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論網(wǎng)絡(luò )教學(xué)中課件系統的設計與實(shí)現
�。壅撐年P(guān)鍵字］網(wǎng)絡(luò )教學(xué) 課件系統 Clint/Server
�。壅撐恼�本文主要對當前各類(lèi)教學(xué)過(guò)程中所面臨的遠程或網(wǎng)絡(luò )教學(xué)中課件系統的構架提出一些新的想法。網(wǎng)絡(luò )教學(xué)中課件系統保障教師按照一定給定方式，完成網(wǎng)絡(luò )課件的制作，同時(shí)給予系統智能評估策略，使系統具有更強的實(shí)用性，有效提高網(wǎng)絡(luò )教學(xué)質(zhì)量。
一、 引言
傳統的CAI課件系統是在單機上將全部教學(xué)內容，以編程的方式預置于課件中。學(xué)生學(xué)習時(shí)，教學(xué)過(guò)程是按課件規定的路徑和內容展開(kāi)的。由于缺乏必要的手段和智能特性，無(wú)法實(shí)現任課教師與學(xué)生之間的交互，和按學(xué)生的不同認知能力準備教案的因材施教教學(xué)。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的日臻成熟，人工智能在專(zhuān)家系統領(lǐng)域取得的成功，它們?yōu)镃AI的發(fā)展提供了新的空間。我們認為CAI的發(fā)展方向在于網(wǎng)絡(luò )化、智能化。
二、ICAI的評價(jià)標準
智能計算機輔助教學(xué)系統(Intelligence Computer Assisted Instruction—ICAI)具有如下的一些特征：
1.能自動(dòng)生成各種問(wèn)題與練習；2.根據學(xué)生的學(xué)習水平與學(xué)習情況選擇與調整學(xué)習的內容和進(jìn)度；3.在了解教學(xué)內容的基礎上自動(dòng)解決問(wèn)題，生成解答；4.具有自然生成與理解能力，以便實(shí)現比較自由的教學(xué)問(wèn)答系統以提高人機交互的主動(dòng)性；5.對教學(xué)內容有解釋咨詢(xún)能力；6.能診斷學(xué)生錯誤，分析原因并采取糾正措施；7.能評價(jià)學(xué)生的學(xué)習行為；8.能評價(jià)教師的教學(xué)行為[2]。
具備上述全部特征的ICAI系統是完美的，但實(shí)現是困難的。一般認為只要具備上列一個(gè)或幾個(gè)特征，就可以稱(chēng)之為ICAI。
三、 實(shí)現技術(shù)
（一） Client/Server的實(shí)現。將用于教學(xué)的內容、刻畫(huà)學(xué)生的認知模型所必需的數據資料保存在Server端。教師在教研室通過(guò)Client，負責實(shí)現對Server端教學(xué)內容的更新與維護。學(xué)生在多媒體教室通過(guò)Client與Server相連，實(shí)現對教學(xué)內容的學(xué)習，學(xué)習結束后，學(xué)生客戶(hù)端軟件將依據學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況，為其自動(dòng)修改認知模型。督導人員在教務(wù)處通過(guò)Client與Server相連，實(shí)現對教學(xué)過(guò)程的監督與引導。
（二） 認知模型的建立。ICAI強調要按學(xué)生不同的認知模型，為其準備不同的教學(xué)內容，用以實(shí)現個(gè)別化教學(xué)與啟發(fā)式教學(xué)。受認知學(xué)與教育學(xué)發(fā)展的制約，目前還無(wú)法準確地建立出單個(gè)人的認知模型。我們粗略地將學(xué)生的認知模型，按其不同的認知能力分成高、中、低三類(lèi)。同一內容的教案也按高、中、低三中難度組織，分別提供給具有相應認知能力的同學(xué)學(xué)習使用。學(xué)生在學(xué)習完每節的教學(xué)內容后，系統將要求他回答一定數量的相關(guān)問(wèn)題，并根據其回答問(wèn)題的準確率，確定他的新認知模型。
