賈積有 孟青泉

摘 要：本文在簡要介紹智能教學(xué)系統(tǒng)概念的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了國際上常用的智能教學(xué)系統(tǒng)的評價(jià)方法，包括客觀性的成績評價(jià)方法和主觀性的調(diào)查問卷評價(jià)方法。然后基于這些評價(jià)方法，以三個(gè)典型學(xué)科（數(shù)學(xué)、英語和語文）的智能教學(xué)系統(tǒng)為例，分析了選擇智能教學(xué)系統(tǒng)時(shí)需要考慮的因素。

關(guān)鍵詞：智能教學(xué)系統(tǒng);評價(jià);選擇;學(xué)科

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-0069（2019）03-0001-09

一、概念簡介

人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用[1]，其中的一個(gè)重要領(lǐng)域就是智能教學(xué)系統(tǒng)。該概念的英文表達(dá)為Intelligent Tutoring System，簡稱ITS，在國內(nèi)也被翻譯作智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)。我們認(rèn)為，智能教學(xué)系統(tǒng)更能全面而準(zhǔn)確地反映ITS的內(nèi)涵和外延。智能教學(xué)系統(tǒng)作為教育領(lǐng)域的專家系統(tǒng)，能夠模仿人類教師或者助教，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)某門學(xué)科、某個(gè)領(lǐng)域或者某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的知識(shí)[2]。一個(gè)成功的智能教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)該像一個(gè)優(yōu)秀教師或者助教那樣，具有某個(gè)學(xué)科、領(lǐng)域或者知識(shí)點(diǎn)的專業(yè)知識(shí)，根據(jù)學(xué)生情況用合適的方式向?qū)W生展示或者講解知識(shí)，通過作業(yè)、測驗(yàn)和考試等各種手段了解學(xué)生對知識(shí)的掌握程度，回答學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的問題，也就是對學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)。所以說一個(gè)智能教學(xué)系統(tǒng)的智能程度，就是對優(yōu)秀教師或者助教的模仿程度。

二、智能教學(xué)系統(tǒng)的評價(jià)方法

（一）客觀性的學(xué)習(xí)效果評價(jià)

客觀性的學(xué)習(xí)效果評價(jià)方式主要采用智能教學(xué)系統(tǒng)所涉及的教學(xué)領(lǐng)域的效果評估方法，比如教育科學(xué)研究中常用的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法。準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法的研究對象通常有實(shí)驗(yàn)班或者實(shí)驗(yàn)組（下文稱實(shí)驗(yàn)班）、對照班或者對照組（下文稱對照班）兩組學(xué)生，前者使用某種智能教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，后者不使用智能教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，除此之外，兩者沒有其他區(qū)別。經(jīng)過一段時(shí)間的教學(xué)實(shí)驗(yàn)后，以使用智能教學(xué)系統(tǒng)與否作為自變量，以使用者的學(xué)習(xí)成績改善程度為因變量，考察因變量與自變量的關(guān)系，也就是考察使用智能教學(xué)系統(tǒng)是否會(huì)對使用者的學(xué)習(xí)成績改善造成影響，以及影響程度有多大。

學(xué)習(xí)者的成績改善程度的衡量，需要綜合考慮教學(xué)實(shí)驗(yàn)前后的成績變化。實(shí)驗(yàn)之前的成績即前測反映了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)之后的成績即后測反映了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成果。最理想的實(shí)驗(yàn)情況為，實(shí)驗(yàn)組和對照組的前測成績沒有統(tǒng)計(jì)意義上的顯著性差異，而這種差異通常是通過獨(dú)立樣本學(xué)生T檢驗(yàn)或者F檢驗(yàn)（即方差分析或變異數(shù)分析，ANOVA， Analysis of Variance的縮寫）來檢測的[3]。在這種前測無顯著性差異的前提下，再對實(shí)驗(yàn)班和對照班的后測進(jìn)行獨(dú)立樣本學(xué)生T檢驗(yàn)。根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果的概率p值，檢測結(jié)果可能有三種情況：（1）兩個(gè)班的成績無顯著性差異（p>0.05）時(shí)，這表明智能教學(xué)系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)或者其他方法而言，對學(xué)生學(xué)習(xí)成績沒有顯著影響;（2）兩個(gè)班的成績有顯著性差異（p<0.05）、實(shí)驗(yàn)班成績高于對照班時(shí)，這表明智能教學(xué)系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)或者其他方法而言，對學(xué)生學(xué)習(xí)成績有顯著正面影響;（3）兩個(gè)班的成績有顯著性差異（p<0.05）、實(shí)驗(yàn)班成績低于對照班時(shí)，這表明智能教學(xué)系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)或者其他方法而言，對學(xué)生學(xué)習(xí)成績有顯著負(fù)面影響。

后測中實(shí)驗(yàn)班和對照班的成績差異可以用效果量（Effect Size，簡稱ES）來進(jìn)行準(zhǔn)確衡量。在國際文獻(xiàn)中，效果量一般用一個(gè)無量綱的分?jǐn)?shù)來表示，分子為實(shí)驗(yàn)班和對照班的平均成績差，而分母則為一個(gè)合并后的標(biāo)準(zhǔn)差Spooled，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差如何計(jì)算，國際文獻(xiàn)中存在一些差異。我們介紹常用的兩種：Cohen’d[4][5][6]和Hedges’g[7]。

Cohen’d的計(jì)算公式為：

Hedges’g的計(jì)算公式為：

以上兩個(gè)公式中的n1和n2分別為實(shí)驗(yàn)班和對照班的樣本量，SD1和SD2分別為實(shí)驗(yàn)班和對照班的標(biāo)準(zhǔn)差。兩個(gè)公式的細(xì)微差異僅僅在于分母上對混合的標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算。不管怎樣計(jì)算，兩個(gè)班的平均成績差異越大，班內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)差越小，則效果量越大。

