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摘要:研究分析当前网络辅助教学系统存在的主要缺陷,引入智能代理技术,提出基于智能代理技术的全面辅助教学系统模型,重点说明本系统应具有的主要特点。本系统以期提高现有网络辅助教学网络系统的智能性、适应性、友好性、可维护性和可扩充性,增加人性化色彩,改善网络辅助教学的效果。
关键词:教学系统;网络教学;智能代理
网络辅助教学系统对推动“以教师为中心向以学生为中心转变”的教学模式改革,弥补信息化时代下传统教学模式的不足,切实满足目前高校实际教学中教师教学和学生学习的需要,支持实践性教学探究性学习等新型教学模式,全面提高人才培养质量具有巨大的应用价值。有鉴于此,全国大约1/3的高等教育、职业教育院校已经搭建了基于校园网的网络辅助教学系统。
现阶段的网络辅助教学系统在一定程度上实现了网络辅助教学,但也存在一些缺陷:
(1)系统多以呈现教学文本为主,缺乏充分的交互手段;
(2)系统缺乏智能,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;
(3)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;
(4)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;
(5)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;
(6)系统缺乏人文关怀。随着计算机技术、多媒体技术和网络技术的迅速兴起和广泛应用,教育技术进入了一个新的发展阶段,特别是智能代理技术的发展为网络辅助教学解决以上问题提供了新的思路和方法。
一、智能代理技术
智能代理技术由自含式软件程序构成,利用储存在知识库里的信息执行任务,具有高度智能性和自主学习性;智能代理间能进行交流,共同执行单个智能代理所不能胜任的任务;能根据系统定义的规则,主动地通过智能化代理服务器代理用户完成某项任务,并能推测用户的意图,自主指定、调整和执行工作计划;具有通过学习而获得知识、从经验中不断积累,提高处理问题的能力。智能代理在全面辅助教学系统中主要发挥5个方面的作用:动态跟踪过程实时监控、教与学的行为分析、信息的检索与过滤、协同学习和智能推理建议。通过这5个方面的作用,使得全面辅助教学系统可以利用智能代理技术实现对学生自主学习行为和教师的辅导行为的监督,并根据学生的学习情况、进度和效果给出具体的指导,为教师进行辅导提供智力支持。
二、基于智能代理的全面辅助教学系统的特点
1.基于智能代理技术
初步的智能代理技术主要针对以下需求:在网络辅助教学系统中,教师需要每一次登录系统去查看学生的作业提交情况、是否参与问题讨论及参与团队协作项目,以及学生是否提出了新的问题等。教师希望有一种简单易行的技术帮助其完成这些课程管理和教学管理方面的工作,这种技术的实现形式就如同一位助手,能够按照教师的意志代替教师完成许多耗时的工作,从而使教师从耗时的人工监控中解放出来。从学生的角度来看,学生不希望网络学习活动只是无目的的登录教学系统去查看教师是否发布最新教学通知,是否有最新的课程资源,教师是否回答了自己的提问,其他同学是否提出了新问题及是否得到解答,他需要自己学习过程中出现的一些问题能得到实时地提醒或解答,希望透过教学系统感受到教师和同学的存在并进行交流;另外也要求有一个能理解自己需求的助手为自己寻找需要的学习资料,或者代替自己接受来自教学系统的信息和资源。
本系统可用两种形式实现智能代理概念的教学应用:一种是助手型的,辅助教师完成教学管理的教师助手(Teacher Helper)和辅助学生完成个人学习管理的学生助手(Student Helper);另一种是代理型的,以教学代理(Pedagogical Agent)的形式出现在学生端,根据学生模型和要学习的知识确定学习过程,采集学习中的过程性数据给学生及时有效的反馈,教师籍此实现智能化教学,而学生也可获得适应性学习的体验。