（三） 智能化教學(xué)過(guò)程的實(shí)現。我們借鑒專(zhuān)家系統的設計方法，實(shí)現ICAI課件系統中的智能功能。在該系統中組織了相應的規則庫、事實(shí)庫（學(xué)習紀錄庫）和推理實(shí)現機制。下面對推理實(shí)現機制做簡(jiǎn)要的介紹。規則庫由冊、章、節、超文本教案地址、閥值及多個(gè)前提組成，反映對該節的學(xué)習應滿(mǎn)足的前提條件。學(xué)習歷史庫由冊、章、節、認知等級、已學(xué)次數組成，反映學(xué)生對該節的認知能力。規則庫的內容由教師負責修改。學(xué)生的學(xué)習歷史紀錄，在庫中按每個(gè)人一張表組織，其內容在每次學(xué)習之后，由學(xué)生客戶(hù)端軟件依據該生對知識點(diǎn)的掌握情況自動(dòng)修改。推理過(guò)程由專(zhuān)用的推理模塊，按規則庫提供的規則與學(xué)生學(xué)習歷史紀錄庫提供的事實(shí)做出判斷。我們通過(guò)學(xué)生在每節教學(xué)內容學(xué)習完成之后，對所附習題回答的準確率，將其認知能力劃分成高、中、低三個(gè)層次，并將這個(gè)結果保存在學(xué)生學(xué)習歷史紀錄庫中。學(xué)生下一次使用該系統進(jìn)行學(xué)習時(shí)，該系統會(huì )按其不同的認知能力，為他準備相應難度的教學(xué)內容。不難看出，這種對認知能力的衡量是動(dòng)態(tài)的。若學(xué)生不想按系統默認的進(jìn)度學(xué)，則要求學(xué)生自行選擇學(xué)習內容。若所選內容已經(jīng)學(xué)過(guò)，則根據其當時(shí)所獲得的等級為他準備學(xué)習內容；否則將視規則庫及學(xué)習歷史紀錄中的內容，判斷其是否可學(xué)而定。例如：規則庫中限定在學(xué)習第一章第一節之前不能學(xué)習第一章第二節，某生試圖越過(guò)第一章第一節學(xué)習第一章第二節時(shí)，系統會(huì )給出警告。為了使學(xué)生能在系統的控制下學(xué)習，無(wú)論是高、中、低難度的教案均是一節一個(gè)超文本文件，其中不含有鏈。
1. 閥值的給定。當學(xué)生完成對某一節的內容學(xué)習之后，回答系統提問(wèn)所得的分數小于該節所具有的閥值時(shí)，系統并不會(huì )將該節標志為已學(xué)。所以該生下次登錄時(shí)，系統將強制他對該節的內容進(jìn)行重新學(xué)習。通常，那些在本學(xué)科中具有特殊重要地位的章節具有較高的閥值。下面給出評價(jià)某一節在本門(mén)課中的重要程度的方法：
Important（N）=IN（N）+OUT（N）
Important（N）——第N節（將全書(shū)中的節以流水形勢編排號碼）知識在本課程中的地位；IN（N）——本課程中，其余節知識中對第N節的知識有影響的個(gè)數之和；OUT（N）——本課程中，第N節知識影響其余節知識的個(gè)數之和。當對本課程中所有的Important（N）計算完成后，即可據此給出某一節的閥值。閥值Valve（N）以百份數形勢表示，小于1且與Important（N）成正比。設Right（N）表示某生在學(xué)習完第N節的知識后，回答系統所提問(wèn)題的準確率。變量Ruler=1-Valve(N)。給定認知模型的修改規則如下：
If Right(N) If Valve(N)≤Right(N) If Valve(N)+Ruler*(1/3)≤Right(N) If Valve(N)+Ruler*(2/3)≤Right(N) Then 認知能力定為“高”。
