人工智能之智能教学系统.ppt

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1、智能教学系统综述智能教学系统综述 周晓军周晓军 博士博士北京语言大学网络教育学院北京语言大学网络教育学院2002.122002.12关于关于AI问题问题定定定定义义义义：研研研研究究究究用用用用机机机机器器器器模模模模拟拟拟拟和和和和执执执执行行行行人人人人脑脑脑脑的的的的某某某某些些些些智智智智能能能能、相相相相关关关关理理理理论论论论和技术的计算机科学和技术的计算机科学和技术的计算机科学和技术的计算机科学DartmouthDartmouth研究会议：研究会议：研究会议：研究会议：19561956，2 2个月，第一次提出个月，第一次提出个月，第一次提出个月，第一次提出研研研研究究究究内内内内

2、容容容容：知知知知识识识识表表表表示示示示方方方方法法法法、一一一一般般般般搜搜搜搜索索索索原原原原理理理理、问问问问题题题题求求求求解解解解技技技技术术术术、专专专专家家家家系系系系统统统统、机机机机器器器器学学学学习习习习、机机机机器器器器人人人人规规规规划划划划、机机机机器器器器视视视视觉觉觉觉、NLPNLP、智智智智能控制、能控制、能控制、能控制、AIAI程序设计程序设计程序设计程序设计基本问题：基本问题：基本问题：基本问题：l l知识表示知识表示知识表示知识表示l l知识获取知识获取知识获取知识获取l l知识运用知识运用知识运用知识运用ITS基本概念基本概念ITS(Intellige

3、nt Tutoring System)是一个综合性研究课题，是 AI的重要研究内容。ITS作为一个概念，形成于70年代。ITS通过教育、计算机、AI、认知科学、行为科学等多种学科的集成，通过对人类最优秀教师的计算机模拟，实现个别化个别化个别化个别化的最佳教学过程。个个个个别别别别化化化化的的的的教教教教学学学学：教师根据每个学生的不同特点来组织教学内容，给学生安排相应的学习任务，并根据学生的完成情况提供适当的反馈信息；如果在教学过程中，学生没有取得预期的进展，教师要根据目前学生的学习情况，及时进行教学策略的改变 智智智智能能能能：知识和行为的表示理解能力、解释说明能力、分析诊断能力、收集生成能

4、力、行为评价能力、教学规划能力、组织适应能力等。要求计算机系统具备所教授领域的丰富知识，知道使用最有效的教学方式向学生传授知识，清晰了解学生的学习状况，能够及时诊断学生错误并加以更正等多种功能。在在AI中的位置中的位置专专家家系系统统技技术术作作为为AI的的重重要要分分支支，是是一一种种模模拟拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。人类专家解决领域问题的计算机程序系统。专专家家系系统统优优点点：高高效效、准准确确、周周到到、迅迅速速、不不知疲倦、时空环境不限、便于推广等知疲倦、时空环境不限、便于推广等ITS教 学 专 家 系 统（Expert System for Instruction,ES

5、I）与其他学科的关系与其他学科的关系:教育、计算机、教育、计算机、AI、认知科学、行为科学认知科学、行为科学基基于于计计算算机机的的教教育育:作作为为一一种种现现代代化化教教学学手手段段和和工工具具，应应用用于于教教育育领领域域开开始始于于20世世纪纪50年代。年代。-教育手段教育手段/教学方法教学方法/教材形式教材形式/教学内容和结构教学内容和结构/教学思想和教学理论变革教学思想和教学理论变革 l从从50年代出现的早期线性程序年代出现的早期线性程序l60年代开始出现的分支程序年代开始出现的分支程序l70年代开始出现的生成系统和年代开始出现的生成系统和 CAI和和ITSAI：ITS的的研研究究

6、由由于于涉涉及及几几乎乎AI研研究究中中的的所所有有主主要要问问题题包包括括专专家家系系统统、NLP、机机器器学学习习、机器视觉、知识表示、知识工程、问题求解、规划问题等，从而对机器视觉、知识表示、知识工程、问题求解、规划问题等，从而对AI相关技术提出要求。相关技术提出要求。认认知知科科学学：研研究究人人类类认认识识的的心心理理学学、AI、逻逻辑辑和和知知识识论论等等综综合合形形成成的的交交叉叉科科学学，以以认认知知心理学、认知生理学、认知工程学等相关学科为基本内容并被认为是心理学、认知生理学、认知工程学等相关学科为基本内容并被认为是ITS的主要理论基础。的主要理论基础。ITS的的研研究究开开

