智能教学系统

1、浙江师范大学 教育学院西南大学 教育学院http:/ 1.人工智能与知识心理学人工智能与知识心理学2.2. 智能教学系统与知识工程智能教学系统与知识工程3. 3. 人工智能的教育应用及其分类人工智能的教育应用及其分类4. 4. 我们的相关工作我们的相关工作内容提要内容提要人工智能与知识心理学智能智能与人工智能人工智能 智能智能 是一个人在运用以往积累的知识、经验解决实际问是一个人在运用以往积累的知识、经验解决实际问题的能力。题的能力。 它表现为注意力、记忆力、理解力、计算力、综合它表现为注意力、记忆力、理解力、计算力、综合分析能力和创造力等。分析能力和创造力等。 人工智能人工智能（Artifi

2、cial Intelligence: AI） 是运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科是运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科 是计算机科学的一个分支是计算机科学的一个分支, ,也是一门交叉和边缘学科也是一门交叉和边缘学科 AIAI研究处于信息技术发展的研究处于信息技术发展的前沿前沿，它的研究和应，它的研究和应用在一定程度上反映了信息技术的发展方向。用在一定程度上反映了信息技术的发展方向。AI的目标的目标 一段对话： 人工智能奠基者之一西蒙(H. A. Simon)：“人工智能是人工智能是指计算机所表现出的那种如果由人表现出来就会被称指计算机所表现出的那种如果由人表现出来就会被称为智能的行

3、为为智能的行为.” 美国梅隆研究所计算中心的项目负责人：“人类的智人类的智能除去学习能力外，还有其他方面，如他们具有创造能除去学习能力外，还有其他方面，如他们具有创造性，灵感，还有幽默感和情绪，那么人工智能也能具性，灵感，还有幽默感和情绪，那么人工智能也能具有所有这些吗有所有这些吗?” 西蒙(肯定地回答)：“那是可能的那是可能的.” AI的近期目标：使机器具有智能 AI的远期目标：制造出智能机器认知心理学认知心理学 狭义概念：认知心理学认知心理学是用信息加工的观点和术语，通过与计算机相类比，模拟、验证等方法来研究人的认知过程（也称信息加工心理学）。 基本观点: 把人看成信息传递和加工系统 广义

4、概念：认知心理学认知心理学是研究人类知觉、学习、记忆与思考过程的心理学分支。 Cognitive psychology- The study of how people perceive, learn, remember, and think about information. 企图了解人的智能的性质以及人们是怎样思维的认知心理学的研究方法方法方法说说 明明优点优点缺缺点点實驗法在特定時間、地點蒐集行為樣本獲得因果推論結果不易外推生心研究 利用解剖或其他生理測量與造影技術研究動物與人類大腦獲得生理資料技術門檻較高自陳法透過參與者的報告蒐集其正在發生或已經發生的認知活動資料獲得內省資料主觀因素

5、影響個案研究 深入研究單一個體並獲得概括性結論獲得詳盡資料結果無法外推自然觀察 觀察現實生活中各種情境提高外推效度缺乏嚴格控制電腦模擬 透過電腦模仿人類認知行為探索各種可能技術門檻較高认知心理学的关注点认知心理学的关注点 知觉 记忆 知识的表征与结构 决策与推理 人工智能 问题解决 认知神经科学 语言 认知发展 注意力与意识(例如:游戏上瘾问题）AIAI研究的重点内容研究的重点内容人工智能研究人工智能研究与认知心理学认知心理学认知心理学的创始人U. Neisser： 计算机出现后，人们对内部心理过程和状态的分析便突然不再是某种可疑的或矛盾的事情了。认知心理学利用了AI的研究成果：1. 用产生式

6、系统(Prodution System)来表现认知的技能就是人工智能研究对认知技能(Cognitivie Skills)获取作出的贡献2. 一些认知心理学家正在考虑把计算机语言作为认知科学研究中使用的语言，通过用计算机语言模拟人的复杂行为去研究认知过程AIAI是认知心理学产生的重要外部条件是认知心理学产生的重要外部条件AIAI也应当充分利用当代认知心理学的最新成果也应当充分利用当代认知心理学的最新成果知识心理学知识心理学由于认知心理学认知心理学研究知识的表征与组织、利用知识推理、知识的获取，因此可称其为知识心理学知识心理学。 丁峻，知识心理学，三联书店上海分店，2006.11整合哲学、认知心理

