智能教学系统与知识心理学课件

1、智能教学系统与知识心理学张剑平浙江师范大学 教育学院西南大学 教育学院/zjp智能教学系统与知识心理学人工智能与知识心理学智能教学系统与知识工程人工智能的教育应用及其分类我们的相关工作内容提要人工智能与知识心理学智能与人工智能智能是一个人在运用以往积累的知识、经验解决实际问题的能力。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。人工智能（Artificial Intelligence: AI）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,也是一门交叉和边缘学科AI研究处于信息技术发展的前沿，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。AI的目标一段

2、对话：人工智能奠基者之一西蒙(H. A. Simon)：“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有所有这些吗?”西蒙(肯定地回答)：“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狭义概念：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概念：认知心理学是研究人类知觉、学习、记忆与思

3、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说 明优点缺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

4、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）AI研究的重点内容人工智能研究与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：用产生式系统(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)获取作出的贡献一些认知心理学家正在考虑把计算机语

5、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AI是认知心理学产生的重要外部条件AI也应当充分利用当代认知心理学的最新成果知识心理学由于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。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

6、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来完成复杂专业任务的软件。基本结构：演示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 。问题解决的策略（以状态空间搜索为例）盲目搜索启发式搜索估价函数：f (n)=d(n)+h(n)问题解决的近期

7、研究：专长的发展 新手 专家 的成长之路：知识的程序化：由陈述性知识向程序化知识转化学会使用知识：由战术学习向策略信息的转变对问题的表征：深层与抽象对问题的记忆：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智能教学系统与知识工程智能教学系统 （IIS，Intelligent Instruction System）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。智能教学系统的不同表述：IIS，Intelligent Instruction System 智能教学系统ITS

8、，Intelligent Tutoring System 智能授导系统ITS，Intelligent Tutor System 智能导师系统ICAI，Intelligent Computer-Assisted Instruction （Systems）智能计算机辅助教学系统AIS，Adaptive Instructional Systems 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篇智能教学系统的特征与构架智能教

9、学系统的特征：能了解学生的学习情况能进行有针对性的教学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相当于专家系统的推理机ITS 也称为 教学专家系统ITS 国际会议届时间地点论文数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, 199

10、8San Antonio, Texas, USA653rdJune 12-14, 1996Montreal, Canada752ndJune 10-12, 1992Montreal, Canada781st1988Montreal, CanadaITS国际会议：论文主题 论文主题届别2nd3rd4th5th6th7th合计（篇）特邀论文66565634ITS结构 856610540著作系统 42636829学生模型 1166641043教学策略 8756531协作学习0753621认知模型653317教学评价4325844教学代理5910327自然语言对话和分布式学习环境 1291112115

11、5智能远程教育358基于Web的 ITS1521018模拟369其他232022610990合计（篇）787565679879462ITS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，

12、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

13、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。AI的教育应用及其研究分类我国近十年AI教育应用的研究马颖峰、肖晓飞，AI 教育应用研究的回顾与反思，现代教育技术，2006（4）AI的教育应用之分类从应用对象看，“计算机的教育应用”包括（3L）：学习计算机 (Learn about com

14、puter)；用计算机学习(Learn with computer)；从计算机学习(Learn from computer)。同理，“AI的教育应用”包括：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。用AI学习(Learn with AI) 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。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 研究框架学人工智能 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

15、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 用人工智能 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

16、8、典型系统实例分析机器人教育 机器人教育与学生创新能力培养机器人与机器人教育教育机器人的构成与原理机器人课程的目标与教学设计机器人课堂教学的实施与评价机器人竞赛的类型与规则机器人竞赛的辅导与组织人工智能技术与智能机器人机器人教育存在的问题与对策关于“教人工智能” 以高中人工智能课程为例多媒体技术应用 算法与程序设计数据管理技术 网络技术应用 人工智能初步 信息技术基础关于人工智能教育： 我国高中信息技术新课程的构成必修课（2学分）选修课(2+X学分)1 2 3 4 5英国中学ICT课程的基本构成 计算（Computing）信息系统（Information Systems）中级Intermed

17、iate2高级Higher高级提升Adv HigherInt 2HigherAdv Higher起步水平标准等级(General level) 或计算（Int 1）标准等级 (Credit level) 或计算（Int 2）计算（Higher） 标准等级 (General level) 计算研究或 计算(Int 1)标准等级 (Credit level) 计算研究 或 信息系统（Int 2）信息系统（Higher）强制性单元计算机系统 软件开发 计算机项目 计算机系统 软件开发软件开发 (20 小时)计算机项目(60 小时)计算机应用软件 (Int 2) 数据库系统(Int 2) 数据库系统(

18、H) 信息组织(H) 数据库系统(AH)（20小时)信息系统项目(AH) （60 小时)可选单元N/A人工智能程序设计 计算机网络多媒体技术人工智能计算机系统数据通讯IT在社会中的应用 (Int 2) 多媒体(Int 2) 因特网 (Int 2) 计算机应用软件(H) 专家系统 (H) 超媒体 (H) 多媒体 (AH) 自然语言处理 (AH) 系统分析与设计(AH) 单元评价11 小时10小时45 分20小时6小时45分14小时30分18小时40分考核1 小时30分2小时30分2小时30分1小时30分2小时30分2小时30分 英国James Gillespies 中学的AI教学高中教材: 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