s ) 制定的i e e e p 1 4 8 4 标准; 美国 航空 工业计算机辅助训练委员 会 ( a i c c ) 提出的计算机管理教学标准;美国高级分布式学习 研究项目 ( a d d 建 立的可共享课程对象参考模型s c o r m ; i m s 全球学习联合公司提出的学习系统技 术规范等。 另外， 欧洲远程教育多 媒体 制作与 销 售网 联盟( a r i a d n e ) , 促进欧洲 社会教育和培训中使用多媒体工程 ( p r o m e t e u s ) 、欧洲标准委员会/ 信息社会标 准化系统 ( c e n i i s s ) 等组织也在进行多 媒体和远程 教学技术标准的 研究、 国际 合作及本土化工作。随着我国加入w t o ， 为方便与国际网上教育体系相沟通、 并 消除我国网络教育的一些弊端， 近年来加速了 对远程教育技术标准的研究立项和 步伐。 教育部科技司于 2 0 0 0年启动了 现代远程教育标准研究项目 ，简称 d l t s ( d i s t a n c e l e a r n i n g t e c h n o l o g y s t a n d a r d s ) 项目， 同 时成立t 现代远程教 育 标准化委员会。 该项目 以国际国内 现代远程教育的大发展与大竞争为背景， 以 促 进和保护我国现代远程教育的发展为出发点， 以实现资源共享、 支持系统互 操作、 保障远程教育服务质量为目 标，通过跟踪国际标准研究工作和引进相关国际标 准， 根据我国教育实际情况修订与创建各项标准， 最终形成有中国特色的 现代远 程教育标准体系。 为了 适应我国 教育 信息 化的 长 远发展， 2 0 0 1 年1 2 月， 教育 部 现代教育技术标准化委员会更名为教育部教育信息化技术标准委员会， 英文简称 为c e l t s c ( c h i n e s e e - l e a r n i n g t e c h n o l o g y s t a n d a r d i z a t i o n c o m m i t e e ) o 相应地，原发布之远程教育技术标准 ( d l t s ) 更名为网 络教育技术标准， 简称 c e l t s ( c h i n e s e e - l e a r n i n g t e c h n o l o g y s t a n d a r d i z a t i o n ) 系列标准。 目 前， 标委会已 提出了c e l t s 的体系框架和若千标准草案， 对其的 研究工作仍在继续 进 行 着。 ， 。: 2 . 2 c e l t s 的抽象层次结构 在c e l t s 中， 学习技术系统体系架构被描述为从最高级别到最低级别 ( 自 上 而下) 的五个连续的细化层。 每层在不同的水平描述了一个系统. 较低级层次是 较高级层次的实现;较高级层次是较低级层次的抽象。如图2 . 1 所示: 第二章现代远程教育技术标准体系及其与w i t s 的结合 2 1 现代远程教育技术标准体系发展概况 国球上欧美一些国家对鄹终远程教旁豹技术标准研究较早，髫薪已缀影成了 若干较脊影响的标准，如：国际电气和电子工程师协会学习技术标准委爱会( 简 称i e e el t c s ) 制定的i e e ep 1 4 8 4 标猴；美国航空工业计算机辅助训练委员会 ( a i c c ) 提出的计算梳管理教学标准；美国高缀分布式学习研究项耳( a d l ) 建 立的可熬享课稳对象参考模型s c o r m ；i m s 全球学习联合公司提出的学习系统技 术规范等。另终，欧溅遁程教蠢多媒体镪作与销售网联糕( a r i a d n e ) 、促进欧濒 社会教肖和培训中使用多媒体工程( p r o m e t e u s ) 、欧洲标准委员会信息社会标 准纯系统( e e n i s s ) 簿维缳氇在避嚣多豢钵窝运程教学按术标准翡疆究、餮舔 合作及本土化工作。随潜我国加入w t o ，为方便与国际网上教育体系相沟通、并 谤除我辍瞬络教簧数一蕉弊端，遁每寒麴速了聪远程教努技寒标准豹臻突立褒零 步伐。教育部科技司予2 0 0 0 馨启动了现代远程教育标准研究项目，简称d l t s ( d i s t a n c el e a r n i n gt e c h n o l o g ys t a n d a r d s ) 项强，阏慰成立了现代逡握教育 标准他委员会。该项哥】| 强国际圈内现代遗程教育的大发髅与大