按照Cohen’d來衡量，效果量如果是0.2左右，就是一個(gè)小的效果;如果是0.5左右，就是一個(gè)中等規(guī)模的效果;如果是0.8以上的話，就是一個(gè)大的效果。當(dāng)然一個(gè)效果到底是小還是大，與檢驗(yàn)背景等很多因素緊密相關(guān)，就像Cohen（科恩）所強(qiáng)調(diào)的：所謂的小、中、大的概念都是相對而言的，不僅僅彼此之間，而且是針對行為科學(xué)領(lǐng)域，甚至是針對某個(gè)特定背景和研究手段而言。面對這種相對性，為這些術(shù)語提供傳統(tǒng)的操作定義，以便在不同的研究領(lǐng)域如行為科學(xué)中用于效果分析，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。然而，這種風(fēng)險(xiǎn)是可以接受的，因?yàn)槲覀兿嘈?，通過提供一個(gè)通用的常規(guī)參考框架，可以獲得比損失更多的收益。只有在沒有更好地估計(jì)效果量的基礎(chǔ)時(shí)，才建議使用該參考框架。[8]

Sawilowsky（薩維羅夫斯基）[9]在Cohen對效果量的相對大小的評述基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建議：效果量如果為0.01，那是非常小的，1.2是非常大的，2.0是巨大的。

不管怎么計(jì)算，效果量綜合反映了實(shí)驗(yàn)班和對照班全體學(xué)生的成績差異，因此在國際研究文獻(xiàn)中經(jīng)常被用來作為衡量某種教學(xué)方法效果大小的一個(gè)重要指標(biāo)。因?yàn)榉帜阜从车氖菢?biāo)準(zhǔn)差的大小，效果量的單位通常被稱作標(biāo)準(zhǔn)差。

如果前測和后測考試內(nèi)容相同，則實(shí)驗(yàn)組和對照組可以分別進(jìn)行成對樣本學(xué)生T檢驗(yàn)，檢測每個(gè)組從前測到后測的變化幅度在統(tǒng)計(jì)意義上是否具有顯著性。同前面的獨(dú)立樣本學(xué)生T檢驗(yàn)類似，檢測結(jié)果也是三種情況：無顯著性差異;后測成績顯著高于前測成績;前測成績顯著高于后測成績。后測和前測的差異大小也可以通過效果量的計(jì)算精確表示出來，只不過這時(shí)候的計(jì)算因?yàn)楹鬁y和前測樣本相同而得到了簡化，比如Cohen’d中，因?yàn)榍皽y和后測樣本數(shù)相同，n1=n2=n，

如果前測中實(shí)驗(yàn)班和對照班的差異在統(tǒng)計(jì)意義上是顯著的，也就是說基礎(chǔ)不同，那么在檢驗(yàn)后測的差異時(shí)就必須考慮這種差異。這時(shí)候就要采用共變量分析（或稱協(xié)方差分析，Analysis of Covariance， 簡稱ANCOVA）的方法來研究智能教學(xué)系統(tǒng)對學(xué)生成績的影響。ANCOVA在比較智能教學(xué)系統(tǒng)與其他方法的效果時(shí)，可以同時(shí)考慮或控制其他對學(xué)習(xí)效果有影響的自變量，使我們在相同的背景或基礎(chǔ)上去比較不同教學(xué)方式的效果。而控制其他自變量對因變量的影響也是回歸分析的基本功能，因此ANCOVA可以說是結(jié)合了ANOVA與回歸分析的功能，排除了前測的差異，以更精確地分析兩組或兩組以上后測是否有顯著性差異。

共變量分析需要滿足三個(gè)基本前提條件。（1）常態(tài)性：即符合正態(tài)分布的要求;（2）獨(dú)立性：量表的內(nèi)部一致性信度或α值最好在0.8以上;（3）回歸系數(shù)同構(gòu)型：組內(nèi)回歸系數(shù)無顯著差異。在滿足這三個(gè)條件之后，以學(xué)習(xí)方式（智能教學(xué)系統(tǒng)支持的教學(xué)或者其他教學(xué)方式）為自變量、學(xué)生學(xué)習(xí)前測成績?yōu)楣沧兞?、學(xué)生的學(xué)習(xí)后測成績?yōu)橐蜃兞浚M(jìn)行共變量分析。分析結(jié)果也與樣本學(xué)生T檢驗(yàn)類似，分為三種情況：無顯著性差異（p>0.05）;智能教學(xué)系統(tǒng)的效果顯著好于其他教學(xué)方式（p<0.05）; 智能教學(xué)系統(tǒng)的效果顯著差于其他教學(xué)方式（p<0.05）。當(dāng)然，也可以用效果量來精確表示后測中實(shí)驗(yàn)班和對照班的差異量的大小。

（二）主觀性的用戶體驗(yàn)

主觀性的用戶體驗(yàn)主要通過調(diào)查問卷方式采集用戶對智能教學(xué)系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)，包括技術(shù)接受度、學(xué)習(xí)滿意度、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效能、認(rèn)知負(fù)荷等多個(gè)維度。一般來說，調(diào)查問卷的每個(gè)條目都采用李克特5點(diǎn)或者7點(diǎn)量表，因而具有可計(jì)算性和可比性。與學(xué)習(xí)成績的比較類似，可以在實(shí)驗(yàn)前后的實(shí)驗(yàn)班和對照班各測量一次，然后通過T檢驗(yàn)、F檢驗(yàn)或者共變量分析等方法來檢測實(shí)驗(yàn)前后學(xué)生對于這些調(diào)查條目回答的變化，也就是學(xué)生用戶體驗(yàn)的變化，以及這種變化在統(tǒng)計(jì)意義上是否顯著。當(dāng)然在檢測之前，要檢驗(yàn)問卷的信度和效度。最好采用經(jīng)國內(nèi)外廣泛使用、信度和效度較高的調(diào)查問卷。下面介紹一些這樣的問卷。