7、发发运运用用了了相相关关学学科科的的最最新新研研究究成成果果并并对对相相关关学学科科的的学学科科发发展展提提出出特殊要求，并通过特殊要求，并通过ITS的研究与开发及其运用反过来推动相关学科的发展。的研究与开发及其运用反过来推动相关学科的发展。研究背景研究背景CAI:CAI:定定定定义义义义：以以以以计计计计算算算算机机机机替替替替代代代代或或或或帮帮帮帮助助助助教教教教师师师师完完完完成成成成全全全全部部部部或或或或部部部部分分分分教教教教学学学学任任任任务务务务，模模模模拟拟拟拟教教教教师师师师的的的的教教教教学学学学行行行行为为为为，向向向向学学学学生生生生传传传传授授授授知知知知识识识识

8、，训训训训练练练练其其其其技技技技能能能能，达达达达到到到到激激激激发发发发学学学学生生生生的的的的学学学学习习习习积积积积极极极极性性性性和和和和主主主主动动动动性性性性，增增增增强强强强教教教教学学学学效效效效果果果果的的的的目目目目的的的的。典典典典型型型型的的的的CAICAI系系系系统统统统是是是是在在在在学学学学生生生生和和和和计计计计算算算算机机机机之之之之间间间间的的的的一一一一系系系系列列列列CAICAI系系系系统统统统控控控控制制制制的的的的交交交交互互互互活活活活动动动动中中中中展展展展开开开开教教教教学学学学活活活活动动动动的的的的。计计计计算算算算机机机机主主主主要要要

9、要以以以以文文文文字字字字、图图图图形形形形等等等等方方方方式式式式呈呈呈呈现现现现各各各各种种种种知知知知识识识识信信信信息息息息，学学学学生生生生则则则则通通通通过过过过显显显显示示示示设设设设备备备备与与与与计计计计算算算算机机机机会会会会话话话话，用用用用键键键键盘盘盘盘、鼠鼠鼠鼠标标标标或或或或其其其其他他他他设备输入信息，适时控制计算机的讲解速度。设备输入信息，适时控制计算机的讲解速度。设备输入信息，适时控制计算机的讲解速度。设备输入信息，适时控制计算机的讲解速度。历史：历史：历史：历史：l l50s:50s:线性程序线性程序线性程序线性程序l l60s:60s:分支程序分支程序分

10、支程序分支程序l l70s:70s:生成系统生成系统生成系统生成系统l l90s:MCAI90s:MCAI：视视视视、听听听听、触触触触等等等等多多多多种种种种感感感感官官官官获获获获取取取取知知知知识识识识信信信信息息息息，直直直直观观观观感感感感、立立立立体体体体感感感感、动动动动态态态态感感感感强强强强，大大大大大大大大改改改改善善善善教教教教学学学学环环环环境境境境，激激激激发发发发学学学学生生生生学学学学习习习习的的的的积积积积极极极极性性性性和和和和主主主主动动动动性性性性，显显显显著著著著提高了教学效率和学习效果，促进了学生各方面能力的培养提高了教学效率和学习效果，促进了学生各方

11、面能力的培养提高了教学效率和学习效果，促进了学生各方面能力的培养提高了教学效率和学习效果，促进了学生各方面能力的培养 CAI的缺点与现状的缺点与现状缺点：缺点：缺点：缺点：l l采用固定的软件设计，提供全篇一律的教学内容；采用固定的软件设计，提供全篇一律的教学内容；采用固定的软件设计，提供全篇一律的教学内容；采用固定的软件设计，提供全篇一律的教学内容；l l缺缺缺缺乏乏乏乏推推推推理理理理机机机机制制制制和和和和学学学学生生生生模模模模型型型型的的的的支支支支持持持持，不不不不能能能能确确确确定定定定学学学学生生生生的的的的知知知知识识识识水水水水平平平平和和和和认认认认知知知知特特特特点点点

12、点，不不不不能能能能根根根根据据据据学学学学生生生生自自自自己己己己的的的的意意意意愿愿愿愿和和和和理理理理解解解解能能能能力力力力提提提提供供供供相相相相应应应应的的的的学学学学习习习习材材材材料料料料，并并并并进进进进行行行行有有有有针针针针对对对对性性性性的的的的指指指指导导导导。在在在在开开开开展展展展适适适适应应应应个个个个性性性性化特点的教育，贯彻因材施教的教育思想和方法上存在很大不足。化特点的教育，贯彻因材施教的教育思想和方法上存在很大不足。化特点的教育，贯彻因材施教的教育思想和方法上存在很大不足。化特点的教育，贯彻因材施教的教育思想和方法上存在很大不足。现状现状现状现状：l l

