教育的信息化、科学化与智能化PPT课件

.,1,教育的信息化、科学化与智能化,崔光佐，教授，北京大学现代教育技术中心副主任2007年11月于南京理工大学,.,2,主要内容,对教育的理解教育信息化模型与演变E-learning的效率与局限性教育过程的有效性验证教育的科学化与智能化将来的趋势与期望,.,3,人类与世界,实际世界(人,社会,自然),知识世界,认识和实践,方法:教+学+实验,人的模型,教育的作用,.,4,教育的因素及其关系,教育内容,教育手段,教育者,受教育者,教育理论,教育技术,学习理论,学习技能,教学设计,关于世界的知识,方法、策略、工具,学习过程:复杂的主动过程,教学设计,.,5,教育的目的：知识及能力,感性知识及其获得能力,理性知识以及获得能力,解决问题的能力,环境,描述性知识与程序性知识,知识的分类,.,6,解决问题的能力,社会环境,自然环境,利用知识解决问题:(1)个人问题:身体生存精神感受(2)社会问题:人与人之间的关系和矛盾等(3)自然界问题:现实与希望之间的差别,2,2,2,3,3,3,.,7,如何获得知识和能力？,学习活动,学习方法,学习理论,教育活动,教育方法,教育理论,教与学环境和工具,.,8,教育的层次结构,教育方法、教育策略,教育理论：解释,教育哲学：应该是什么？应该如何做？,一般哲学,教育技术：实际的对象具体的教育内容、学生、工具等,教育理论：抽象的对象对所有对象所适合的方法和模型。,以教育总体为研究对象,以整个世界为研究对象,教育信息化的主要内容,.,9,教育信息化,国外也称为e-learning是一种教育技术通过使用计算机技术、信息技术、通信技术（InformationandCommunicationTechnology,ICT）来增强教育的技术。,.,10,教育信息化（e-learning）的内容,学期计划,经过教育的人,教育评估,人,招生入学,毕业结业,学习成绩,大学教育过程,教授活动,学习活动,课程考核,教学过程,教务管理,教育管理,课程计划,管理改革,教学评估,教学设计,N,教学内容,.,11,教育信息化(e-learning)模型,技术实现,课件设计,受教育者,内容呈现,交互反馈,教育评估,教育理论,教育方法,教育研究,教育者,教育服务器,课件资源,教育理论,教育方法,教育研究,教育研究,教育研究,教育实践,教育媒介ICT技术,教学服务器替代教师的部分工作提高了教学效率（是否提高了学习质量？）,完成内容传输和交互,为教育内容和教育行为建立模型,.,12,E-learning技术随ICT的演变,处理技术,表示技术,Data-Level,Information-L,Knowledge-L,DataProcess,InformationProcess(SQL),Metadata,MetadataProcess(XML),KnowledgeProcess(OWL),通信技术,Wired,Wireless,Ubiquitous,Mobile,网络技术,BinaryProtocolTCP/IP,TextProtocolHttp,MetadataProtocolWWW,SemanticProtocol,数据层,元数据层,。,知识层次机器理解,知识处理智能工具,网络教育,移动教育,普适教育,教育语义网,.,13,移动教育、普适教育m-learning,u-learning,技术实现,课件设计,受教育者,内容呈现,交互反馈,教育评估,教育理论,教育方法,教育研究,教育者,教育服务器,课件资源,教育理论,教育方法,教育研究,教育研究,教育研究,教育实践,数据表示元数据表示,多种网络类型无线、移动,多种类型设备内容访问,任何设备、任何网络、任何时间、任何地点访问,.,14,技术上的难题,北京大学网络教学平台课件目前使用手机或PDA无法浏览,网络课件,统一资源访问：（1）资源制作一次（2）不同设备都可以访问该资源；,.,15,解决的基本原理,PDA设备,PC机,资源：形式+内容,资源：内容+形式,自适应算法,制作,.,16,用树表示整体资源,根,内容结点,所选择的结点之间语义相关较差,每种设备具有特定的屏幕大小和应用软件,所选择的结点之间应该具有可理解的语义关系如何保证？