在評估智能教學(xué)系統(tǒng)模型的技術(shù)接受度方面，很多量表是對戴維斯技術(shù)接受度模型（Technology Acceptance Model，簡稱TAM）[10]的進(jìn)一步發(fā)展和完善。這種模型認(rèn)為，當(dāng)用戶面對一個(gè)計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)時(shí)，認(rèn)知有用性和認(rèn)知易用性是兩個(gè)主要的決定因素。認(rèn)知有用性（Perceived Usefulness，簡稱PU）是指用戶在使用某一信息系統(tǒng)時(shí)，主觀上認(rèn)為其所帶來的工作績效的提升程度。認(rèn)知易用性（Perceived Easeof Use，簡稱PEOU）是指用戶在使用某一信息系統(tǒng)時(shí)，主觀上認(rèn)為能為其省事、減少用心費(fèi)神的程度。

在這方面，Hwang等[11][12][13]所設(shè)計(jì)的“計(jì)算機(jī)支持的學(xué)習(xí)接受度調(diào)查問卷”可供參考。關(guān)于系統(tǒng)認(rèn)知有用性的問題包括：我覺得使用這樣的學(xué)習(xí)方式（或系統(tǒng)）讓學(xué)習(xí)活動(dòng)的內(nèi)容更豐富;我覺得使用這樣的學(xué)習(xí)方式（或系統(tǒng)）對我學(xué)習(xí)新知識(shí)很有幫助;這樣的學(xué)習(xí)方式（或系統(tǒng)）所提供的學(xué)習(xí)機(jī)制讓我的學(xué)習(xí)過程更為順暢;這樣的學(xué)習(xí)方式（或系統(tǒng)）可以幫助我在需要時(shí)獲得有用的信息;這樣的學(xué)習(xí)方式（或系統(tǒng)）可以讓我學(xué)得更好;本次學(xué)習(xí)活動(dòng)中，使用這樣的學(xué)習(xí)方式（或系統(tǒng)）比一般的計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)更有效果。關(guān)于系統(tǒng)認(rèn)知易用性的問題包括：對我而言，學(xué)習(xí)這套系統(tǒng)的操作并不困難;我只花費(fèi)短短的時(shí)間就完全學(xué)會(huì)這套系統(tǒng)的使用;使用這套系統(tǒng)所進(jìn)行的學(xué)習(xí)活動(dòng)是容易理解的;我很快便學(xué)會(huì)這套系統(tǒng)的操作方式;我覺得這套系統(tǒng)的接口是容易使用的;整體而言，本次學(xué)習(xí)活動(dòng)所使用的系統(tǒng)是容易學(xué)習(xí)和使用的。

學(xué)習(xí)滿意度方面可以參考Chu等人的設(shè)計(jì)[14]，內(nèi)容包括：這次的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓我更理解學(xué)習(xí)內(nèi)容;這次的學(xué)習(xí)任務(wù)中，我努力學(xué)習(xí)觀察事物的差異;這次的學(xué)習(xí)任務(wù)雖然不簡單，但學(xué)習(xí)方式卻不難理解;這種學(xué)習(xí)方式比以前的學(xué)習(xí)方式更具有挑戰(zhàn)性和趣味性;使用這種方式學(xué)習(xí)，我可以獲得一些新發(fā)現(xiàn)或新知識(shí);這種方式學(xué)習(xí)能讓我用新的方法或思考模式來學(xué)習(xí);這種學(xué)習(xí)方式有助于我學(xué)習(xí)分辨事物的特性;這種學(xué)習(xí)方式有助于我運(yùn)用新的角度觀察事物。

學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)方面可以參考Pintrich（佩尼奇）[15]和Wang & Chen[16]等所設(shè)計(jì)的調(diào)查問卷。關(guān)于內(nèi)在動(dòng)機(jī)的問題包括：在本課程中，我比較喜歡有挑戰(zhàn)性的教材，因?yàn)檫@樣我可以學(xué)到新的事物;在本課程中，我比較喜歡能引起我好奇心的教材，即使困難也無所謂;如果可以，我會(huì)選擇能學(xué)到東西的課程，即使分?jǐn)?shù)不高也無所謂。關(guān)于外在動(dòng)機(jī)的問題包括：在本課程中得到好成績，對我來說是最滿足的事情;如果可以，我希望能在本課程中得到比大多數(shù)學(xué)生要好的成績;我希望在本課程中能有好的表現(xiàn)，因?yàn)樵诩胰?、朋友、老師或其他人面前展現(xiàn)我的能力是很重要的。

學(xué)習(xí)態(tài)度方面可以參考Hwang等人的工作[17][18][19]，內(nèi)容包括：我覺得學(xué)習(xí)這個(gè)課程是有趣而且有價(jià)值的;我想要學(xué)習(xí)更多且觀察更多有關(guān)這個(gè)課程的內(nèi)容;我覺得學(xué)習(xí)跟這個(gè)課程有關(guān)的事物是值得的;我覺得學(xué)好這個(gè)課程對我來說很重要;我覺得了解這個(gè)課程與生活環(huán)境之間的關(guān)系是重要的;我會(huì)主動(dòng)搜尋更多信息來學(xué)習(xí)這個(gè)課程;我覺得學(xué)習(xí)這個(gè)課程對每個(gè)人來說都是重要的。