7、学、教育心理学、审美心理学、科学心理学和艺术心理学等相关学科的概念理论、思想方法与实证方法；对人类知识的结构类型、生成机制、传播方式、转化途径、进化规律、心脑系统的知识化重构逻辑、学习主体成才创造之知识策略、社会组织及国家关于自主创新工程的战略设计与思想路径等多元内容，进行多学科层面的阐述。 知识心理学 = 认知心理学 ！？！知识表示陈述性知识 陈述性知识：描述事物状况的知识。 表征形式：命题、图式（框架）等 图式的获得与改进（学习）： 知识表示程序性知识 程序性知识：关于怎样做事的知识。 表征形式：产生式系统（规则： IF THEN） 例：教师处理不专心学生的产生式系统程序性知识与推理：专家

8、系统知识获取部分解释部分工作记忆区知识库推理机人机 界 面 一类模拟专家经验和推理过程一类模拟专家经验和推理过程来完成复杂专业任务的软件来完成复杂专业任务的软件。基基本本结结构构：演示演示问题解决的经典研究问题解决的经典研究问题解决是所面对的问题得到解决的认知活动是所面对的问题得到解决的认知活动 。问题解决的策略（以状态空间搜索为例）（以状态空间搜索为例）1.1. 盲目搜索盲目搜索2.2. 启发式搜索启发式搜索问题解决的近期研究：专长的发展 新手 专家 的成长之路：1.知识的程序化：由陈述性知识向程序化知识转化2.学会使用知识：由战术学习向策略信息的转变3.对问题的表征：深层与抽象4.对问题的

9、记忆：多而大的记忆组块 参见：吴庆麟，认知教学心理学，上海科学技术出版社，2000智能教学系统智能教学系统与知识工程知识工程智能教学系统 智能教学系统 是借助人工智能技术，让计算机扮演教师的角色实施是借助人工智能技术，让计算机扮演教师的角色实施个别化教学，向不同需求不同特征的学习者传授知识、提供指导的一个别化教学，向不同需求不同特征的学习者传授知识、提供指导的一种适应性学习支持系统。种适应性学习支持系统。智能教学系统的不同表述：1.1.IISIIS，Intelligent Instruction System Intelligent Instruction System 智能教学系统智能教学系

10、统2.2.ITSITS，Intelligent Tutoring System Intelligent Tutoring System 智能授导系统智能授导系统3.3.ITSITS，Intelligent Tutor System Intelligent Tutor System 智能导师系统智能导师系统4.4.ICAIICAI，Intelligent Computer-Assisted Instruction Intelligent Computer-Assisted Instruction （SystemsSystems）智能计算机辅助教学系统智能计算机辅助教学系统5.5.AISAIS，A

11、daptive Instructional SystemsAdaptive Instructional Systems 自适应教学系统自适应教学系统 我国教育技术学专业2001-2006的学位论文情况：关键词硕士论文博士论文 智能教学系统（IIS）20篇1篇 智能授导系统（ITS）4篇1篇 智能导师系统（ITS）1篇 智能计算机辅助教学系统（ICAI）31篇智能教学系统智能教学系统的特征特征与构架构架智能教学系统的特征：1. 能了解学生的学习情况2. 能进行有针对性的教学3. 可以用自然语言交互学生模型教师模型智能接口教师模型教师模型相当于相当于专家系统专家系统的推理机的推理机ITSITS 也

12、称为也称为 教学专家系统教学专家系统ITS 国际会议8thJune 26-30,2006Jhongli, Taiwan, China7thAugust 30-Sept. 3, 2004Maceio, Alagoas, Brazil796thJune 2-7, 2002Biarritz, France andSan Sebastian, Spain985thJune 19-23, 2000Montreal, Canada674thAugust 16-19, 1998San Antonio, Texas, USA653rdJune 12-14, 1996Montreal, Canada752ndJ

