□文/張 天

（河北聯(lián)合大學(xué) 河北·唐山）

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的智能化源于20世紀(jì)五十年代后期。英國(guó)數(shù)學(xué)家圖靈在“計(jì)算機(jī)器與智能”一文中提出了著名的圖靈測(cè)試，用來(lái)測(cè)試一臺(tái)機(jī)器有無(wú)智能。當(dāng)時(shí)，麥卡錫和紐厄爾等人認(rèn)為機(jī)器能夠像人一樣思考的時(shí)代已經(jīng)近在咫尺，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要問(wèn)題只是需要?jiǎng)?chuàng)建更大的、運(yùn)算速度更快的計(jì)算機(jī)。如果機(jī)器能夠像人一樣地思考這一命題成立，就可以據(jù)此提出一個(gè)合理的假設(shè)：人們能夠制造出聰明的機(jī)器，它能夠執(zhí)行需要人類(lèi)思考才能完成的復(fù)雜任務(wù)，例如開(kāi)展教學(xué)。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的智能化研究正是基于這樣的假設(shè)，從20世紀(jì)五十年代至今，在計(jì)算機(jī)科學(xué)、教育科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等學(xué)科專(zhuān)家的不懈努力下取得了不少成果。

普萊西于1924年發(fā)明了第一臺(tái)教學(xué)機(jī)器，但是直到20世紀(jì)五十年代，哈佛大學(xué)心理學(xué)家斯金納把他研究的操作條件反射和積極強(qiáng)化原理成功地運(yùn)用到教學(xué)機(jī)器上，在美國(guó)軍隊(duì)中進(jìn)行應(yīng)用并取得了良好的教學(xué)效果，使程序教學(xué)獲得社會(huì)的承認(rèn)并有了很大的發(fā)展，才導(dǎo)致了教學(xué)機(jī)器和程序教學(xué)的興起。程序教學(xué)（PI）就是將教學(xué)內(nèi)容按一定的邏輯順序分解成若干小的學(xué)習(xí)單元，編制成教學(xué)程序由學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)。程序教學(xué)具有小的學(xué)習(xí)步驟、自定學(xué)習(xí)進(jìn)度、積極反應(yīng)、即時(shí)反饋等特點(diǎn)，綜合使用比單個(gè)使用某種能產(chǎn)生更好的記憶效果，從而改善學(xué)習(xí)。如果將視、聽(tīng)覺(jué)和做結(jié)合起來(lái)，那么學(xué)習(xí)效果會(huì)有更大的提高。通過(guò)多媒體條件下個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，智能教學(xué)系統(tǒng)能夠有效地支持學(xué)生看、聽(tīng)和做，從而提高學(xué)習(xí)效率。但智能教學(xué)系統(tǒng)也存在著一些難以解決的問(wèn)題，例如，如何讓學(xué)生從被動(dòng)地接受教學(xué)轉(zhuǎn)為主動(dòng)的建構(gòu)式學(xué)習(xí)；如何根據(jù)學(xué)生的需求和教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者和教學(xué)系統(tǒng)之間有效的知識(shí)通訊；如何在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下有效地支持個(gè)別化學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)等。此外，智能教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)需要領(lǐng)域?qū)＜?、知識(shí)工程師、教學(xué)專(zhuān)家的通力合作，開(kāi)發(fā)難度大。由于人工智能技術(shù)自身的局限，當(dāng)前智能教學(xué)系統(tǒng)的智能化程度并不令人滿意。

20世紀(jì)九十年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，為基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的多媒體教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建提供了有效的技術(shù)支持，數(shù)字化學(xué)習(xí)（e-Learning）迅速成為人們崇尚的一種學(xué)習(xí)方式。但是，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，教學(xué)材料的選擇和組織往往缺乏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，容易造成數(shù)字化學(xué)習(xí)者的認(rèn)知超載和網(wǎng)絡(luò)迷航。為了提高網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量，一些智能教學(xué)系統(tǒng)的研究專(zhuān)家開(kāi)始轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)研究。

