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【摘 要】本文讨论基于Client/Server的智能计算机辅助教学(ICAI)的实现技术,据此采用VB、SQL Server、IIS等开发平台,建立了一个用于高等数学教学的ICAI试验系统。
【关键词】Client/Server;CAI;ICAI;课件
1.引言
传统的CAI课件系统是在单机上将全部教学内容,以编程的方式預置于课件中。学生学习时,教学过程是按课件规定的路径和内容展开的。由于缺乏必要的通信手段和智能特性,无法实现任课教师与学生之间的交互,和按学生的不同认知能力准备教案的因材施教教学。随着计算机网络技术的日臻成熟,人工智能在专家系统领域取得的成功,为CAI的发展提供了新的空间。由此CAI的发展方向在于网络化、智能化。
将用于教学的内容、刻画学生的认知模型所必需的数据资料保存在Server端。教师在教研室通过Client,负责实现对Server端教学内容的更新与维护。学生在多媒体教室通过Client与Server相连,实现对教学内容的学习,学习结束后,学生客户端软件将依据学生对知识点的掌握情况,为其自动修改认知模型。督导人员在教务处通过Client与Server相连,实现对教学过程的监督与引导。
3.2 认知模型的建立
ICAI强调要按学生不同的认知模型,为其准备不同的教学内容,用以实现个别化教学与启发式教学。受认知心理学与教育学发展的制约,目前还无法准确地建立出单个人的认知模型。
3.3 智能化教学过程的实现
借鉴专家系统的设计方法,实现ICAI课件系统中的智能功能。在该系统中组织了相应的规则库、事实库(学习历史纪录库)和推理实现机制。规则库由册、章、节、超文本教案地址、阀值及多个前提组成,反映对该节的学习应满足的前提条件。学习历史库由册、章、节、认知等级、已学次数组成,反映学生对该节的认知能力。规则库的内容由教师负责修改。学生的学习历史纪录,在库中按每个人一张表组织,其内容在每次学习之后,由学生客户端软件依据该生对知识点的掌握情况自动修改。推理过程由专用的推理模块,按规则库提供的规则与学生学习历史纪录库提供的事实做出判断。通过学生在每节教学内容学习完成之后,对所附习题回答的准确率,将其认知能力划分成高、中、低三个层次,并将这个结果保存在学生学习历史纪录库中。学生下一次使用该系统进行学习时,该系统会按其不同的认知能力,为他准备相应难度的教学内容。不难看出,这种对认知能力的衡量是动态的。若学生不想按系统默认的进度学,则要求学生自行选择学习内容。若所选内容已经学过,则根据其当时所获得的等级为他准备学习内容;否则将视规则库及学习历史纪录中的内容,判断其是否可学而定。
3.3.1 阀值的给定
当学生完成对某一节的内容学习之后,回答系统提问所得的分数小于该节所具有的阀值时,系统并不会将该节标志为已学。所以该生下次登录时,系统将强制他对该节的内容进行重新学习。通常,那些在本学科中具有特殊重要地位的章节具有较高的阀值。
3.3.2 系统的安全技术
由于ICAI会针对用户不同的认知模型(高、中、低)准备不同的教学内容,所以为确保对用户认知模型刻画的准确程度,要求学生在使用学生客户端软件时,需用自己的姓名和口令向系统登记。当验正该生是系统的合法用户后,将到学生资料库中读取相应的资料,送给ICAI的分析模块用以构建该生的认知模型,作为教学的依据。如不是系统的合法用户,将要求学生进行简单的注册,如实填写部分信息后成为系统的合法用户,并在学生资料库中为其分配一个缺省值,作为他第一次使用该系统时构建认知模型的依据。
4.一个试验性系统
根据上述思想建立了一个基于Client/Server模式,用于高等数学教学的ICAI试验系统。该系统的Server端采用SQL Server 6.5组织管理“学生库”(用来存放学生资料、答题档案、学习历史纪录)和“知识库与规则库”(含问题库、试题库、规则库、通讯库与试卷备份库)。用于教学的教案被组织成超文本形势,由服务器上运行的Windows NT Server 的IIS(Internet Information Server)管理。Client端采用VB 5.0中文企业版作为开发平台。
它的主要特点是具有智能性,技术先进、结构清晰、交互能力强、界面友好、操作方便、扩充性强等。提供给学生学习的内容采用先进的超媒体组织结构,利用WWW上处理图、文、声、像等多媒体数据的能力和优势,并配有鼠标选中区域高亮、背景声效等多种形式化的表现方式,使设计出的系统以生动、灵活、逼真的方式吸引学生学习《高等数学》,充分调动学生学习的积极性和主动性,加深学生对课程的印象及重点、难点的理解。在试验班级中取得了良好的教学效果。教师客户端与督导客户端的引入,使学生、教师、督导人员能互通信息,协作教学,故该系统具有很强的生命力与实用性。
参考文献:
[1] 周竹荣、张小真,ICAI与超文本的综合集成,计算机研究与发展,Vol.35,No.8 Aug.1998
[2] 王昌达,基于Client/Server的CAI课件系统的设计与实现,1999年江苏理工大学硕士学位论文,指导教师詹永照副教授