13、une 10-12, 1992Montreal, Canada781st1988Montreal, CanadaITS国际会议：论文主题 论文主题论文主题届别届别2nd3rd4th5th6th7th合计（篇）合计（篇）特邀论文特邀论文66565634ITS结构结构 856610540著作系统著作系统 42636829学生模型学生模型 1166641043教学策略教学策略 8756531协作学习协作学习0753621认知模型认知模型653317教学评价教学评价4325844教学代理教学代理5910327自然语言对话和分自然语言对话和分布式学习环境布式学习环境 12911121155智能远程教育智

14、能远程教育358基于基于Web的的 ITS1521018模拟模拟369其他其他232022610990合计（篇）合计（篇）787565679879462ITS的发展趋势的发展趋势 自组织与个性化的信息系统新的人工智能研究趋势New AI: Toward Self-Organizing and Personalized Information Systems 克劳斯.迈因策尔（德国奥克斯堡大学跨学科信息科学研究所） 现代学习理论的应用现代学习理论的应用 将现代学习理论用于ITS，可以激发学生的学习兴趣和学习主动性，为学生建构知识提供有效的信息，满足学生个性化学习的需求。 智能代理技术的应用智能代

15、理技术的应用 智能代理技术是由各种技术支撑着的，许多实用的应用特性的集合，系统正是利用这些特性来扩展并达到能自动执行用户委托任务的目的。 自然语言处理技术的应用自然语言处理技术的应用 通过自然语言人机接口更加方便地进行人机交互；实现知识点之间的层次关系和复杂的语义联系；技术实现知识的查找和利用；进行跨语种的知识学习。 虚拟现实技术的应用虚拟现实技术的应用 虚拟现实技术是多媒体技术的最新发展，在ITS中，可以通过在虚拟环境中的亲身体验，来达到演示、操作的教学目的，也为增强学生的学习实践提供了方便、高效的途径。对“知识工程”的解读“知识工程是应用人工智能的原理与方法, 对那些需要专家知识才能解决的

16、应用难题提供求解的手段” 斯坦福大学费哥巴姆(Feigenbaum) , 1977 知识工程的主要课题： 知识的表示、利用知识推理、知识获取广义的知识工程学：“一门研究人类智能及人类知识的机理以及如何用机器模拟人的智能并促进人类知识发展的学科”（黄荣怀，2004）被泛化了的概念：中央宣传部、文化部、国家教委、等九部委发出在全国组织实施“知识工程”的通知，并附“全国知识工程实施方案”， 以发展图书馆事业为手段，以倡导读书、传播知识、推动社会文明与进步为目的的一项社会文化系统工程。我国近十年AI教育应用的研究马颖峰、肖晓飞，马颖峰、肖晓飞，AI AI 教育应用研究的回顾与反思，教育应用研究的回顾与

17、反思，现代教育技术，现代教育技术，20062006（4 4）AIAI的教育应用的教育应用之之分类分类从应用对象看，从应用对象看，“计算机的教育应用计算机的教育应用”包括（包括（3L3L）：1. 学习计算机 (Learn about computer)；2. 用计算机学习(Learn with computer)；3. 从计算机学习(Learn from computer)。同理，同理，“AIAI的教育应用的教育应用”包括：包括：1. 学习AI(Learn about AI) 把AI作为学习对象，内容包括AI的基础知识、基本技能及其对社会的影响等。2. 用AI学习(Learn with AI)

18、学生把AI技术与工具作为学习工具，主要包括用AI来处理信息。3. 从AI学习(Learn from AI) 教师把AI作为一种辅助的教学工具来辅助教学、辅助测试、辅助备课、管理教学等工作。人工智能的教育应用人工智能的教育应用 研究框架研究框架 学学人工智能人工智能 走进人工智能的神秘殿堂走进人工智能的神秘殿堂1、人工智能与高中人工智能课程2、人工智能语言与程序3、知识及其表示4、人机博弈与智能化搜索5、推理技术与专家系统6、机器学习与神经网络7、机器翻译与自然语言处理8、人工智能的进一步探索 教教人工智能人工智能 课程改革视野中的人工智能课程改革视野中的人工智能1、人工智能教育概述 2、高中人