13、一一一一些些些些CAICAI系系系系统统统统在在在在很很很很大大大大程程程程度度度度上上上上仍仍仍仍然然然然学学学学生生生生只只只只能能能能通通通通过过过过按按按按钮钮钮钮进进进进行行行行翻翻翻翻页页页页而而而而完完完完全全全全被被被被动动动动学学学学习习习习的的的的电电电电子子子子图图图图书书书书大同小异。大同小异。大同小异。大同小异。近似概念近似概念近似概念近似概念：l l计算机辅助学习（计算机辅助学习（计算机辅助学习（计算机辅助学习（Computer Assisted Learning,CALComputer Assisted Learning,CAL）l l计算机辅助培训（计算机辅助培

14、训（计算机辅助培训（计算机辅助培训（Computer Based Training,CBTComputer Based Training,CBT）l l计算机辅助教育计算机辅助教育计算机辅助教育计算机辅助教育(Computer Based Education,CBI)(Computer Based Education,CBI)、l lCBI(Computer Based Instruction,CBI(Computer Based Instruction,l lCBE(Computer Based Education)CBE(Computer Based Education)ITSlITSIC

15、AI7070年年年年8282年年年年:早早早早期期期期研研研研究究究究阶阶阶阶段段段段：理理理理论论论论研研研研究究究究模模模模型型型型设设设设计计计计系系系系统统统统开开开开发奠基发奠基发奠基发奠基8282年年年年8787年年年年:GUI:GUI8888年年年年：MITSMITS：视视视视、听听听听、触触触触等等等等多多多多种种种种感感感感官官官官获获获获取取取取知知知知识识识识信信信信息息息息，直直直直观观观观感感感感、立立立立体体体体感感感感、动动动动态态态态感感感感强强强强，大大大大大大大大改改改改善善善善教教教教学学学学环环环环境境境境，激激激激发发发发学学学学生生生生学学学学习习习

16、习的的的的积积积积极极极极性性性性和和和和主主主主动动动动性性性性，显显显显著著著著提提提提高高高高了了了了教教教教学学学学效效效效率率率率和和和和学学学学习习习习效效效效果果果果，促进了学生各方面能力的培养促进了学生各方面能力的培养促进了学生各方面能力的培养促进了学生各方面能力的培养 9090年年年年：Web-based ITSWeb-based ITS智能教育网站智能教育网站 自自自自从从从从1840184018401840年年年年，英英英英国国国国人人人人依依依依萨萨萨萨克克克克.比比比比特特特特曼曼曼曼把把把把速速速速记记记记教教教教程程程程寄寄寄寄给给给给学学学学生生生生，标志着远程

17、教育开始。标志着远程教育开始。标志着远程教育开始。标志着远程教育开始。伴随着传播媒体的发展，远程教育经历了三个发展阶段：伴随着传播媒体的发展，远程教育经历了三个发展阶段：伴随着传播媒体的发展，远程教育经历了三个发展阶段：伴随着传播媒体的发展，远程教育经历了三个发展阶段：第一代远程教育：第一代远程教育：第一代远程教育：第一代远程教育：以以以以书面材料书面材料书面材料书面材料为通信媒介（函授教育）为通信媒介（函授教育）为通信媒介（函授教育）为通信媒介（函授教育）第第第第二二二二代代代代远远远远程程程程教教教教育育育育：以以以以广广广广播播播播电电电电视视视视、卫卫卫卫星星星星电电电电视视视视为为为

18、为媒媒媒媒介介介介（广广广广播播播播电视大学）电视大学）电视大学）电视大学）第第第第三三三三代代代代远远远远程程程程教教教教育育育育：以以以以InternetInternetInternetInternet为为为为媒媒媒媒介介介介，综综综综合合合合运运运运用用用用多多多多种种种种媒媒媒媒体（超媒体）技术（网络教育学院）体（超媒体）技术（网络教育学院）体（超媒体）技术（网络教育学院）体（超媒体）技术（网络教育学院）研究历史研究历史1.美、欧、日、加：美、欧、日、加：典型典型ITS系统系统2.中国：张景中院士中国：张景中院士典型典型ITS系统介绍系统介绍SCHOLARSCHOLAR系统129是一个

19、关于南美洲地理的教学系统,是第一个有代表性的ITS。系统的知识表示采用语义网络方法。学科中的具体的对象或概念被表示成为语义网络中节点；每个节点是由节点名和一组性质组成；这些性质是一些属性-值对；属性可以是其它单元，也可以是几种特殊属性之一。SCHOLAR系统研究的一个重要部分是教学中的对话，系统可以回答学生提出的未预测到的问题。系统中的自然语言处理基于状态文法系统，并且主要由语义网络中的地理知识指导对学生响应的语义解释。适应语义网络所存储的信息的不完备性，SCHOLAR系统中的推理策略被设计为通过相交搜索、共同的超级坐标、开集合与闭集合等方法来完成对问题的推理。推理方式与语义网络无关，可以应用