2.系統的安全技術(shù)。 由于ICAI會(huì )針對用戶(hù)不同的認知模型（高、中、低）準備不同的教學(xué)內容，所以為確保對用戶(hù)認知模型刻畫(huà)的準確程度，要求學(xué)生在使用學(xué)生客戶(hù)端軟件時(shí)，需用自己的姓名和口令向系統登記。當驗正該生是系統的合法用戶(hù)后，將到學(xué)生資料庫中讀取相應的資料，送給ICAI的分析模塊用以構建該生的認知模型，作為教學(xué)的依據。如不是系統的合法用戶(hù)，將要求學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單的注冊，如實(shí)填寫(xiě)部分信息后成為系統的合法用戶(hù)，并在學(xué)生資料庫中為其分配一個(gè)缺省值，作為他第一次使用該系統時(shí)構建認知模型的依據。用戶(hù)初次登錄時(shí)，口令即為用戶(hù)名，登錄成功后系統立即要求對當前缺省口令進(jìn)行修改。以后，用戶(hù)能對自己的口令做任意的修改。
3.教學(xué)評價(jià)。我們用下述方法實(shí)現了對學(xué)生個(gè)人學(xué)習水平的評價(jià)。n：該系統用戶(hù)的總人數；Xi：第i個(gè)學(xué)生的考試成績(jì)。定義：由定義知，S是學(xué)生整體成績(jì)的標準差。Zi反映了第i個(gè)學(xué)生 的成績(jì)與平均成績(jì)的差是標準差的幾倍。用Zi來(lái)衡量考試成績(jì)不會(huì )受考卷難度值的影響，比Xi更有說(shuō)服力。因為標準分（Zi）是一種參考零點(diǎn)（平均分）位置固定、單位長(cháng)度（標準差）一樣的量。不同次測驗的原始分數換算成標準分后，就可以做互相比較。如某生兩次測驗的成績(jì)原始分數分別為：80、90，標準分分別為2.5、2。不能由第二次考試的原始分比第一次高而斷定該生的學(xué)習進(jìn)步了，正確的斷言是：因為第二次考試的標準分比第一次低，所以該生學(xué)習成績(jì)退步了。經(jīng)驗表明，標準分的數值一般在-3~+3間。當標準分數值為正時(shí)，表示其學(xué)習水平在團體水平值上；反之，則表明學(xué)習水平在團體之下。
四、 一個(gè)試驗性系統
我們根據上述思想建立了一個(gè)基于Client/Server模式，用于高等教學(xué)的ICAI試驗系統。該系統的Server端采用SQL Server 2005組織“學(xué)生庫”（用來(lái)存放學(xué)生資料、答題、學(xué)習紀錄）和“知識庫與規則庫”（含問(wèn)題庫、試題庫、規則庫、通訊庫與試卷備份庫）。用于教學(xué)的教案被組織成超文本形勢，由服務(wù)器上運行的Windows NT Server 的IIS（Internet Information Server）管理。Client端采用VB.net中文企業(yè)版作為開(kāi)發(fā)平臺。
它的主要特點(diǎn)是具有智能性，技術(shù)先進(jìn)、結構清晰、交互能力強、界面友好、操作方便、擴充性強等。提供給學(xué)生學(xué)習的內容采用先進(jìn)的超媒體組織結構，利用WWW上處理圖、文、聲、像等多媒體數據的能力和優(yōu)勢，并配有鼠標選中區域高亮、背景聲效等多種形式化的表現方式，使設計出的系統以生動(dòng)、靈活、逼真的方式吸引學(xué)生學(xué)習《高等數學(xué)》，充分調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性，加深學(xué)生對課程的印象及重點(diǎn)、難點(diǎn)的理解。在試驗班級中取得了良好的教學(xué)效果。教師客戶(hù)端與督導客戶(hù)端的引入，使學(xué)生、教師、督導人員能互息，協(xié)作教學(xué)，故該系統具有很強的生命力與實(shí)用性。
參考文獻：
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