學(xué)習(xí)效能方面可以參考 Pintrich等[20]的設(shè)計(jì)。內(nèi)容包括：我相信我可以在本課程中得到優(yōu)異的成績;我確信能理解本課程中最困難的部分;我自信能理解本課程所教授的基本觀念;我自信能理解本課程中老師所教最復(fù)雜的部分;我自信能在本課程的作業(yè)和測驗(yàn)上表現(xiàn)優(yōu)異;我預(yù)期能學(xué)好本課程;我確信能精通本課程所教授的技能;考慮本課程的難度、老師和我的能力，我覺得我可以學(xué)好本課程。

認(rèn)知負(fù)荷方面可以參考Hwang等人[21][22][23]的設(shè)計(jì)。其中關(guān)于心智負(fù)荷也就是內(nèi)容難度或任務(wù)的挑戰(zhàn)性方面的問題包括：這個(gè)活動(dòng)中的學(xué)習(xí)內(nèi)容對我而言是困難的;我花了很大的心力，才能回答這個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)中的問題;回答這個(gè)活動(dòng)中的問題令我感到困擾;我沒有足夠的時(shí)間來回答這個(gè)活動(dòng)中的問題。關(guān)于心智努力也就是內(nèi)容形式方面的問題包括：在這個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)中，教學(xué)方式或是教材內(nèi)容的呈現(xiàn)方式對我而言比較吃力;我必須投入許多心力來完成這個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)或是達(dá)成這個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)的目標(biāo);這個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)的教學(xué)方式于我來說很難理解或是跟上進(jìn)度。

當(dāng)然，在采用以上這些問卷評估某個(gè)智能教學(xué)系統(tǒng)時(shí)，可根據(jù)該系統(tǒng)和教學(xué)應(yīng)用的具體情況修改、補(bǔ)充或者刪除某些條目。修訂后的問卷最好先在小范圍測試后再應(yīng)用到教學(xué)實(shí)驗(yàn)中。

三、智能教學(xué)系統(tǒng)的選擇

（一）數(shù)學(xué)：“樂學(xué)一百”在線智能教學(xué)系統(tǒng)

數(shù)學(xué)教學(xué)對于鍛煉中小學(xué)生的邏輯思維至關(guān)重要，但是如何針對學(xué)生的特點(diǎn)進(jìn)行個(gè)性化數(shù)學(xué)教學(xué)也是一個(gè)世界性的難題?！皹穼W(xué)一百”是一個(gè)專注于中小學(xué)數(shù)學(xué)等學(xué)科，為教師、學(xué)生和家長提供在線智能教學(xué)服務(wù)的個(gè)性化智能教學(xué)平臺(tái)。在深入了解我國中小學(xué)教學(xué)改革的實(shí)際情況和研究數(shù)學(xué)領(lǐng)域知識(shí)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者采用自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型[24]，運(yùn)用學(xué)習(xí)科學(xué)的相關(guān)原理和技術(shù)，科學(xué)地設(shè)計(jì)了引導(dǎo)流程和步驟，讓學(xué)生在自我探索的過程中高效地吸收知識(shí)，強(qiáng)化技能，優(yōu)質(zhì)高效地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，達(dá)成高水平的學(xué)習(xí)目標(biāo)。在個(gè)性化輔導(dǎo)方面，該系統(tǒng)將在線學(xué)習(xí)活動(dòng)指數(shù)模型OLAI加入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中[25][26]，進(jìn)一步提高其自適應(yīng)程度，增強(qiáng)應(yīng)用效果。基本設(shè)計(jì)理念包括如下三點(diǎn)：

1.個(gè)別自適應(yīng)學(xué)習(xí)。自定步調(diào)：不規(guī)定統(tǒng)一的進(jìn)度，學(xué)生根據(jù)自身情況確定學(xué)習(xí)內(nèi)容和進(jìn)度，教師基于強(qiáng)大的后臺(tái)教學(xué)分析系統(tǒng)，針對不同學(xué)生給予全天候個(gè)別化指導(dǎo)。

2.漸進(jìn)掌握式學(xué)習(xí)。小步闖關(guān)：將學(xué)科知識(shí)體系加以精細(xì)切分，成為學(xué)習(xí)時(shí)長15分鐘左右的單元，并按照知識(shí)點(diǎn)間邏輯順序、考試考查的能力以及學(xué)生認(rèn)知規(guī)律編排。學(xué)生一個(gè)一個(gè)單元進(jìn)行闖關(guān)學(xué)習(xí)，前一個(gè)單元達(dá)到規(guī)定的過關(guān)分?jǐn)?shù)后，才能進(jìn)入下一個(gè)單元，依此類推，直到完成所有單元通關(guān)。每題答完系統(tǒng)自動(dòng)判斷對錯(cuò)，答對之后才能進(jìn)入下一題，既保護(hù)孩子自信心，又能系統(tǒng)扎實(shí)學(xué)習(xí)。

3.互動(dòng)發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)。持續(xù)互動(dòng)：把知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成一個(gè)個(gè)層次遞進(jìn)的“問題”，向?qū)W生提問，刺激學(xué)生不斷思考，由淺入深，由易到難，循序漸進(jìn)。學(xué)生在逐一回答問題的過程中獲得系統(tǒng)給予的“即時(shí)反饋”，正確的則繼續(xù)前進(jìn)，錯(cuò)誤的可以查看系統(tǒng)提示或者在線請教老師后改正。學(xué)生逐一完成這些題目后，在課程的引導(dǎo)下自然而然地建構(gòu)起彼此聯(lián)系的知識(shí)體系。