20、于其它不同的领域。同时因为推理方式与人类的推理方式非常相似，因而十分自然。WEST系统系统WEST系统是第一个计算机教练系统。教练这一术语描述一个基于计算机的学习环境，在这一环境中学生像玩游戏那样参与活动；系统通过观察学生的活动进行工作，在需要矫正时提出批评或建议。WEST系统的研究集中于诊断策略和教学策略。系统支持有指导的发现学习。系统认为学生依靠其先验知识构造自己对一个环境或任务的认识。因此错误的概念或想法在教学中起主导作用。系统主要通过差别模拟技术来发现学生错误。该技术是将学生行为与专家在同一情况下的行动进行比较；这种比较所发现的差别在某种程度上说明了学生懂什么或不懂什么。系统通过执行以

21、下两个任务构造差别模型：l同一情况下专家可能采取的行动对学生的行为进行评价；l判断学生和专家在决定其各自行为时所用的知识。为了使学生的学习取得较好的效果，系统的教学法遵守以下原则：教练哲理；维护学生的游戏兴趣；增加学习的机会和对教学环境的考虑。UIDON系统系统GUIDONGUIDON系系统统是是建建立立在在MYCINMYCIN系系统统上上的的教教学学系系统统，它它以以MYCINMYCIN系系统统中中的的规规则则为为主主题题，教教授授学学生生 传传 染染 病病 诊诊 断断 的的 知知 识识。这这 是是 使使 用用 已已 有有 的的 专专 家家 系系 统统 构构 造造 ITSITS的的 一一 个

22、个 成成 功功 的的 尝尝 试试。GUIDONGUIDON系系统统与与学学生生的的对对话话使使用用长长长长期期期期的的的的、结结结结构构构构性性性性的的的的对对对对话话话话方方方方式式式式。这这就就超超过过了了只只对对学学生生的的最最后后一一次次行行动动进进行行响响应应的的方方式式。在在GUIDONGUIDON系系统统中中，教教学学法法与与领领域域知知识识无无关关。其其教教学学法法知知识识用用200200条条教教学学规规则则表表示示，其其中中包包括括：经经济济地地指指导导对对话话的的方方法法、出出示示诊诊断断规规则则的的方方法法、构构造造学学生生模模型型的的方方法法，以以及及响响应应学学生生的

23、的主主动动行行为为的的方方法法。推推推推理理理理的的的的中中中中间间间间过过过过程程程程被被表表示示成成完完整整的的与与/或或树树的的形形式式；与与/或或树树的的节节点点对对应应着着推推理理的的中中间间步步骤。而且，每个节点都包含有该步骤所用到的知识点。这为诊断过程提供了足够的信息。骤。而且，每个节点都包含有该步骤所用到的知识点。这为诊断过程提供了足够的信息。学学学学生生生生模模模模型型型型采采采采用用用用覆覆覆覆盖盖盖盖模模模模型型型型，对对每每一一条条规规则则系系统统记记录录三三部部分分内内容容：学学生生对对该该规规则则的的使使用用历历史史；学学生生是是否否能能够够正正确确应应用用这这条条

24、规规则则；学学生生是是否否知知道道这这个个规规则则。应应用用这这三三种种信信息息的的组组合合，系系统统能能够够推推出学生对每一条规则的掌握情况。出学生对每一条规则的掌握情况。知知知知识识识识库库库库直直直直接接接接应应应应用用用用MYCINMYCIN系系系系统统统统的的的的知知知知识识识识库库库库。但但是是专专家家所所用用的的结结构构知知识识和和策策略略知知识识并并没没有有在在知知识识库库中中明明确确的的表表示示出出来来，而而是是隐隐含含在在系系统统的的每每一一条条规规则则中中。-系系统统不不能能将将这这些些专专家家知知识识明明确确传传授授给给学学生生，学学生生不不能能有有效效地地学学习习专专

25、家家的的解解题题策策略略。在在GUIDONGUIDON系系统统的的后后继继系系统统NEOMYCINNEOMYCIN中中这这个个不不足得以改进。足得以改进。PROUST系统系统PROUSTPROUST系统是一个关于系统是一个关于PASCALPASCAL程序设计的程序设计的ITSITS。主要特点：主要特点：基于意图（基于意图（基于意图（基于意图（Intention-basedIntention-based）的诊断方式的诊断方式的诊断方式的诊断方式。JohnonJohnon和和SolowaySoloway指指出出：学学生生的的错错误误并并不不是是来来源源于于程程序序本本身身，而而是是来来源源于于程程