19、工智能课程的目标与要求3、人工智能课程的国际比较4、人工智能课程的教学设计5、人工智能课程的教学策略6、人工智能课程的教学评价 7、教学平台与教学案例8、人工智能教学存在的问题与对策 用用人工智能人工智能 用人工智能技术优化教学用人工智能技术优化教学1、智能教学系统概述2、智能教学系统的结构与技术3、智能教学系统的设计 4、智能化答疑系统5、智能化教育决策支持系统6、基于Web的智能化教学系统7、智能代理技术的教育应用8、典型系统实例分析 机器人机器人教育教育 机器人教育与学生创新能力培养机器人教育与学生创新能力培养1. 机器人与机器人教育2. 教育机器人的构成与原理3. 机器人课程的目标与教

20、学设计4. 机器人课堂教学的实施与评价5. 机器人竞赛的类型与规则6. 机器人竞赛的辅导与组织7. 人工智能技术与智能机器人8. 机器人教育存在的问题与对策关于关于“教教人工智能人工智能” 以高中人工智能课程为例多多媒媒体体技技术术应应用用 算算法法与与程程序序设设计计数数据据管管理理技技术术 网网络络技技术术应应用用 信息技术基础信息技术基础关于人工智能教育：关于人工智能教育： 我国高中我国高中信息技术信息技术新课程的构成新课程的构成必修课必修课（2 2学分）学分）选修课选修课(2+X(2+X学分学分) )英国中学英国中学ICTICT课程的基本构成课程的基本构成 计算（Computing）信

21、息系统（Information Systems）中级Intermediate2高级Higher高级提升Adv HigherInt 2HigherAdv Higher起步水平标准等级标准等级(General level) 或或计算（计算（Int 1）标准等级标准等级 (Credit level) 或或计算（计算（Int 2）计算计算（Higher） 标准等级标准等级 (General level) 计算计算研究研究或或 计算计算(Int 1)标准等级标准等级 (Credit level) 计算计算研究研究 或或 信息系信息系统（统（Int 2）信息系统信息系统（Higher）强制性单元计算机系统

22、计算机系统 软件开发软件开发 计算机项目计算机项目 计算机系统计算机系统 软件开发软件开发软件开发软件开发 (20 小时小时)计算机项计算机项目目(60 小时小时)计算机应用计算机应用软件软件 (Int 2) 数据库系统数据库系统(Int 2) 数据库系统数据库系统(H) 信息组织信息组织(H) 数据库系数据库系统统(AH)（20小时小时)信息系统信息系统项目项目(AH) （60 小时小时)可选单元N/A人工智能人工智能程序设计程序设计 计算机网络计算机网络多媒体技术多媒体技术人工智能人工智能计算机系计算机系统统数据通讯数据通讯IT在社会中在社会中的应用的应用 (Int 2) 多媒体多媒体(I

23、nt 2) 因特网因特网 (Int 2) 计算机应用计算机应用软件软件(H) 专家系统专家系统 (H) 超媒体超媒体 (H) 多媒体多媒体 (AH) 自然语言自然语言处理处理 (AH) 系统分析系统分析与设计与设计(AH) 单元评价11 小时小时10小时小时45 分分20小时小时6小时小时45分分14小时小时30分分18小时小时40分分考核1 小时小时30分分2小时小时30分分2小时小时30分分1小时小时30分分2小时小时30分分2小时小时30分分 英国英国James Gillespies 中学的中学的AI教学教学高中教材高中教材: 人工智能初步第第1章章 初识人工智能初识人工智能1.11.1什么是人工智能什么是人工智能1.21.2人工智能可以为我们做什么人工智能可以为我们做什么第第2章章 了解人工智能语言了解人工智能语言2.12.1了解了解PrologProlog2.22.2使用使用PrologProlog2.32.3人工智能语言人工智能语言第第3章章 用计算机表示知识用计算机表示知识3.13.1知识及其类型知识及其类型3.23.2知识表示入门知识表示入门3.33.3知识表示的常用方法知识