第六章 人工智能教育 第二节 人工智能教育应用

第六章 人工智能与教育第二节 人工智能教育应用学习要点掌l 了解教育技术中的 AI领域l 掌握智能导师系统的构成l 了解智能答疑系统与教学自动化系统l 掌握智能代理的概念、特点及其应用一、教育技术中的 AI领域l 从应用对象看， “ 计算机的教育应用 ” 包括（ 3L） ：l 学习计算机 (Learn about computer)；l 用计算机学习 (Learn with computer)；l 从计算机学习 (Learn from computer)。l 同理， “ AI的教育应用 ” 包括： 学习 AI(Learn about AI)把人工智能作为 学习对象 ，内容包括人工智能的基础知识、基本技能及其对社会的影响等。 用 AI学习 (Learn with AI)学生把 人工智能 技术与工具作为 学习工具 ，主要包括用 人工智能 来处理信息。例：智能搜索引擎 从 AI学习 (Learn from AI)教师把 人工智能 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。多媒体技术应用 算法与程序设计数据管理技术 网络技术应用 人人工工智智能能初初步步 信息技术基础高中 信息技术 新课程的构成必修 （ 2学分） :选修 (2+X学分 ):信息获取信息获取信息加工与表达信息加工与表达信息资源管理信息资源管理信息技术与社会信息技术与社会1 2 3 4 5高中教材 : 人工智能初步 第 1章 初识人工智能1.1 什么是人工智能1.2 人工智能可以为我们做什么第 2章 了解人工智能语言2.1 了解 Prolog2.2 使用 Prolog2.3 人工智能语言第 3章 用计算机表示知识3.1 知识及其类型3.2 知识表示入门3.3 知识表示的常用方法第 4章 用计算机推理4.1 什么是 专家系统4.2 专家系统如何工作4.3 如何开发专家系统第 5章 用智能搜索解决问题5.1 可以通过搜索求解的问题5.2 穷举式搜索5.3 启发式搜索与博弈第六章 人工智能的发展与未来6.1 人工智能的发展6.2 人工智能的未来张剑平主编教育科学出版社2004高中人工智能教材的比较研究人工智能教育对于信息素养培育的重要作用 l 对多种思维方式的培养和信息素养的综合锻炼结构化问题的解决： 程式化的解决方法非结构化、半结构化问题的解决： 知识推理l 体验人类专家解决复杂问题的思路，提高学生的逻辑思维能力 Jonassen认为：那些自行设计专家系统的学生将会在这种活动中受益匪浅，因为这是一个对所学知识进行深度加工的过程。 l 了解信息技术发展的前沿，激发对信息技术未来的追求 l 它将信息检索从目前基于关键词层面提高到基于知识（或概念）层面，对知识有一定的理解与处理能力，能够实现分词技术、同义词技术、概念搜索、短语识别以及机器翻译技术等。智能搜索引擎允许网民采用自然语言进行信息的检索，为他们提供更方便、更确切的搜索服务。这类搜索引擎的代表有：尤里卡、问一问、 21ilink、孙悟空、悠游等；国外代表： Ask jeeves、 Google等。 二、人工智能教育应用概述l （一）智能导师系统l 1.定义： 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、提供指导的一种适应性学习支持系统。l 就本质上看，以下系统是相同的： ITS， Intelligent Tutoring System ICAI,Intelligent Computer-Assisted System IIS， Intelligent Instruction System AIS， Adaptive Instructional Systemsl 2.ITS的模块l 系统试图传授给学生的知识，代表了专家的智能；l 了解每个学生的学习能力、认知特点和当前知识水平；l 能根据学生的特点选择最适当的教学内容和教学方法，并可对学生进行针对性的个别指导；l 能理解人类自然语言的人机接口模块。 专家模块 学生模型 教师模型 智能界面（ 1）专家系统模块l 知识类型 : l 陈述型知识l 程序型知识l 元知识l 基本功能： l 能理解自然语言，允许用自然语言提出各种询问l 具有较强的联想能力，能根据对需求的大致描述找到有关知识l 具有推理能力，能根据存储的知识，演绎出所需的答案l 具有较强的知识获取能力，并具有自学功能l 关键：使智能系统具有专家知识，或说使教学专家与计算机进行 “知识交流 ”(这个过程称为知识处理 )。l 知识处理包括 知识表示、 知识获取和知识管理 三个过程。