26、序序员员所所具具有有的的意意图图和和它它们们之之间间的的联联系系以以及及意意图图与与代代码码之之间间的的联联系系。由由于于这这些些联联系系的的范范围围非非常常广广泛泛，所所以以只只是是通通过过扫扫描描程程序序代代码码或或计计划划识识别别技技术术不不能能有有效效地地处处理理学生的错误原因，而是通过重建合理的程序设计过程，来提供一个识别和讨论错误的与问题相关的上下文环境。学生的错误原因，而是通过重建合理的程序设计过程，来提供一个识别和讨论错误的与问题相关的上下文环境。程序设计三个阶段：程序设计三个阶段：l l问题的描述：为程序员提供了一系列目标与子目标。问题的描述：为程序员提供了一系列目标与子目标

27、。l l目标指导解题计划的选择。目标指导解题计划的选择。l l解题计划最终变成代码。解题计划最终变成代码。为了控制搜索空间，系统将程序设计知识分为三类：为了控制搜索空间，系统将程序设计知识分为三类：l l目标类目标类目标类目标类：知识库中含有程序设计中所要涉及的目标的信息，以及实现这些目标的方法。：知识库中含有程序设计中所要涉及的目标的信息，以及实现这些目标的方法。l l解解解解题题题题计计计计划划划划：知知识识库库中中存存储储了了实实现现目目标标所所用用的的计计划划的的信信息息；同同时时，知知识识库库中中还还包包含含了了各各种种目目标标的的错错误误计计划划和和正正确确计计划划的的错错误误运运

28、行行方方面的信息，这为诊断模块提供了必要的信息。面的信息，这为诊断模块提供了必要的信息。l l计划用程序语言实现计划用程序语言实现计划用程序语言实现计划用程序语言实现；为为了了处处理理程程序序之之间间的的差差别别，系系统统还还存存储储了了转转转转换换换换规规规规则则则则和和和和错错错错误误误误规规规规则则则则。通通过过这这些些知知识识和和基基于于意意图图的的推推理理，PROUSTPROUST系系统统对对错错误的诊断和解释能力比以往的系统都有显著的提高。基于意图的诊断方式，为诊断理论的研究提供了一个新的方向。误的诊断和解释能力比以往的系统都有显著的提高。基于意图的诊断方式，为诊断理论的研究提供了

29、一个新的方向。SOPHIE系统系统SOPHIE:SOPHIE:高高级级教教学学环环境境。该系统在许多地方与SCHOLAR系统相似，都被认为是ITS发展史上的里程碑。系统设计的目的在于向学生提供一个模拟实验室，让学生运用自己的知识，在系统的帮助下进行实验。系统允许学生和基于计算机的专家之间存在一一对应关系。系统采取了基于语义文法的自然语言处理技术，以使学生与系统方便交流。系统的自然语言理解程序能妥善处理许多语言学方面的问题，如首语重复、省略现象等。系统研究发现，单一知识表示方式往往不能满足系统的需要。因此，为了实现推理的“有效性和健壮性”，系统采用了多多多多种种种种知知知知识识识识表表表表示示示

30、示方方方方式式式式：用用用用数数数数学学学学模模模模型型型型表表表表示示示示模模模模拟拟拟拟电电电电路路路路功功功功能能能能所所所所需需需需要要要要的的的的知识；用过程性方法表示专家知识；用语义网络表示电路方面的陈述性知识。知识；用过程性方法表示专家知识；用语义网络表示电路方面的陈述性知识。知识；用过程性方法表示专家知识；用语义网络表示电路方面的陈述性知识。知识；用过程性方法表示专家知识；用语义网络表示电路方面的陈述性知识。为与学生对话，系统执行几种不同的逻辑与教学任务，包括回答假假假假设设设设性性性性问问问问题题题题；假假假假设设设设评评评评价价价价；假假假假设设设设生生生生成成成成；测测测

31、测量量量量冗冗冗冗余余余余判判判判断断断断。这些任务通过推理机制加以实现。在SOPHIE-系统中，该推理机制依靠电路仿真的数学模型来工作。由于这种推理方式与人类推理方式不同，在一定程度上限制了系统的解释能力。MENO-TUTOR系统系统研研研研究究究究目目目目的的的的:理理理理解解解解人人人人类类类类教教教教师师师师的的的的对对对对话话话话策策策策略略略略。教教教教学学学学策策策策略略略略。试试试试图图图图从从从从整整整整体体体体上上上上对对对对系系系系统统统统中中中中的的的的对对对对话话话话过过过过程程程程进进进进行行行行表表表表示示示示，而而而而且且且且这这这这种种种种表表表表示示示示是是