在上述設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下，“樂學(xué)一百”開發(fā)團(tuán)隊(duì)研制并推出了基于云端的教學(xué)平臺(tái)，該系統(tǒng)可以幫助教師方便快捷且有效地實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂，幫助學(xué)生在課外以自己的進(jìn)度學(xué)習(xí)，是一套較為成熟且面向用戶實(shí)際需求的在線教學(xué)系統(tǒng)。從功能模塊來看，“樂學(xué)一百”系統(tǒng)包括6個(gè)子系統(tǒng)（學(xué)生、教師、家長、課程、激勵(lì)和分析）、3個(gè)核心數(shù)據(jù)庫（學(xué)生、學(xué)材和行為）、1個(gè)互動(dòng)學(xué)習(xí)引擎和1個(gè)智能推薦引擎。這些子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和引擎相互依存和相互作用。

在內(nèi)容方面，“樂學(xué)一百”覆蓋了小學(xué)和初中數(shù)學(xué)所有單元，這些單元按照教學(xué)目標(biāo)又針對每章知識(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了引導(dǎo)、練習(xí)、強(qiáng)化、綜合、測試、復(fù)習(xí)、挑戰(zhàn)等12種單元類型。單元之間環(huán)環(huán)相扣，難度螺旋上升。這些學(xué)習(xí)單元由精細(xì)切割的知識(shí)點(diǎn)組成，從零基礎(chǔ)到高難度層層遞進(jìn)、全部覆蓋;將一個(gè)個(gè)互相關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)問題化，這些問題互相關(guān)聯(lián)，在合適的時(shí)機(jī)持續(xù)啟發(fā)學(xué)生的思維。

“樂學(xué)一百”系統(tǒng)的智能性還表現(xiàn)在這幾個(gè)方面。（1）答案智能判斷：及時(shí)且正確的反饋是學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，“樂學(xué)一百”的自適應(yīng)引擎中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對初中階段知識(shí)點(diǎn)的答案智能判斷，使得學(xué)生學(xué)習(xí)過程一氣呵成，思維連貫，成就感更強(qiáng)。（2）作圖智能判斷：通過 “做中學(xué)”的方法，智能判斷引擎能夠自動(dòng)判斷學(xué)生幾何作圖是否符合題目要求，學(xué)生不僅能夠?qū)W習(xí)常規(guī)作圖方法，更能創(chuàng)造性解決現(xiàn)有幾何問題。（3）錯(cuò)題智能訓(xùn)練：系統(tǒng)自動(dòng)收集學(xué)生所有錯(cuò)誤的題目，并且全程記錄每個(gè)題目曾經(jīng)的錯(cuò)誤答案，針對性加以強(qiáng)化練習(xí)。錯(cuò)題痕跡全保留，自動(dòng)生成錯(cuò)題單元。題目動(dòng)態(tài)變化，可反復(fù)練習(xí)。

在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)方面，“樂學(xué)一百”設(shè)計(jì)了經(jīng)驗(yàn)值、學(xué)分、樂幣、禮品店、排行榜、通關(guān)勛章等激勵(lì)手段。學(xué)生每做對一題都可獲得經(jīng)驗(yàn)值鼓勵(lì)，過關(guān)加學(xué)分，樂幣換禮品，從而體驗(yàn)成功的喜悅，逐步樹立自信。家長還可加分表揚(yáng)，鼓勵(lì)孩子。

“樂學(xué)一百”系統(tǒng)自2013年上線以來，經(jīng)過近10萬用戶的使用，其效果得到了驗(yàn)證。借鑒前面提到的客觀成績與主觀性問卷相結(jié)合的評價(jià)方法，并輔之以學(xué)生訪談等定性研究方法，賈積有和張必蘭等[27][28]對該系統(tǒng)的效果進(jìn)行了較為嚴(yán)格的評估，考試成績和調(diào)查問卷數(shù)據(jù)分析證明，運(yùn)用該系統(tǒng)輔助教學(xué)的實(shí)驗(yàn)班成績顯著高于其他班級，學(xué)生和家長對“樂學(xué)一百”系統(tǒng)有較高的滿意度。

（二）英語：“希賽可”智能英語教學(xué)系統(tǒng)

英語教學(xué)對于中小學(xué)生掌握英語這一世界上廣泛應(yīng)用的語言很重要。然而如何給學(xué)生提供個(gè)性化的語言環(huán)境，如何幫助學(xué)生從音、形、義三個(gè)方面掌握詞匯，在我國中小學(xué)教學(xué)中是需要解決的重要問題。通過調(diào)研教師和學(xué)生在英語學(xué)習(xí)中的實(shí)際需求，我們研發(fā)了“希賽可”智能英語教學(xué)系統(tǒng)，包含詞匯、對話、語法、聽力和閱讀等基本內(nèi)容，該系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)如圖1所示）可以提供個(gè)性化、層次化、游戲化教學(xué)策略，具有課程、用戶等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的高級功能，充分體現(xiàn)以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的指導(dǎo)思想，包含了從小學(xué)、中學(xué)到大學(xué)各個(gè)學(xué)段、多個(gè)教材版本的配套學(xué)習(xí)內(nèi)容。