l 知识表示形式：l 语义网络 可用来表示事实性知识l 产生式规则用来表示技能知识和建立解决方法的模块l 问题解答法则表达课程知识l 混合知识表达法表达课程内容并回答学生提问和评价答案的正确性（ 2）学生模块l 任务：存储学生对所教课程内容的理解能力，建立目的是对学生的错误及其解答问题的策略进行分析，使教学模块能指出错误的原因并给出正确的解题方法，从而提高学生的知识及能力。（ 3）教师模块（教学模块）l 任务 :与学生进行交流并为他们选择合适的问题，对答案进行评价，对学生请求给予帮助并给出解决问题的方法和手段，必须包括自然语言识别、教学方式及课程内容的知识。l 教学策略l 基于诊断模块的教学策略：通过评价学生的答案来判断学生的理解力，在通过程序反馈来告诉学生用错了哪些知识和遗漏了哪些该用的知识。l 测验学习者已有知识程度策略。l 辅导式教学策略：鼓励学生执行一些像游戏一样具有积极性的教学程序，从中培养学生获取知识和解决问题的能力。3.智能导师系统实例l （ 1） AEDLE智能导师l （ 2） Z Z智能教学系统（ 1） ADELEl 作者：美国南加利福尼亚大学信息科学学院l 功能：临床医学诊断的教学l 由模拟角色、解释引擎、会话管理器三部分组成，可以利用因特网进行远程教学。l 基于病例的临床诊断：l 系统向学生提供某一特殊的医学条件和病例，让学生通过练习和 ADELE系统适当的引导来学习临床医学知识。 ADELEAgent for Distance Education Light Edition可重复使用的数据库案例库病例库仿真环境评估参考资料最好的练习模型教学模型任务模型（ 2） Z Z智能教学系统l 由中科院张景中院士主持开发的智能教育系列软件，包括初中代数、三角函数、解析几何、立体几何、初中物理、初中化学等多个软件。l 基本功能 :l 能够进行智能解题、人机交互、自动推理和动态作图。l 该软件已经通过审定并作为教育部推荐软件列入中小学教材图书目录。（二）智能答疑系统l 1.定义：智能答疑系统是将来自各地学生的问题和老师的解答有机的组织起来存放至相应的答疑库中，通过自然语言的语义理解技术来分析并自动匹配学生所提出的问题，自动给予问题解答的系统。2.智能答疑系统模型学生提出问题给出答案提出问题 Internet资源问题解答库专家分发系统教师将问题和答案加到问题和解答库中3.智能答疑系统的关键技术l 标准化技术l 自然语言理解技术l 数据统计与挖掘技术l 教育搜素引擎技术（三）教学设计自动化l 1.教学设计自动化工具：l 专家系统：它可以根据教学设计人员提供的信息，提出关于课程组织、内容结构、教学策略等方面的建议。 l 咨询系统：致力于辅助或训练教学设计人员来完成给定的任务。咨询系统将教学设计人员的能动性和创造性摆在首位，力争为其提供建议和指导，使开发人员能在开发的过程中就进行对学习理论、教学理论的学习。 咨询系统所特有的一个组件 是将用户的请求进行语意识别、翻译成程序可执行的代码，并与后台知识库建立连接，查找到相关信息的语意识别和查询组件。 l 信息管理系统：将教学设计过程中的相关信息，如学习者特征、知识库、知识内容的多媒体表现形式、不同的教学 /学习策略、参考案例等进行管理，允许用户以多种形式进行检索，并以多种方式呈现出来。信息管理式教学设计自动化工具对用户的要求较高，需要其有一定的教学设计经验和操作其他类似工具的经验。 l 电子绩效支持系统：是一种软件系统，其中用户能够与系统进行交互以获得各种各样的当地的或者分布式的帮助和资源，以支持个人或者群体用户的学习、问题定向的思考和协作等活动。l 写作工具l Macromedia Authorware 4.0, Aim Tech IconAuthor, WBT Systems TopClass和 Asymetrix Toolbook。 （四）基于智能代理的网络教学系统l 1.代理定义：l 广义：人类、物理世界的机器人和信息世界的软件机器人。l 狭义：信息世界中的软件机器人或称 软件 Agent，他是代表用户或其它程序，以主动服务的方式完成一组操作的机动计算实体。1.主动适应，在完成操作的过程中，它可以获得、表示并在以后的操作中利用关于操作对象的知识以及关于用户意图和偏好的知识。2.主动 Agent，即对一些任务无需用户发出指令，只要当前状态符合某种条件，就可以代表用户或其它程序完成相应的操作。在所处的计算环境中灵活的访问机制，以及同其他 Agent通信和协作的机制。l 2.智能代理（ Intelligent Agent） ：自动执行用户委托的任务的计算实体。