32、是是与与与与领领领领域域域域无无无无关关关关的的的的。只只只只要要要要与与与与一一一一定定定定的的的的语语语语言言言言生生生生成成成成器器器器相相相相结结结结合合合合，系系系系统统统统便便便便能能能能对该领域的教学对话进行管理。对该领域的教学对话进行管理。对该领域的教学对话进行管理。对该领域的教学对话进行管理。策策策策略略略略是是是是用用用用对对对对话话话话管管管管理理理理网网网网络络络络来来来来表表表表示示示示。该该该该网网网网络络络络实实实实际际际际上上上上是是是是一一一一种种种种扩扩扩扩充充充充转转转转换换换换网网网网络络络络。网网网网络络络络中中中中的的的的节节节节点点点点与与与与具具

33、具具体体体体的的的的教教教教学学学学行行行行为为为为相相相相对对对对应应应应。而而而而且且且且这这这这些些些些教教教教学学学学行行行行为为为为被被被被组组组组织织织织成成成成三三三三个个个个策策策策略略略略层层层层次次次次：教教教教学学学学法法法法层层层层、战战战战略略略略层层层层和和和和战战战战术术术术层层层层。节节节节点点点点间间间间的的的的连连连连接接接接表表表表示示示示层层层层次次次次间间间间的的的的依依依依赖赖赖赖关关关关系系系系。通通通通常常常常，下下下下层层层层的的的的节节节节点点点点是是是是上上上上层层层层节节节节点点点点所所所所代代代代表表表表的的的的行行行行为为为为的的的的

34、细细细细化化化化。网网网网络络络络中中中中的的的的弧弧弧弧定定定定义义义义了了了了在在在在通通通通常常常常情情情情况况况况下下下下的的的的教教教教学学学学行行行行为为为为的的的的焦焦焦焦点点点点从从从从当当当当前前前前行行行行为为为为转转转转移移移移到到到到下下下下一一一一个个个个行行行行为为为为；在在在在某某某某种种种种意意意意义义义义上上上上，网网网网络络络络中中中中的的的的弧弧弧弧代代代代表表表表了了了了教教教教学学学学行行行行为为为为的的的的缺缺缺缺省省省省顺顺顺顺序序序序。但但但但是是是是在在在在某某某某些些些些特特特特殊殊殊殊情情情情况况况况下下下下，这这这这些些些些 缺缺缺缺 省

35、省省省 序序序序 列列列列 并并并并 不不不不 是是是是 最最最最 恰恰恰恰 当当当当 的的的的。为为为为 了了了了 处处处处 理理理理 这这这这 些些些些 特特特特 殊殊殊殊 情情情情 况况况况，系系系系 统统统统 中中中中 采采采采 用用用用 了了了了 元元元元 规规规规 则则则则（metarulesmetarules）的的的的形形形形式式式式。这这这这些些些些规规规规则则则则在在在在其其其其条条条条件件件件被被被被满满满满足足足足的的的的情情情情况况况况下下下下，可可可可以以以以将将将将教教教教学学学学行行行行为为为为从从从从一一一一个个个个节节节节点点点点转移到网络中的任一个节点转移到

36、网络中的任一个节点转移到网络中的任一个节点转移到网络中的任一个节点。研究内容研究内容WHO 学生模型学生模型WHAT 领域专家（知识库）领域专家（知识库）HOW 教师模型（教学策略模块）教师模型（教学策略模块）WHERE 智能人机接口智能人机接口系统结构系统结构whowhatwhathow研究方法研究方法知识表示知识表示知识表示知识表示：规则语义网络对话系统属性标注：规则语义网络对话系统属性标注系统推理系统推理系统推理系统推理：启发式搜索：启发式搜索/规则推理规则推理MASMAS情景模拟：情景模拟：VRMLVR on-line,VODVRMLVR on-line,VOD学学学学习习习习策策策策

37、略略略略：合合作作学学习习协协同同学学习习竞竞争争学学习习比比较较学学习强化学习习强化学习领域专家领域专家领域专家领域专家：知识挖掘知识工程：知识挖掘知识工程现现现现代代代代教教教教育育育育技技技技术术术术：运运用用现现代代教教育育理理论论和和技技术术，通通过过对对教教与与学学的的过过程程和和教教与与学学资资源源的的设设计计、开开发发、利利用用、管管理理和评价，以实现教学优化和评价，以实现教学优化R&D技术技术多媒体技术多媒体技术网络通信技术网络通信技术VR技术技术AI技术技术建构主义学习理论建构主义学习理论NLP技术技术代理技术代理技术学生模型学生模型覆盖模型覆盖模型差别模型差别模型干扰模型