,.,17,内容的表示应该含有语义,表示结点：基本概念或已经定义的概念,表示连接：基本关系或已经定义的关系,本体技术,.,18,内容的表示：从数据到知识,数据表示使用二进制格式数据表示内容，如doc、ppt文件局限性：计算机能处理；人和机器都无法理解语义元数据表示对数据表示的对象进行信息描述，如文件描述信息局限性：计算机可以查询、统计；人和机器可以了解部分信息，但无法理解具体内容。知识表示（本体表示）对领域包含的基本概念和基本关系进行规定和形式化表示-领域本体。基于领域本体描述具体内容。特点：人和机器都可以了解内容，便于机器理解和智能处理,.,19,例子：作业的知识表示（参考）,作业本体：定义好的概念和关系,语义Web工具：支持本体构建；应用对象的描述；应用对象的理解；领域应用的判断和推理,包含关系,定义为,包含关系,类型,题干,题肢,.,20,教育语义Web,代码,行为模块,资源模块,MetadataStandards元数据标准,人工开发,教育应用,素材,自动组装,APIInterface,教育本体,逻辑推理，理解语义,.,21,基于语义web服务和智能规划的服务自动组装平台,可用的基本服务,服务执行,装入教育本体包含领域知识,直接插入已有的服务,输入需求自动组装,产生新的服务OWL-S描述,1,2,3,4,5,.,22,基于本体的教育资源搜索引擎提高查全率和查准率,标引处理,用户接口,提问处理/检索匹配,教育本体,.,23,基于本体的搜索引擎,.,24,基于本体的移动教育平台,Interface-1,Interface-0,Interface-n,Interface-2,Interface-m,教育服务Service,系统/子系统,DeviceBinding,具体设备,用户界面,SemanticWebService教育本体,上下文感知组装,不同设备,.,25,PDA界面,PDA手机界面,.,26,E-learning认知过程分析,.,27,大脑中央处理机,工作记忆,长期记忆,工作设备,WorldWideWeb,传统存储设备，图书馆等,E-learning中的认知存储模型,内部存储,电子存储,物质存储,天然接口,人机接口,人工接口,通信技术,大脑,.,28,学习过程中的例外事件,大脑学习:发生在大脑内部,学习例外:发生在学习过程内部，大脑不能解决的事件。学习中断：来自学习过程的外部的中断学习的事件。,.,29,E-learning学习中的事件分析,大脑学习,大脑学习,大脑学习,大脑学习,学习例外,外部事件,学习中断,.,30,E-learning学习的效率分析,学习任务,例外/中断,开始时间,结束时间,启动开销:Tei,恢复开销:Ter,例外进度:Tep,大脑学习:Tbl,任务的大脑学习时间:Ttbl,.,31,E-learning的效率模型,教育信息化(e-learning)能够大大提高学习的效率,E-learning减少了例外准备和返回时间,.,32,个体的学习效果分析：内部过程,学习效率完成给定学习任务/需要的学习时间学习质量掌握知识的程度（知识加工深度）利用所学知识解决问题的能力,.,33,学习的发生：心理角度,来自密西根大学人工智能实验室,注意,需要动机信念毅力,外部信息,.,34,信息工具的作用：认知心理角度,需要动机信念毅力,注意,.,35,教育的质量效果分析：教育角度,E-learning的作用,教的有效性,学习的主动性,如何保证其有效性,教育理论,教育方法,教学设计,教学实现,实际的教与学的过程,.,36,如何验证教学的有效性？,学期计划,经过教育的人,教育评估,人,招生入学,毕业结业,学习成绩,大学教育过程,教授活动,学习活动,课程考核,教学过程,教务管理,教育管理,课程计划,管理改革,教学评估,教学设计,N,教育信息化：能够保证教学信息的快速反馈；但不能自动分析问题原因；更不能给出改进建议,能不能：在实际教育之前就能科学预测？