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者個(gè)體具有很大的差異性，具體表現(xiàn)在個(gè)人的能力、背景、學(xué)習(xí)風(fēng)格以及學(xué)習(xí)目標(biāo)等各個(gè)方面。即使是個(gè)體本身，在學(xué)習(xí)過(guò)程中其知識(shí)狀態(tài)也是在不斷變化和發(fā)展的。適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)（ALSS），是針對(duì)個(gè)體學(xué)習(xí)過(guò)程中的差異性而提供的適合個(gè)體特征的一種支持學(xué)習(xí)的系統(tǒng)。適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)本質(zhì)上是一類(lèi)個(gè)別化的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)，它能夠提供一個(gè)適應(yīng)用戶個(gè)性化特征的用戶視圖，這種個(gè)性化的學(xué)習(xí)視圖不僅包括個(gè)性化的資源，而且包括個(gè)性化的學(xué)習(xí)過(guò)程和策略。適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)提供對(duì)不同學(xué)習(xí)者個(gè)別化需求的適應(yīng)，包括學(xué)習(xí)診斷、學(xué)習(xí)內(nèi)容、自主選擇學(xué)習(xí)策略等。對(duì)于相同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，該系統(tǒng)可以為不同的學(xué)生提供不同的學(xué)習(xí)方式。不同的學(xué)習(xí)者通過(guò)適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)學(xué)習(xí)同樣的知識(shí)，會(huì)有不同的學(xué)習(xí)路徑、學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)內(nèi)容。

換言之，適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)提供的學(xué)習(xí)是個(gè)別化的、因人而異的，是符合學(xué)習(xí)者個(gè)人學(xué)習(xí)情況的。在其支持之下，學(xué)習(xí)者能夠以更快的速度，更加有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)。由于學(xué)習(xí)者在適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)中不僅可以進(jìn)行個(gè)別學(xué)習(xí)，而且可以開(kāi)展在線的協(xié)作學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)等多種學(xué)習(xí)方式，適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)已經(jīng)超越了作為傳統(tǒng)意義上的輔助教學(xué)的工具，而是作為認(rèn)知工具、協(xié)作交流工具和情感激勵(lì)工具，可以作為導(dǎo)師、學(xué)習(xí)伙伴和學(xué)習(xí)工具。

近年來(lái)，我國(guó)不少學(xué)者開(kāi)始對(duì)適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)進(jìn)行研究，例如開(kāi)放的、通用的適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)外殼A-Tutor；基于教師經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)的適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)在中小學(xué)校的應(yīng)用，等等。智能教學(xué)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在于能夠針對(duì)不同學(xué)生進(jìn)行因材施教，但由于該類(lèi)系統(tǒng)過(guò)于強(qiáng)調(diào)理想化的教育，生硬的界面和過(guò)多的程序控制往往無(wú)法激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的主動(dòng)性或維持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，因此，它的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用受到了較大的限制。計(jì)算機(jī)作為教師，監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程，執(zhí)行錯(cuò)誤診斷和生成提示信息采用知識(shí)表示技術(shù)，教學(xué)內(nèi)容由系統(tǒng)自動(dòng)安排多媒體，主要由文本構(gòu)成、輔以圖片、動(dòng)畫(huà)、聲音適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境下自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)。計(jì)算機(jī)作為學(xué)習(xí)伙伴，或作為認(rèn)知工具、協(xié)作和交流工具、情感激勵(lì)工具由多媒體、超媒體構(gòu)成，采用適應(yīng)性超媒體、超文本系統(tǒng)綜合了生成性CAI和面向幀的CAI的設(shè)計(jì)思想，并規(guī)定了問(wèn)題的描述格式，系統(tǒng)據(jù)此生成參數(shù)，然后在數(shù)據(jù)庫(kù)里查詢正確的答案。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)卡波納嘗試將人工智能（AI）技術(shù)應(yīng)用于CAI系統(tǒng)，并設(shè)想了這樣一種教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)有一個(gè)包含教學(xué)主題材料和授導(dǎo)教學(xué)規(guī)律的知識(shí)庫(kù)，能夠用自然語(yǔ)言與學(xué)生對(duì)話，能夠以自然的方式從它的通用知識(shí)庫(kù)里面生成問(wèn)題和反饋?？ú{按照上述設(shè)想建立了第一個(gè)智能化的地理教學(xué)系統(tǒng)SCHOLAR，它采用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示，建立了覆蓋學(xué)生模型，能夠自動(dòng)生成教學(xué)材料和問(wèn)題，也是第一個(gè)能夠用自然語(yǔ)言與學(xué)生交互的系統(tǒng)。SCHOLAR的出現(xiàn)標(biāo)志著智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（ICAI）的開(kāi)始。