[3] Stephen Wynkoop,Special Edition Using Microsoft SQL Server 6.5 Second Edition,Copyright 1997 By Que Corporation
【关键词】Client/Server;CAI;ICAI;课件
1.引言
传统的CAI课件系统是在单机上将全部教学内容,以编程的方式預置于课件中。学生学习时,教学过程是按课件规定的路径和内容展开的。由于缺乏必要的通信手段和智能特性,无法实现任课教师与学生之间的交互,和按学生的不同认知能力准备教案的因材施教教学。随着计算机网络技术的日臻成熟,人工智能在专家系统领域取得的成功,为CAI的发展提供了新的空间。由此CAI的发展方向在于网络化、智能化。
将用于教学的内容、刻画学生的认知模型所必需的数据资料保存在Server端。教师在教研室通过Client,负责实现对Server端教学内容的更新与维护。学生在多媒体教室通过Client与Server相连,实现对教学内容的学习,学习结束后,学生客户端软件将依据学生对知识点的掌握情况,为其自动修改认知模型。督导人员在教务处通过Client与Server相连,实现对教学过程的监督与引导。
3.2 认知模型的建立
ICAI强调要按学生不同的认知模型,为其准备不同的教学内容,用以实现个别化教学与启发式教学。受认知心理学与教育学发展的制约,目前还无法准确地建立出单个人的认知模型。
3.3 智能化教学过程的实现
借鉴专家系统的设计方法,实现ICAI课件系统中的智能功能。在该系统中组织了相应的规则库、事实库(学习历史纪录库)和推理实现机制。规则库由册、章、节、超文本教案地址、阀值及多个前提组成,反映对该节的学习应满足的前提条件。学习历史库由册、章、节、认知等级、已学次数组成,反映学生对该节的认知能力。规则库的内容由教师负责修改。学生的学习历史纪录,在库中按每个人一张表组织,其内容在每次学习之后,由学生客户端软件依据该生对知识点的掌握情况自动修改。推理过程由专用的推理模块,按规则库提供的规则与学生学习历史纪录库提供的事实做出判断。通过学生在每节教学内容学习完成之后,对所附习题回答的准确率,将其认知能力划分成高、中、低三个层次,并将这个结果保存在学生学习历史纪录库中。学生下一次使用该系统进行学习时,该系统会按其不同的认知能力,为他准备相应难度的教学内容。不难看出,这种对认知能力的衡量是动态的。若学生不想按系统默认的进度学,则要求学生自行选择学习内容。若所选内容已经学过,则根据其当时所获得的等级为他准备学习内容;否则将视规则库及学习历史纪录中的内容,判断其是否可学而定。
3.3.1 阀值的给定
当学生完成对某一节的内容学习之后,回答系统提问所得的分数小于该节所具有的阀值时,系统并不会将该节标志为已学。所以该生下次登录时,系统将强制他对该节的内容进行重新学习。通常,那些在本学科中具有特殊重要地位的章节具有较高的阀值。
3.3.2 系统的安全技术
由于ICAI会针对用户不同的认知模型(高、中、低)准备不同的教学内容,所以为确保对用户认知模型刻画的准确程度,要求学生在使用学生客户端软件时,需用自己的姓名和口令向系统登记。当验正该生是系统的合法用户后,将到学生资料库中读取相应的资料,送给ICAI的分析模块用以构建该生的认知模型,作为教学的依据。如不是系统的合法用户,将要求学生进行简单的注册,如实填写部分信息后成为系统的合法用户,并在学生资料库中为其分配一个缺省值,作为他第一次使用该系统时构建认知模型的依据。
4.一个试验性系统
根据上述思想建立了一个基于Client/Server模式,用于高等数学教学的ICAI试验系统。该系统的Server端采用SQL Server 6.5组织管理“学生库”(用来存放学生资料、答题档案、学习历史纪录)和“知识库与规则库”(含问题库、试题库、规则库、通讯库与试卷备份库)。用于教学的教案被组织成超文本形势,由服务器上运行的Windows NT Server 的IIS(Internet Information Server)管理。Client端采用VB 5.0中文企业版作为开发平台。
它的主要特点是具有智能性,技术先进、结构清晰、交互能力强、界面友好、操作方便、扩充性强等。提供给学生学习的内容采用先进的超媒体组织结构,利用WWW上处理图、文、声、像等多媒体数据的能力和优势,并配有鼠标选中区域高亮、背景声效等多种形式化的表现方式,使设计出的系统以生动、灵活、逼真的方式吸引学生学习《高等数学》,充分调动学生学习的积极性和主动性,加深学生对课程的印象及重点、难点的理解。在试验班级中取得了良好的教学效果。教师客户端与督导客户端的引入,使学生、教师、督导人员能互通信息,协作教学,故该系统具有很强的生命力与实用性。
参考文献:
[1] 周竹荣、张小真,ICAI与超文本的综合集成,计算机研究与发展,Vol.35,No.8 Aug.1998
[2] 王昌达,基于Client/Server的CAI课件系统的设计与实现,1999年江苏理工大学硕士学位论文,指导教师詹永照副教授
[3] Stephen Wynkoop,Special Edition Using Microsoft SQL Server 6.5 Second Edition,Copyright 1997 By Que Corporation