教师助手的功能:
(1)常规检查:检查学生的作业完成、在线测试、问题的提出和解答及与他人(包括教师和同学)的交流情况。
(2)跟踪记录学生的学习倾向:抽取学习过程中所浏览网页内容的关键词、标题及学生在这个网页上的停留时间跟踪记录其学习倾向。
(3)课程维护管理:为教师提供个性化维护自己所教课程的界面,修改知识库,如本课程学习目标的调整和相关关键词的增加、删除、修改。
学生助手的功能:
(1)常规检查:自动代替学生检查要做的工作(如作业,问题的回答,与教师和同学的交流)。
(2)代理搜索:通过信息搜索Agent,学生助手根据学生提交的资料查询的线索进行查询;也就学生提出的问题寻找与此问题有关的学科专家或其他学伴寻求解答,同时检查别人对自己问题的回答情况,或者解答别人提交给自己的问题。
教学代理的功能:
合理规划和调整学习内容和进度,并具有推理诊断功能,诊断学生自主学习中的错误,分析原因并加以改进。可以全程监控并记录学生的整个学习过程,通过采集到的数据自动完善导学策略,使之更加符合学生本人的知识水准,并对教与学进行合理公正的评价,更好地提高学生自主学习的能力和效果。
这3类代理都为教师或学生提供个性化定制的界面,如教师助手要对在线测试成绩分数低于平均分的同学给予及时的邮件通知,对学习过程中浏览与本课程无关的网页停留时间过长者应给予警告。那么通过个性化定制界面,教师可自主设置上述分数、时间等阈值。
2.集成Instant Messaging(IM)的客户端代理软件工具
本工具为C/S结构,用户需要在本地安装并连接至网络服务器。该软件工具包含2个功能模块:点对点即时通讯工具和客户端系统代理。
(1)点对点即时通讯:即时通讯工具本身具有即时交流、身临其镜、交互自然等优点,在协作学习环境下即时通讯软件可以是一种教学媒体,成为与师生、生生沟通的工具,在教学互动、教学评价和小组学习讨论上充分发挥其作用。系统IM除具有一般即时通讯工具所具备的联系人管理、即时通讯功能外,还可根据系统使用情况自动添加课程用户(授课教师、同学名单)、网络社团和学习兴趣小组成员群。
①由系统设定或由用户任意建立讨论群组和讨论主题。
②每个讨论室有独立窗口,用户可同时在几个讨论室之间切换。
③完整保存交谈记录。
④可以互相传输文件。
⑤采用点对点通讯技术,点对点连接不到时,自动使用HTTP消息服务器转发,适应各种网络环境,不另开端口,安全性好。
⑥可方便地与手机短信平台结合。
⑦每个讨论室内都可以一对一、一对多、多对多地在线讨论。
(2)客户端系统代理:对于教师,客户端将自动接收系统课程中学生的提问、作业提交情况、讨论区最新留言、网络留言、站内邮件等信息通知;对于学生,客户端将自动接收系统课程最新通知、课件发布及学习资源更新通知、作业及测验发布通知、讨论区最新留言、网络留言、站内邮件、所参加的网络社团和学习兴趣小组网页内容更新通知等信息。
3.开放式智能答疑系统
目前,常见的网上辅导答疑有:课程论坛,E- mail,网上答疑室,语音或视频交流工具,无论哪种答疑方式,如果提问学习者过多,教师将无法及时进行解答,并给教师带来相当大的压力。另外,根据学科的教学经验,由于课程的内容具有经典和普遍意义,学习者对课程的理解一般都有相似之处,提出的问题有60%～70%是相同的。如果能有一种自动的答疑机制帮助教师来处理这些重复性的问题,则可减轻教师的负担,缩短学习者获得反馈的时间。自动答疑系统的出现不仅解决了上述问题,而且满足了学习者全天候动态、实时的答疑需求,提高教学效率的同时降低了教学成本。
智能答疑系统是一个具有知识存储、数据统计、逻辑推理、知识学习和实现友好人机交互的智能系统,其本质是一个具有智能性的知识系统。它能依照一定的匹配策略在知识库中自动检索问题,呈现给学习者有效答案,有开放的接口,能自动扩展和更新知识内容。