38、干扰模型代理技术代理技术智能代理（智能代理（Intelligent Agent）多代理系统（多代理系统（Multi-Agent System）基于代理的基于代理的ITS结构结构web虚拟现实虚拟现实-VRMLVRVR技技术术是是当当代代计计算算机机的的重重要要发发展展方方向向，也也是是ITSITS系系统统的的重重要要研研究究内内容容。运运用用VRVR技技术术，建建立立非非常常逼逼真真的的3D3D图图像像虚虚拟拟世世界界交交互互式式环环境境,非非常常有有益益于于合合作作式式、建建构构主主义义学学习习。虚虚虚虚拟拟拟拟大大大大学学学学/网网网网上虚拟实验室上虚拟实验室上虚拟实验室上虚拟实验室VRV

39、R专专专专用用用用技技技技术术术术硬硬硬硬件件件件设设设设备备备备昂昂昂昂贵贵贵贵：数数据据手手套套(data(data glove)glove)、头头盔盔显显示示器器(head-mounted(head-mounted display,display,HMD)HMD)、3D3D鼠标、声音发生器、图像生成器等设备鼠标、声音发生器、图像生成器等设备具具具具有有有有面面面面向向向向对对对对象象象象、节节节节点点点点化化化化特特特特点点点点的的的的虚虚虚虚拟拟拟拟现现现现实实实实建建建建模模模模语语语语言言言言(Virtual(Virtual Reality Reality Modeling Mod

40、eling Language,Language,VRML)VRML)的的的的产产产产生生生生并并并并已已已已经经经经成成成成为为为为国国国国际际际际标标标标准准准准11，使使使使得得得得通通通通过过过过计计计计算算算算机机机机软软软软件件件件手手手手段段段段可可可可以以以以直直直直接接接接实实实实现现现现网网网网络络络络VRVR环环环环境境境境(“virtual(“virtual reality reality for for the the Web”)Web”)。由由由由于于于于不不不不用用用用专专专专用用用用硬硬硬硬件件件件设设设设备备备备，从从从从而而而而为为为为研研研研究究究究与与与与

41、应应应应用用用用提提提提供供供供了了了了低低低低成成成成本本本本(Investment-sexy)(Investment-sexy)的的的的网网网网络络络络VRVR实实实实现现现现手手手手段段段段。VRML1.0VRML1.0产产产产生生生生于于于于19941994年年年年1010月月月月的的的的第第第第二二二二届届届届WWWWWW大大大大会会会会，可可可可以以以以实实实实现现现现单单单单个个个个用用用用户户户户的的的的静静静静态态态态三三三三维维维维可可可可探探探探索索索索环环环环境境境境。于于于于19961996年年年年8 8月月月月通通通通过过过过的的的的功功功功能能能能强强强强大大大大

42、的的的的VRML2.0VRML2.0标标标标准准准准的的的的产产产产生生生生以以以以及及及及相相相相应应应应浏浏浏浏览览览览器器器器的的的的迅迅迅迅速速速速支支支支持持持持，可可可可以以以以实实实实现现现现动动动动态态态态、三三三三维维维维、多用户、人机交互、可编程控制的在线虚拟真实环境与可视化反馈等。多用户、人机交互、可编程控制的在线虚拟真实环境与可视化反馈等。多用户、人机交互、可编程控制的在线虚拟真实环境与可视化反馈等。多用户、人机交互、可编程控制的在线虚拟真实环境与可视化反馈等。基基于于VRVR技技术术，运运用用VRMLVRML语语语语言言言言，综综合合网网络络脚脚本本交交互互式式编编程

43、程技技术术，设设计计了了一一个个基基于于VRMLVRML的的情情景景模模拟拟智智能能教教学学(Scenario(Scenario Simulation-Based Simulation-Based Intelligent Intelligent Tutoring)Tutoring)平平台台框框架架，建建立立了了动动态态、交交互互式式、三三维维、多多用用户在线合作式汉语户在线合作式汉语D D可视合作式学习环境，实现基于可视合作式学习环境，实现基于InternetInternet的的网络情景模拟教学网络情景模拟教学。研究发展趋势研究发展趋势国国国国家家家家教教教教育育育育部部部部（19981998