詞匯是英語學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是重點(diǎn)和難點(diǎn)。每個(gè)英文單詞都有其拼寫、發(fā)音和中文含義，這三者相互關(guān)聯(lián)，密不可分。因此，我們設(shè)計(jì)的詞匯練習(xí)的形式為：根據(jù)單詞的發(fā)音，學(xué)生填寫其英文拼寫，選擇或者填寫其漢語意思;系統(tǒng)自動(dòng)判斷答案對錯(cuò)，給出反饋。這種形式可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，極大減輕教師的負(fù)擔(dān)，強(qiáng)化學(xué)生的聽力、詞匯書寫和理解能力。而詞匯掌握程度的提高能夠進(jìn)一步改進(jìn)學(xué)生在語法、閱讀、寫作等方面的表現(xiàn)。詞匯練習(xí)模塊的智能性主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：（1）題目排列的隨機(jī)性。每個(gè)單元或者模塊的填字游戲、選擇題和填空題測驗(yàn)所包含的詞匯總量是確定的，對于每個(gè)學(xué)生都一樣。但是，在每個(gè)學(xué)生做練習(xí)時(shí)，題目出現(xiàn)的順序不同，選擇題的選項(xiàng)順序也不同。這樣的練習(xí)就是一種個(gè)性化的練習(xí)，每個(gè)學(xué)生都必須獨(dú)立解決各自的問題。（2）“一對一”的聽寫。每一道選擇題和填空題的詞匯配音都來自配套光盤或者磁帶，地道標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)者根據(jù)系統(tǒng)發(fā)音回答相應(yīng)的問題，就好像跟著老師“一對一”地聽寫單詞，而且可以反復(fù)多次地聆聽。這種形式的練習(xí)能夠有效地激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，維持其學(xué)習(xí)興趣。（3）針對不同水平學(xué)習(xí)者的梯度測試題型。每一個(gè)學(xué)習(xí)單元的測試都提供了難易程度不同的題目形式——填字游戲、選擇題、填空題。學(xué)習(xí)者剛剛學(xué)習(xí)完新單詞時(shí)，由于記憶不深刻，可以先通過填字游戲來熟悉單詞的拼寫，然后通過選擇題來熟悉詞匯發(fā)音與其漢語意思的關(guān)聯(lián)。經(jīng)過上述兩種練習(xí)，學(xué)習(xí)者對單詞的拼寫、發(fā)音和含義有了較好的理解后，再通過填空題綜合復(fù)習(xí)和鞏固單詞拼寫、發(fā)音和含義。（4）及時(shí)、靈活的反饋。系統(tǒng)能及時(shí)為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)反饋。提交所有題目答案之后，可以看到每道題目的正誤，以及答錯(cuò)題目的正確答案。

綜上所述，單詞智能練習(xí)憑借較為標(biāo)準(zhǔn)的單詞發(fā)音、難度梯度題型和及時(shí)靈活的反饋等特點(diǎn)，可以幫助學(xué)生復(fù)習(xí)單詞和強(qiáng)化單詞記憶。這種學(xué)習(xí)基于行為主義學(xué)習(xí)理論，通過練習(xí)和即時(shí)反饋強(qiáng)化學(xué)生對詞匯音、形、義的綜合掌握。

場景對話功能基于建構(gòu)主義和情境學(xué)習(xí)理論，高度重視情境學(xué)習(xí)在英語學(xué)習(xí)中的作用，主要體現(xiàn)在：（1）促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)以致用，學(xué)習(xí)者可以在該系統(tǒng)中使用新掌握的單詞，與機(jī)器人進(jìn)行交流，加深記憶。（2）標(biāo)準(zhǔn)發(fā)音，促進(jìn)記憶。該系統(tǒng)提供的“觀看對話”模塊中，有標(biāo)準(zhǔn)的英語單詞發(fā)音，學(xué)習(xí)者在觀看對話的時(shí)候，字幕的提示能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者記憶單詞。（3）創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)動(dòng)機(jī)。在情境對話模塊中，系統(tǒng)能模擬課本中的真實(shí)對話情境，吸引學(xué)習(xí)者注意力，有效激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高學(xué)習(xí)興趣。

為了讓學(xué)生在實(shí)際參與人機(jī)對話之前熟悉對話內(nèi)容，我們設(shè)計(jì)了多人對話觀摩程序，使之能夠表現(xiàn)多個(gè)角色之間的對話，簡稱為“多人轉(zhuǎn)”?！岸嗳宿D(zhuǎn)”的功能是由多個(gè)虛擬人物來扮演課本中的人物角色，并進(jìn)行課本中的對話，但這種對話不是原封不動(dòng)地照抄課本內(nèi)容，也不是像通常的教學(xué)錄像那樣播放固定不變的一段對話錄像，而是針對每一句話給出了語義相同的多種表達(dá)方式。虛擬人物會(huì)隨機(jī)選擇某種表達(dá)方式來進(jìn)行對話，這樣一段對話中，所有句子表達(dá)方式的排列組合就可以很多，使得學(xué)生每次觀看“多人轉(zhuǎn)”時(shí)都有一種新鮮感。

“希賽可”系統(tǒng)具有自適應(yīng)界面，使用終端包括傳統(tǒng)的多媒體計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、方便攜帶而且性價(jià)比高的平板電腦和智能手機(jī)，適應(yīng)了我國數(shù)字校園和智慧校園建設(shè)的最新發(fā)展趨勢。

為了檢驗(yàn)“希賽可”系統(tǒng)的教學(xué)效果，我們從2010年7月到2012年12月底，在4所實(shí)驗(yàn)學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和師生的積極配合下，共進(jìn)行了11個(gè)學(xué)期的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究。準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究的基本思路為：每所學(xué)校的每位老師負(fù)責(zé)兩個(gè)班的教學(xué)工作，其中一個(gè)作為實(shí)驗(yàn)班，另外一個(gè)為對照班。兩個(gè)班的教學(xué)內(nèi)容、進(jìn)度和方法完全一致，唯一不同的是，實(shí)驗(yàn)班每周有一節(jié)課在多媒體機(jī)房，通過國際互聯(lián)網(wǎng)訪問“希賽可”智能英語學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過調(diào)查問卷、訪談等方法來了解學(xué)生與教師對英語學(xué)習(xí)的感受、對智能英語教學(xué)系統(tǒng)的感受和認(rèn)識(shí)。最后，通過分析歷次考試成績來比較實(shí)驗(yàn)班和對照班的英語學(xué)習(xí)成效。