智能答疑系统可对一些简单的公共问题和概念提供详细的解答和解释,避免了教师花费大量时间和精力在基本概念的解释上,从而可以投入更多的时间和精力对疑难问题进行深入地讨论和交流。智能答疑系统的统计功能可对学生在课程学习中所反映出的共同问题进行统计数据分析,提供给授课教师、课件开发人员反馈信息,促进教学的内容、进度的调整以及教学的方式的改善,提高教学的效果。
智能答疑系统包含3个模块:自动答疑模块、异步交互模块、扩展搜索模块(如图1所示)。
(1)自动答疑模块:当学生遇到疑难问题时,首先进入自动答疑模块,学生用自然语言填写问题表单,系统将根据学生提交的问题描述,在FQA问题库及学科知识库中进行搜索。其中FQA问题库由课程任课教师整理形成,学科知识库则是经过授课教师或学科专家直接回答或审核过的正式解答。
(2)异步交互模块:当在问题库中没有匹配的答案时,用户可进入异步交互模块,寻求教师和其他学习者的帮助。此时,可有2个选择:一是可选择将该问题提交给授课教师,等待专业解答。学生提交问题后,系统会自动通知授课教师,教师可根据问题出现的共性选择是否将其收录入FQA问题库或学科知识库存档。二是可将该疑难问题进行悬赏,邀请其他学生用户对该问题进行解答。这种形式可充分调动学生的学习积极性,鼓励学生进行协作学习,回答问题者在解答别人问题的过程中,也将获得对问题更深层次的理解,促进知识的内化。对悬赏得到的答案,授课教师也可对其进行评估和打分,并根据问题和答案的价值选择是否将其收录入学科知识库存档。
(3)扩展搜索模块:对于系统最终呈现的解答,学生用户如果认为不满意,或者想对该知识点进行深入广泛地了解,可选择通过系统提供的搜索引擎进入互联网搜索相关知识,进行扩展学习。
4.辅助实验教学模块
实验教学是高等院校培养高素质合格人才的重要实践性环节,是学生巩固和加深理解理论知识,锻炼在实践中发现问题、分析问题和解决问题的能力,提高教学质量的重要途径。在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质,实现学校制定的专业培养目标等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用。随着实验教学改革的深入及开放性实验越来越受到从学校到教师的重视,构建基于网络技术的辅助实验教学系统将有力地推动实验教学内容与实验教学方法的深刻变革,也是目前高校实验教学迫切的需求。
本系统的辅助实验教学模块主要包含以下2个部分:
(1)辅助实验教学:实验室预约、实验报告在线提交、实验成绩并入课堂作业成绩管理、实验数据的存储与管理。
(2)开放性实验管理:开放型实验项目管理(包括教师和学生提交项目、项目审批、项目人员管理、项目组文档中心、项目进度管理)、实验室预约、开放性实验数据统计及报告、实验室资源使用率分析。
三、结束语
智能代理技术能有效地解决网络辅助教学中存在的一些问题,在教与学的过程中均能发挥很大的作用。如何开发具有个性化智能化的网络辅助教学系统目前已成为研究人员考虑的热点之一,随着各种技术的进一步发展,智能代理技术在网络教学系统中扮演的角色将越来越重要。本文提出了一个基于智能代理技术的全面辅助教学系统应具备的主要特点,可以根据不同认知水平和学习情况为学生和教师提供个性化的学习和教学环境,可以实现智能导学、智能导教、动态跟踪、智能评价、人文关怀和智能处理问题等功能,实现真正的全面辅助教学。
参考文献
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[2]李国徽,王洪亚.基于Agent的网上协同学习环境实现[J].微型电脑应用,2004,3:43～45
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[4]李伟超,牛改芳.智能代理技术分析及应用[J].情报杂志,2003,6:29～33
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[6]何克抗,李文光.教育技术学[M].北京师范大学出版社,2002
