浅谈对基于Web的ICAI智能辅助教学系统的研究

摘要： 基于网络的智能计算机辅助教学系统是一种智能化的、开放的、灵活的学习方式，它改变了传统学习的模式，是对传统学习的巨大革命，相对传统学习有着不能比拟的优势。本人通过对ICAI的系统研究，在本文中详细阐述了ICAI的体系结构、相关理论依据以及B/S体系结构的设计。

关键词： ICAI；B/S；智能化

中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）04-0136-010引言

ICAI系统是以学生为中心，计算机为媒介，采用“知识库”、“学生模型”和“教师模型”等模块模拟教学专家的思维过程，形成的开放式人机交互系统。ICAI系统是一个综合性很强的系统工程，它是以教育科学、心理科学和认知科学等作为理论基础，采用人工智能、多媒体技术、数据可视化技术等多方面计算机相关技术，通过研究人类学习思维的特征和过程，寻求学习认知的模式；通过设计智能化计算机辅助教学系统，帮助教师实现因材施教、进行有针对性的指导以及按照不同的认知能力，使学生进行个别化自适应性学习。

1ICAI体系结构

研究ICAI的动机就是为了创造出与优秀教师相媲美的“智能导师”，所以需要赋予机器高级智能。因此，尽管ICAI系统的形式各不相同，但主要都是由4个部分组成：知识库（Expert Knowlege）、学生模型（Student Model）、教师模块（Tutorial Model）、智能接口（Interface）。

1.1 学生模型模块学生模型用于表示在特定领域学习的有关因素，能准确、客观、真实的反映出学生当前的知识水平和认知能力，是学生知识结构的反映。学生模型在智能化的个别教学中扮演着非常重要的角色，它提供的信息是教师模块做出的教学决策的依据，也为系统实现个别化教学提供了依据。

1.2 教师模块是操纵教学内容以一定的形式呈现给学习者的推理结构，即根据学生模型所反映的情况采取有效的行动指导学习情况，包含修正错误、选择例子、模拟。其任务是：结合教学策略和课堂结构方面的知识，为学生选择要解决的问题，监察并评价学生的行为，按学生的请求提供帮助并选择辅助材料。即解决如何教的问题。

1.3 专家模块（知识库）知识库是整个系统的核心。是人工智能与数据库结合的产物，并将大量的知识信息素材提供给教师和学生在课堂教学中自由使用。该模块包含的知识包括两方面的知识：一是这个领域内说明事物概念的陈述性知识，二是有关利用这些概念解决问题的过程性知识（运用领域知识对问题的正确解答以及求解问题的知识）。其任务是作为系统全部知识的来源，为其他模块调用，以实时完成用户行为的响应。通过知识库，组成教材、生成问题并评价学生解答的正确性。这个部分相当于一个根据事实进行演绎推理求出解答的专家部件。

1.4 通信模块这是计算机系统与学生之间相互进行信息交换的人机接口（即用户界面），是ICAI的外表，也是学生唯一用肉眼可看到的单元。一方面它所提供的知识和信息易于被学生所理解，并可指导学生自主的学习；另一方面也使系统能理解和接受学生的提问。为了增加人机交互的灵活性，一般采用自然语言和图形相结合的接口，允许学生与计算机进行人机对话，使得人机交流更加流畅、生动、直观。

2ICAI系统的理论基础与相关理论依据

目前ICAI系统就是以建构主义教学理论为基础的；其次，根据“ICAI=AI+CAI”这一原则，ICAI还须在人工智能原理的指导下，利用专家系统的开发策略来开发，因此，下面就是从这两大方面来阐述ICAI的开发原理。

2.1 ICAI的心理学基础：建构主义学习理论建构主义学习理论认为，学习是学习者主动地建构内部信息表征的过程。学习者不再是被动地接受外来信息，而是主动地进行选择加工，学习者从不同背景、角度出发，根据外在信息，基于自己的背景知识，在教师和他人的协助下，通过独特的信息加工活动，建构自己的意义的过程。建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习，也就是说，既强调学习者的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用，教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与灌输者。学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象，学生成为了意义的主动建构者。

2.2 ICAI的“双主”教学模式设计的理论双主教学设计就是“主导-主体”教学系统设计模式（简称“双主”模式），是以学生为主体、教师为主导相结合的新型教学系统设计模式。此模式将以教为主和以学为主的教学设计模式有机结合，避免了在教学过程中单纯使用一种教学设计模式而产生的教学时单方面（教师或学生）主宰教学而出现的“满堂灌”或“盲目学”的现象，使学生能够采用更合理的学习策略掌握学习内容和提高自学能力，优化了教学过程。

2.3 专家系统专家系统（expert system）其实是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。专家系统是人工智能中最重要的也是最活跃的一个应用领域，它实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的重大突破。专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6个部分构成。

3系统B/S体系结构的设计

B/S结构是目前网络应用软件技术的发展趋势，具有使用简单、良好的可扩展性、易于维护、可靠的安全性、效率高、可共享性、开放性等特性。其最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件，只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。其体系结构如图1所示。

4结束语

综上所述，一个好的ICAI系统能够促进教学方法的改进。教师对具体学生制定合适的教学决策，达到智能化、个别化的教学目的。随着技术的发展智能化计算机辅助教学的研究将向超媒体网络化、智能化于一体的目标不断迈进。

参考文献：

[1]田凤杰.人工智能的CAI（ICAI）系统；沈阳工业学院.沈阳工业学院硕士论文.2003：36～37.

[2]杨斌.ICAI技术的应用及发展前景[J].科技情报开发与经济.2004.

[3]高婷.ICAI系统中知识模型和推理.计算机工程与应用.2001.