在智能教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)生主要通過(guò)問(wèn)題解決的方式學(xué)習(xí)，這些問(wèn)題都是經(jīng)過(guò)恰當(dāng)選擇的，能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供良好的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。哈特利和史利曼認(rèn)為智能教學(xué)系統(tǒng)必須提前考慮三個(gè)方面的知識(shí)：第一，系統(tǒng)通過(guò)評(píng)估學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)，建立起學(xué)生模型；第二，系統(tǒng)考慮到學(xué)生需要學(xué)習(xí)什么，建立起領(lǐng)域?qū)＜夷Ｐ停坏谌?，系統(tǒng)還必須決定下一步應(yīng)該教學(xué)生學(xué)習(xí)哪一個(gè)教學(xué)單元，怎么呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，即具備教師模型。系統(tǒng)在上述基礎(chǔ)上選擇或生成一個(gè)問(wèn)題，并通過(guò)專(zhuān)家模型生成該問(wèn)題的解決方案。智能教學(xué)系統(tǒng)時(shí)時(shí)比較學(xué)生的解答與計(jì)算機(jī)的解答，并診斷兩者的差異。針對(duì)學(xué)生是否已經(jīng)接受了系統(tǒng)提供的學(xué)習(xí)建議，系統(tǒng)還會(huì)提供進(jìn)一步的反饋。當(dāng)反饋循環(huán)結(jié)束后，智能教學(xué)系統(tǒng)會(huì)更新學(xué)生的技能記錄（一個(gè)關(guān)于學(xué)生知道什么和不知道什么的記錄）、學(xué)習(xí)進(jìn)度標(biāo)識(shí)，從而更新了學(xué)生模型。然后系統(tǒng)又開(kāi)始新一輪的循環(huán)，選擇或生成一個(gè)新問(wèn)題。從領(lǐng)域知識(shí)、學(xué)習(xí)者知識(shí)、教學(xué)策略知識(shí)的視角，對(duì)程序教學(xué)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)、生成性CAI系統(tǒng)以及智能教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行考察，不難看出它們的差異所在。

程序教學(xué)系統(tǒng)是基于教學(xué)機(jī)器和教學(xué)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)的，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)則是利用計(jì)算機(jī)代替或輔助教師執(zhí)行部分或全部教學(xué)任務(wù)，它們都將領(lǐng)域知識(shí)和教學(xué)策略事先靜態(tài)地綁定在一起，后者雖然可以根據(jù)學(xué)生回答問(wèn)題的正確與否來(lái)選擇不同的學(xué)習(xí)分支，但還是沒(méi)有建立獨(dú)立的學(xué)生模型。

生成性CAI系統(tǒng)針對(duì)傳統(tǒng)CAI系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)因材施教的局限性，將教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)策略分離，開(kāi)始考慮學(xué)生的心理認(rèn)知過(guò)程，為此而建立了學(xué)生模型，并能根據(jù)學(xué)生模型動(dòng)態(tài)地生成問(wèn)題。但這里的學(xué)生模型主要記錄學(xué)生的行為反應(yīng)，而不是跟蹤學(xué)生的知識(shí)狀態(tài)。智能教學(xué)系統(tǒng)則建立了更為完善的學(xué)生模型，不僅可以記錄學(xué)生認(rèn)知風(fēng)格和認(rèn)知基礎(chǔ)，還能動(dòng)態(tài)地跟蹤學(xué)生的知識(shí)狀態(tài)。在這里，領(lǐng)域知識(shí)可以采用多種表示方法，如語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)生式規(guī)則、框架等，系統(tǒng)將根據(jù)學(xué)生模型動(dòng)態(tài)地生成教學(xué)內(nèi)容，選擇相應(yīng)的教學(xué)策略?？梢?jiàn)，智能教學(xué)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在于：采用人工智能（AI）的知識(shí)表示方式來(lái)表示領(lǐng)域知識(shí)；建立了能夠動(dòng)態(tài)更新的學(xué)生模型，有利于系統(tǒng)了解教學(xué)對(duì)象；預(yù)先定義了知識(shí)和推理規(guī)則，而不是由程序控制固定的教學(xué)序列；提供了詳細(xì)的錯(cuò)誤診斷，以及更為友善的人機(jī)交互?！?/p>