[7]徐英卓.基于多代理的智能化远程教学模型[J].计算机工程,2003,9:117～197
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[9]吴代贤,李建国.基于Agent的远程CAI系统研究[J].西南师范大学学报(自然科学版),2003,6:395～398
[10]文孟飞,徐峥立,阳春华.基于智能代理技术的远程开放网络教学系统[J].中国电化教育,2006,1:89～91
关键词:教学系统;网络教学;智能代理
网络辅助教学系统对推动“以教师为中心向以学生为中心转变”的教学模式改革,弥补信息化时代下传统教学模式的不足,切实满足目前高校实际教学中教师教学和学生学习的需要,支持实践性教学探究性学习等新型教学模式,全面提高人才培养质量具有巨大的应用价值。有鉴于此,全国大约1/3的高等教育、职业教育院校已经搭建了基于校园网的网络辅助教学系统。
现阶段的网络辅助教学系统在一定程度上实现了网络辅助教学,但也存在一些缺陷:
(1)系统多以呈现教学文本为主,缺乏充分的交互手段;
(2)系统缺乏智能,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;
(3)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;
(4)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;
(5)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;
(6)系统缺乏人文关怀。随着计算机技术、多媒体技术和网络技术的迅速兴起和广泛应用,教育技术进入了一个新的发展阶段,特别是智能代理技术的发展为网络辅助教学解决以上问题提供了新的思路和方法。
一、智能代理技术
智能代理技术由自含式软件程序构成,利用储存在知识库里的信息执行任务,具有高度智能性和自主学习性;智能代理间能进行交流,共同执行单个智能代理所不能胜任的任务;能根据系统定义的规则,主动地通过智能化代理服务器代理用户完成某项任务,并能推测用户的意图,自主指定、调整和执行工作计划;具有通过学习而获得知识、从经验中不断积累,提高处理问题的能力。智能代理在全面辅助教学系统中主要发挥5个方面的作用:动态跟踪过程实时监控、教与学的行为分析、信息的检索与过滤、协同学习和智能推理建议。通过这5个方面的作用,使得全面辅助教学系统可以利用智能代理技术实现对学生自主学习行为和教师的辅导行为的监督,并根据学生的学习情况、进度和效果给出具体的指导,为教师进行辅导提供智力支持。
二、基于智能代理的全面辅助教学系统的特点
1.基于智能代理技术
初步的智能代理技术主要针对以下需求:在网络辅助教学系统中,教师需要每一次登录系统去查看学生的作业提交情况、是否参与问题讨论及参与团队协作项目,以及学生是否提出了新的问题等。教师希望有一种简单易行的技术帮助其完成这些课程管理和教学管理方面的工作,这种技术的实现形式就如同一位助手,能够按照教师的意志代替教师完成许多耗时的工作,从而使教师从耗时的人工监控中解放出来。从学生的角度来看,学生不希望网络学习活动只是无目的的登录教学系统去查看教师是否发布最新教学通知,是否有最新的课程资源,教师是否回答了自己的提问,其他同学是否提出了新问题及是否得到解答,他需要自己学习过程中出现的一些问题能得到实时地提醒或解答,希望透过教学系统感受到教师和同学的存在并进行交流;另外也要求有一个能理解自己需求的助手为自己寻找需要的学习资料,或者代替自己接受来自教学系统的信息和资源。
本系统可用两种形式实现智能代理概念的教学应用:一种是助手型的,辅助教师完成教学管理的教师助手(Teacher Helper)和辅助学生完成个人学习管理的学生助手(Student Helper);另一种是代理型的,以教学代理(Pedagogical Agent)的形式出现在学生端,根据学生模型和要学习的知识确定学习过程,采集学习中的过程性数据给学生及时有效的反馈,教师籍此实现智能化教学,而学生也可获得适应性学习的体验。