通過這些準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，我們獲得了豐富的測驗(yàn)、調(diào)查和訪談數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明[29][30][31][32]：對于學(xué)生而言，“希賽可”系統(tǒng)可以提高英語學(xué)習(xí)成績，增進(jìn)學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)班的成績，特別是所練習(xí)的詞匯成績在逐漸改善，改善程度高于對照班;前測平均成績較低的實(shí)驗(yàn)班（北京、河南和寧夏）的改善程度已經(jīng)改變其顯著性差異狀態(tài);詞匯成績的改善程度高于常規(guī)考試成績的改善程度。通過調(diào)查問卷和訪談發(fā)現(xiàn)：這種應(yīng)用智能教學(xué)系統(tǒng)的混合式學(xué)習(xí)對于學(xué)生來說沒有困難和壓力（也不需要很多計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)），可以幫助復(fù)習(xí)所學(xué)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率和考試成績，人機(jī)交互方便，提供了更多的學(xué)習(xí)材料和更加專業(yè)的教學(xué)方式，超過80%的學(xué)生希望在將來繼續(xù)使用這個(gè)系統(tǒng)。學(xué)生改善最明顯的三個(gè)問題是：記不住單詞、英語發(fā)音不好和聽力差。對于教師而言，“希賽可”系統(tǒng)減輕了教學(xué)負(fù)擔(dān)，促進(jìn)了專業(yè)成長。系統(tǒng)自動(dòng)判分準(zhǔn)確無誤，反饋快速及時(shí)、個(gè)性化，減少了教師大量布置作業(yè)、批改作業(yè)的工作，教師可以騰出時(shí)間去做更多計(jì)算機(jī)還無法做的事情，促進(jìn)其專業(yè)發(fā)展。

綜合考慮成本、效益和效果，“希賽可”智能教學(xué)系統(tǒng)在中學(xué)英語課程中的深度整合，相比傳統(tǒng)單一的學(xué)校老師授課、市場化的家教輔導(dǎo)或者小班教學(xué)等方式而言，具有較大的優(yōu)勢。我們設(shè)計(jì)的多種差異性樣本、長時(shí)期的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究方法，其信度從多個(gè)方面得到了充分驗(yàn)證：實(shí)驗(yàn)學(xué)校地理位置和經(jīng)濟(jì)條件呈現(xiàn)多樣性（東部、中部、西部）;實(shí)驗(yàn)學(xué)校的硬件裝備有好有壞;實(shí)驗(yàn)班老師的教育信息技術(shù)應(yīng)用經(jīng)歷各不相同;實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的學(xué)齡跨度從七年級到高二;教學(xué)內(nèi)容幾乎涉及從七年級到高二各個(gè)學(xué)期。這種跨地區(qū)、跨學(xué)齡、跨年度的教育技術(shù)在語言教學(xué)中的實(shí)證研究，可以驗(yàn)證某一教學(xué)措施（比如智能技術(shù)與課程整合）的效果，排除其他因素的干擾，具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值。

我們應(yīng)用這種方法得出結(jié)論：智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)支撐下的混合式中學(xué)英語學(xué)習(xí)對于學(xué)生和教師的正面影響，不僅為“信息技術(shù)與課程的高度整合”這一政策導(dǎo)向提供了實(shí)證范例，也提供了方法手段。

（三）語文：“科大訊飛”語音評測和學(xué)習(xí)系統(tǒng)

在我國強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)文化傳承的今天，語文教學(xué)對于中小學(xué)生至關(guān)重要。盡管漢語是我們的母語，但是因?yàn)槲覈鶈T遼闊，地區(qū)差異巨大，不少學(xué)校教師還存在發(fā)音不標(biāo)準(zhǔn)的問題，要個(gè)性化地檢測和訓(xùn)練每個(gè)學(xué)生的漢語發(fā)音，對于學(xué)校和班級教學(xué)來說難度較大。因此，科大訊飛信息科技股份有限公司（以下簡稱“科大訊飛”）開發(fā)了漢語語音評測和學(xué)習(xí)系統(tǒng)。這是一家專業(yè)從事智能語音及語言技術(shù)研究、軟件及芯片產(chǎn)品開發(fā)、語音信息服務(wù)及電子政務(wù)系統(tǒng)集成的國家級骨干軟件企業(yè)，是我國眾多軟件企業(yè)中為數(shù)極少掌握核心技術(shù)并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)之一，其智能語音合成和識(shí)別技術(shù)連續(xù)多次在國際評測比賽中獲得第一名的優(yōu)異成績。憑借其世界領(lǐng)先的語音技術(shù)，“科大訊飛”開發(fā)了中小學(xué)語言能力評價(jià)與學(xué)習(xí)系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)漢語、英語等語言學(xué)習(xí)的問題，推薦個(gè)性化語言學(xué)習(xí)資源，提升學(xué)生口語交際與表達(dá)能力。中小學(xué)漢語能力評價(jià)與學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要包括語言能力評價(jià)、語言學(xué)習(xí)及系統(tǒng)管理三大模塊，系統(tǒng)功能列表如表1所示。