44、年年年年1010月月月月）：3个层次：一、以计算机多媒体为核心的教育技术在学校的普及与运用；二、组织学校上网，充分利用网上资源；三、远程教育，提供广泛的学习资源，不断满足社会终身教育的需求。多媒体化、网络化、远程教育多媒体化、网络化、远程教育国际研究国际研究国际研究国际研究：ITS98 教育学习代理/模拟培训/知识模型/3D环境/动机诊断/教育工具/合作学习/反馈/知识结构、表示教学策略学生建模Web-based ITSITS2000 网络的培训/教学策略/学生建模/学习环境/教学设计/智能多媒体与超媒体/智能远程学习/教育评价/分布式学习环境/合作系统/认知方法/编著工具/基于代理系统/系统

45、结构ITS2002 交互式媒体交互式媒体/可视化可视化/代理代理/XML/XML/超媒体超媒体应用现状应用现状虽虽虽虽然然然然ITSITS系系系系统统统统由由由由于于于于能能能能够够够够通通通通过过过过计计计计算算算算机机机机模模模模拟拟拟拟人人人人类类类类最最最最优优优优秀秀秀秀教教教教师师师师实实实实现现现现个个个个别别别别化化化化的的的的最最最最佳佳佳佳教教教教学学学学模模模模式式式式，从从从从而而而而公公公公认认认认为为为为是是是是人人人人类类类类社社社社会会会会2121世世世世纪纪纪纪人人人人类类类类教教教教育育育育的的的的发发发发展展展展方方方方向向向向，有有有有关关关关研研研研究

46、究究究文文文文献献献献和和和和学学学学术术术术水水水水平平平平也也也也相相相相对对对对成成成成熟熟熟熟，计计计计算算算算机机机机价价价价格格格格/性性性性能能能能直直直直线线线线下下下下降降降降，人人人人类类类类社社社社会会会会目目目目前前前前将将将将计计计计算算算算机机机机用用用用于于于于教教教教育育育育主主主主要要要要仍仍仍仍然然然然是是是是基基基基于于于于计计计计算算算算机机机机的的的的教教教教育育育育（Computer-Based Computer-Based Instruction,Instruction,CBICBI），即即即即CAICAI或或或或CAICAI的部分改进。的部分改进

47、。的部分改进。的部分改进。在在在在目目目目前前前前，ITSITS系系系系统统统统大大大大都都都都处处处处在在在在实实实实验验验验室室室室研研研研究究究究阶阶阶阶段段段段，只只只只有有有有极极极极少少少少数数数数系系系系统统统统在在在在现现现现实实实实人人人人类类类类教教教教育育育育中中中中得得得得到到到到运运运运用用用用。国国国国内内内内市市市市场场场场上上上上真真真真正正正正意意意意义义义义上上上上ITSITS系系系系统统统统还还还还微微微微乎乎乎乎其其其其微微微微，对对对对人人人人们们们们的的的的现现现现实实实实影影影影响响响响还还还还很很很很小小小小。一一一一方方方方面面面面是是是是由由

48、由由于于于于目目目目前前前前ITSITS的的的的发发发发展展展展与与与与人人人人们们们们的的的的期期期期望望望望还还还还存存存存在在在在较较较较大大大大的的的的差差差差距距距距,同同同同时时时时也反映了也反映了也反映了也反映了ITSITS系统研究开发相对滞后的不良现状。系统研究开发相对滞后的不良现状。系统研究开发相对滞后的不良现状。系统研究开发相对滞后的不良现状。网络教育发展状况不容乐观。网络教育发展状况不容乐观。网络教育发展状况不容乐观。网络教育发展状况不容乐观。现状原因现状原因学习的研究：人类学习机理尚不完全清楚.学习机制和认知过程的理解和解释困难投资的考虑：投资多、风险大、周期长、升级快

49、、要求高 结合的困难结合的困难：教育计算机网络教育发展网络教育发展网络教育及其特点网络教育及其特点网络教育及其特点网络教育及其特点l l学习内容和学习方式学习内容和学习方式学习内容和学习方式学习内容和学习方式:E-Learning/:E-Learning/:E-Learning/:E-Learning/自主学习自主学习自主学习自主学习l l交互式合作学习交互式合作学习交互式合作学习交互式合作学习l l个性化学习个性化学习个性化学习个性化学习l l教育社会化，学习生活化教育社会化，学习生活化教育社会化，学习生活化教育社会化，学习生活化教育模式的转变教育模式的转变教育模式的转变教育模式的转变l l

50、远程教学（远程教学（远程教学（远程教学（Distance LearningDistance LearningDistance LearningDistance Learning）l l网上虚拟大学网上虚拟大学网上虚拟大学网上虚拟大学（Virtual UniversityVirtual UniversityVirtual UniversityVirtual University）l l学习革命（学习革命（学习革命（学习革命（Learning RevolutionLearning RevolutionLearning RevolutionLearning Revolution）l l终身学习终身学