教师助手的功能:
(1)常规检查:检查学生的作业完成、在线测试、问题的提出和解答及与他人(包括教师和同学)的交流情况。
(2)跟踪记录学生的学习倾向:抽取学习过程中所浏览网页内容的关键词、标题及学生在这个网页上的停留时间跟踪记录其学习倾向。
(3)课程维护管理:为教师提供个性化维护自己所教课程的界面,修改知识库,如本课程学习目标的调整和相关关键词的增加、删除、修改。
学生助手的功能:
(1)常规检查:自动代替学生检查要做的工作(如作业,问题的回答,与教师和同学的交流)。
(2)代理搜索:通过信息搜索Agent,学生助手根据学生提交的资料查询的线索进行查询;也就学生提出的问题寻找与此问题有关的学科专家或其他学伴寻求解答,同时检查别人对自己问题的回答情况,或者解答别人提交给自己的问题。
教学代理的功能:
合理规划和调整学习内容和进度,并具有推理诊断功能,诊断学生自主学习中的错误,分析原因并加以改进。可以全程监控并记录学生的整个学习过程,通过采集到的数据自动完善导学策略,使之更加符合学生本人的知识水准,并对教与学进行合理公正的评价,更好地提高学生自主学习的能力和效果。
这3类代理都为教师或学生提供个性化定制的界面,如教师助手要对在线测试成绩分数低于平均分的同学给予及时的邮件通知,对学习过程中浏览与本课程无关的网页停留时间过长者应给予警告。那么通过个性化定制界面,教师可自主设置上述分数、时间等阈值。
2.集成Instant Messaging(IM)的客户端代理软件工具
本工具为C/S结构,用户需要在本地安装并连接至网络服务器。该软件工具包含2个功能模块:点对点即时通讯工具和客户端系统代理。
(1)点对点即时通讯:即时通讯工具本身具有即时交流、身临其镜、交互自然等优点,在协作学习环境下即时通讯软件可以是一种教学媒体,成为与师生、生生沟通的工具,在教学互动、教学评价和小组学习讨论上充分发挥其作用。系统IM除具有一般即时通讯工具所具备的联系人管理、即时通讯功能外,还可根据系统使用情况自动添加课程用户(授课教师、同学名单)、网络社团和学习兴趣小组成员群。
①由系统设定或由用户任意建立讨论群组和讨论主题。
②每个讨论室有独立窗口,用户可同时在几个讨论室之间切换。
③完整保存交谈记录。
④可以互相传输文件。
⑤采用点对点通讯技术,点对点连接不到时,自动使用HTTP消息服务器转发,适应各种网络环境,不另开端口,安全性好。
⑥可方便地与手机短信平台结合。
⑦每个讨论室内都可以一对一、一对多、多对多地在线讨论。
(2)客户端系统代理:对于教师,客户端将自动接收系统课程中学生的提问、作业提交情况、讨论区最新留言、网络留言、站内邮件等信息通知;对于学生,客户端将自动接收系统课程最新通知、课件发布及学习资源更新通知、作业及测验发布通知、讨论区最新留言、网络留言、站内邮件、所参加的网络社团和学习兴趣小组网页内容更新通知等信息。
3.开放式智能答疑系统
目前,常见的网上辅导答疑有:课程论坛,E- mail,网上答疑室,语音或视频交流工具,无论哪种答疑方式,如果提问学习者过多,教师将无法及时进行解答,并给教师带来相当大的压力。另外,根据学科的教学经验,由于课程的内容具有经典和普遍意义,学习者对课程的理解一般都有相似之处,提出的问题有60%～70%是相同的。如果能有一种自动的答疑机制帮助教师来处理这些重复性的问题,则可减轻教师的负担,缩短学习者获得反馈的时间。自动答疑系统的出现不仅解决了上述问题,而且满足了学习者全天候动态、实时的答疑需求,提高教学效率的同时降低了教学成本。
智能答疑系统是一个具有知识存储、数据统计、逻辑推理、知识学习和实现友好人机交互的智能系统,其本质是一个具有智能性的知识系统。它能依照一定的匹配策略在知识库中自动检索问题,呈现给学习者有效答案,有开放的接口,能自动扩展和更新知识内容。