語言能力評價(jià)模塊內(nèi)容覆蓋全面，題型靈活多樣，評價(jià)科學(xué)合理，分為套題類型和單題專項(xiàng)評價(jià)兩大類型。

套題類型又分為三種。第一種滿分100分，包括四項(xiàng)內(nèi)容。第一項(xiàng)單音節(jié)字詞50個(gè)，共10分;第二項(xiàng)多音節(jié)詞語25個(gè)，共20分;第三項(xiàng)短文一篇200個(gè)音節(jié)，共30分;第四項(xiàng)話題表述（故事復(fù)述、看圖說話、命題說話三個(gè)類型中任選一題作為考試題型），共40分。第二種滿分20分。第一題聽力選擇，共5題，每題2分，共10分。第二題命題說話，準(zhǔn)備一分鐘，說話一分鐘，共10分。第三種滿分100分。第一項(xiàng)短文一篇200個(gè)音節(jié)，共30分;第二項(xiàng)一篇七言古詩詞，共10分;第三項(xiàng)看圖說話，共30分;第四項(xiàng)故事復(fù)述，共30分。

單題專項(xiàng)評價(jià)共三種類型：故事復(fù)述、看圖說話、命題說話，老師可任意選擇一個(gè)作為測查題型。

語言學(xué)習(xí)模塊由淺入深地提供基礎(chǔ)學(xué)習(xí)、同步課程、話題表述、配音秀四種不同的學(xué)習(xí)形式，其具體功能如下。

基礎(chǔ)學(xué)習(xí)：參照語文新課標(biāo)要求，提供普通話聲韻調(diào)學(xué)習(xí)資源，分等級進(jìn)行普通話字詞語音教學(xué)，針對性糾正學(xué)習(xí)者語音問題，幫助學(xué)習(xí)者掌握語音規(guī)律，有效提高其普通話水平。

同步課程：依據(jù)課文示范朗讀，進(jìn)行跟讀訓(xùn)練。系統(tǒng)指示光標(biāo)自動(dòng)契合學(xué)習(xí)者的朗讀節(jié)奏，學(xué)習(xí)者朗讀結(jié)束后，系統(tǒng)實(shí)時(shí)評價(jià)語音水平，診斷語音問題。

話題表述：結(jié)合語文新課標(biāo)，按照九年一貫制教學(xué)思路，系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言交際訓(xùn)練任務(wù)，分學(xué)段逐級提高學(xué)生口語表達(dá)能力。通過故事復(fù)述、看圖說話、命題說話三個(gè)子項(xiàng)測查、訓(xùn)練學(xué)生的話題表述能力。在“故事復(fù)述”中，系統(tǒng)會(huì)結(jié)合語文新課程標(biāo)準(zhǔn)納入一些家喻戶曉的故事，學(xué)生選擇自己感興趣的故事在系統(tǒng)中聽，聽完后用自己的語言進(jìn)行復(fù)述，復(fù)述完成后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)評分?！翱磮D說話”讓學(xué)生在充分觀察圖畫、思考圖意的基礎(chǔ)上進(jìn)行口頭表達(dá)訓(xùn)練，突出看、思、說三大主體環(huán)節(jié)?！懊}說話”則測查學(xué)生在無文字憑借的情況下根據(jù)自己選擇的話題進(jìn)行即興表達(dá)。

配音秀：實(shí)現(xiàn)全新的互動(dòng)娛樂式語言學(xué)習(xí)。為經(jīng)典電影、經(jīng)典動(dòng)畫配音，感受作品魅力，塑造人物角色，豐富想象，錘煉語言，讓學(xué)習(xí)者在輕松歡快的環(huán)境中提升語言技能。

系統(tǒng)管理模塊包括用戶管理、任務(wù)管理及統(tǒng)計(jì)分析。系統(tǒng)采用超級管理員、省、市、縣（區(qū)）、學(xué)校五級用戶分級管理;任務(wù)管理支持教師新建、刪除及分發(fā)任務(wù);統(tǒng)計(jì)分析功能可以幫助教育主管部門、教師和學(xué)生自己從多個(gè)維度了解中小學(xué)生的語言能力水平及存在的問題。

“科大訊飛”語音評測和學(xué)習(xí)系統(tǒng)在多個(gè)省市的中小學(xué)校得到了廣泛應(yīng)用，語言評測在采取“未優(yōu)化的評測引擎+普通評測員”對照模式時(shí)，人機(jī)等級一致率通?？沙^80%，而在采取“優(yōu)化的評測引擎+國家級評測員”對照模式時(shí)，人機(jī)等級一致率通常接近100%。

四、結(jié)論

智能教學(xué)系統(tǒng)能夠模仿人類教師或者助教，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)某門學(xué)科、某個(gè)領(lǐng)域或者某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的知識(shí)。其評價(jià)方法主要包括客觀性和主觀性兩個(gè)維度。客觀性評價(jià)是指這樣的系統(tǒng)能否改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及其改善幅度，主觀性評價(jià)是指從用戶體驗(yàn)角度（包括有用性和易用性、滿意度、效果、態(tài)度、動(dòng)機(jī)、認(rèn)知負(fù)荷等方面）收集用戶的反饋。結(jié)合三個(gè)典型的中小學(xué)學(xué)科——數(shù)學(xué)、英語和語文，我們介紹了選擇智能教學(xué)系統(tǒng)時(shí)要注意的指標(biāo)。當(dāng)然，要選擇一個(gè)合適的智能教學(xué)系統(tǒng)，除了這些教育方面的性能指標(biāo)，還要綜合考慮價(jià)格、市場占有率、售后服務(wù)等多方面的因素。

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（責(zé)任編輯 孫志莉）