,教学内容,.,37,如何验证教学的有效性？,这样的教育为什么是有效的?,逻辑证明:LogicmodelOfKnowledgeInstruction-DesignteachingLearning,模拟:ComputationalModelofKnowledgeInstruction-designTeachingLearning,教学试验:Withrealpractice,教育内容世界的知识知识表示教师内容设计:如何编排内容环境设计:物理的精神的教育实施教育手段教育方法，教育策略教育工具学习获取知识、技能知识获取的能力解决问题的能力,目标,支持加强,.,38,教学试验验证的局限性：非科学,教育理论,教育方法策略,教学设计（+内容）,教学实现,教学活动,学习活动,学习效果,教学过程的有效性依赖学习效果,教学效果能否证明教学过程有效性？,隐式效果显式效果短期效果长期效果,？,很难定位到具体教学环节,.,39,教学的有效性验证分析,教学设计,实际教学,学习过程,学习效果,教学目标，教学内容，学生特点等,逻辑关系,概念定义,设计结果,如何预测教学设计,教的效果,.,40,早期：行为理论的定义,什么是学习?行为的改变(Birkenholz,1999)以前：将人视为黑盒子对人类社会以及自然界了解不充分不能科学学习,Sensor,Motor,NervousSystem,Brain（Control）,Mind(Memory),环境（社会+自然界）,输出,输入,decide,decide,decide,Person,.,41,对人的更深入研究和理解,但现在：黑盒子正在打开心理学:精神过程和行为脑科学:物理过程自然知识越来越了解社会知识越来越了解人的知识越来越了解,Sensor,Motor,NervousSystem,Brain（Control）,Mind(Memory),环境（社会+自然界）,行为输出,信息输入,decide,decide,decide,学习的逻辑过程学习的物理过程都已经并正在取得进展我们渴望在不久的将来能够获得更科学详细的表述,.,42,新环境下的教和学,指导学习（教师、智能工具）教育将会是什么样?信息技术起很么作用呢？,Sensor,Motor,NervousSystem,Brain（Control）,Mind(Memory),真实环境,行为输出,展示，文字，声音,decide,decide,decide,世界的知识：信息世界,信息服务,智能工具:信息技术支持知识处理基于人的智能原理代替心智处理逻辑推理，判断决策等,多媒体动画主动性,智能教育工具,教师,.,43,信息工具的作用：认知工具,需要动机信心毅力,智能教育工具,.,44,信息工具的作用：大脑的延伸,长期记忆,感觉器官,工作记忆,环境（社会，自然）,中央控制器,运动器官,工作设备,可靠自由连接,普适环境，自然接口,语义Web，知识网络,人,智能应用,期望信息工具在教育中更多替代脑力劳动,.,45,信息工具如何替代脑力劳动？,技术,实际的世界：复杂多变,抽象的世界：关心部分,理论,抽象和分类：把握本质,哲学,脑力劳动,体力劳动,物质工具,信息工具,机器完成设计工作,.,46,自动设计的条件,技术,实际的世界：复杂多变,抽象的世界：关心部分,理论,抽象和分类：把握本质,哲学,精神工具,机器设计,工具能理解,规范化形式化,形式化，可计算,.,47,教学设计自动化,学生获得知识和能力,学习活动：主体学生,教学活动：主体教师,教和学的实际环境,教学设计,教学方法、教学策略,教育理论：解释,教育哲学：应该是什么？应该如何做？,一般哲学,.,48,教学设计自动化的前提,机器可理解的教育理论（教,学,内容，学习者）：公理化形式化公式化称为教育的科学化可计算的教育理论：多项式可计算递归可计算可转化为可计算基于以上理论和信息工具支撑的教育称为教育的智能化,.,