智能答疑系统可对一些简单的公共问题和概念提供详细的解答和解释,避免了教师花费大量时间和精力在基本概念的解释上,从而可以投入更多的时间和精力对疑难问题进行深入地讨论和交流。智能答疑系统的统计功能可对学生在课程学习中所反映出的共同问题进行统计数据分析,提供给授课教师、课件开发人员反馈信息,促进教学的内容、进度的调整以及教学的方式的改善,提高教学的效果。
智能答疑系统包含3个模块:自动答疑模块、异步交互模块、扩展搜索模块(如图1所示)。
(1)自动答疑模块:当学生遇到疑难问题时,首先进入自动答疑模块,学生用自然语言填写问题表单,系统将根据学生提交的问题描述,在FQA问题库及学科知识库中进行搜索。其中FQA问题库由课程任课教师整理形成,学科知识库则是经过授课教师或学科专家直接回答或审核过的正式解答。
(2)异步交互模块:当在问题库中没有匹配的答案时,用户可进入异步交互模块,寻求教师和其他学习者的帮助。此时,可有2个选择:一是可选择将该问题提交给授课教师,等待专业解答。学生提交问题后,系统会自动通知授课教师,教师可根据问题出现的共性选择是否将其收录入FQA问题库或学科知识库存档。二是可将该疑难问题进行悬赏,邀请其他学生用户对该问题进行解答。这种形式可充分调动学生的学习积极性,鼓励学生进行协作学习,回答问题者在解答别人问题的过程中,也将获得对问题更深层次的理解,促进知识的内化。对悬赏得到的答案,授课教师也可对其进行评估和打分,并根据问题和答案的价值选择是否将其收录入学科知识库存档。
(3)扩展搜索模块:对于系统最终呈现的解答,学生用户如果认为不满意,或者想对该知识点进行深入广泛地了解,可选择通过系统提供的搜索引擎进入互联网搜索相关知识,进行扩展学习。
4.辅助实验教学模块
实验教学是高等院校培养高素质合格人才的重要实践性环节,是学生巩固和加深理解理论知识,锻炼在实践中发现问题、分析问题和解决问题的能力,提高教学质量的重要途径。在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质,实现学校制定的专业培养目标等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用。随着实验教学改革的深入及开放性实验越来越受到从学校到教师的重视,构建基于网络技术的辅助实验教学系统将有力地推动实验教学内容与实验教学方法的深刻变革,也是目前高校实验教学迫切的需求。
本系统的辅助实验教学模块主要包含以下2个部分:
(1)辅助实验教学:实验室预约、实验报告在线提交、实验成绩并入课堂作业成绩管理、实验数据的存储与管理。
(2)开放性实验管理:开放型实验项目管理(包括教师和学生提交项目、项目审批、项目人员管理、项目组文档中心、项目进度管理)、实验室预约、开放性实验数据统计及报告、实验室资源使用率分析。
三、结束语
智能代理技术能有效地解决网络辅助教学中存在的一些问题,在教与学的过程中均能发挥很大的作用。如何开发具有个性化智能化的网络辅助教学系统目前已成为研究人员考虑的热点之一,随着各种技术的进一步发展,智能代理技术在网络教学系统中扮演的角色将越来越重要。本文提出了一个基于智能代理技术的全面辅助教学系统应具备的主要特点,可以根据不同认知水平和学习情况为学生和教师提供个性化的学习和教学环境,可以实现智能导学、智能导教、动态跟踪、智能评价、人文关怀和智能处理问题等功能,实现真正的全面辅助教学。
参考文献
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[8]陈凯泉,李艺.智能代理:网络教学的角色变革趋势[J].现代远程教育研究,2002,2:30～34
[9]吴代贤,李建国.基于Agent的远程CAI系统研究[J].西南师范大学学报(自然科学版),2003,6:395～398
[10]文孟飞,徐峥立,阳春华.基于智能代理技术的远程开放网络教学系统[J].中国电化教育,2006,1:89～91