非良构领域智能教学系统的探究及应用

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1、非良构领域智能教学系统的探究及应用•教育技术学论文非良构领域智能教学系统的探究及应用刘丽珍/王函石/宋(首都师范大学信息工程学院,北京100048)摘要:智能教学系统是以信息集成技术为核心的开放复杂智能系统，知识构建及Agents行为管理是其核心支撑技术。针对智能教学系统的复杂应用问题，文章阐述非良构领域下智能教学系统面临的挑战，分析非良构领域知识构建及Agents行为管理的研究思路，进而探究数据挖掘技术在非良构领域智能教学系统中的应用。关键词：智能教学系统；知识构建；数据挖掘；非良构领域；教学改革基

2、金项目：市级人才培养模式创新试验项目〃通识教育改革’智能科学〃(026145302000/034);校级精品课程群建设项目〃智能信息处理精品课程群建设〃(026135609700/012);校级青年教学改革项目〃结合模式识别课程建设,探索智能人才培养改革模式"(032145330300/219)o第一作者简介：刘丽珍，女，教授，硏究方向为数据挖掘、知识工程、智能教学系统、文本情感分析、自然语言处理等,[emailprotected].como0引言智能教学系统(intelligenttutorings

3、ystem,ITS)是基于计算机科学、教育学、管理科学等多学科交叉技术的适应性教学系统，是教育技术领域的重要硏究方向之一。伴随着人工智能、教育信息技术、管理科学以及网络技术的不断发展，综合多学科交叉技术在教育中的应用已经成为全球范围内的重要研究领域，为ITS的研究与应用提供了新的发展空间。目前，智能教学系统的研究大都是面向良构领域(well-defineddomains)的应用。事实上，客观世界是复杂的，学习任务产生于这个复杂的环境，因此需要解决的往往是非良构W(ill-defineddomains)

4、的问题z如军事、法律、航天、金融、医学诊断、科学研究等领域。面向非良构领域的ITS有广泛的应用空间，探索其关键技术是国家战略发展、国民经济发展及科学技术发展的迫切技术需求,有着重要的现实意义。1面向复杂学习环境的创新思维和自主学习能力〃百年大计，教育为本〃。我国现代化建设发展必须紧紧依靠科技进步和人民综合素质的提升。教育是社会发展的基石，把教育摆在突出位置有深远的意义。当今世界，科技水平是提高综合国力和国际竞争力的决定性因素。发展文化、科技、教育、军事等事业需要培养大批具有创造性思维的高素质人才。面向

5、非良构领域的ITS旨在改善和提高人类在复杂学习环境中解决问题的创新思维和自主学习能力，提高学习者全面掌握和灵活应用各种知识解决实际问题的能力。由于非良构领域缺乏形式化的、清晰的领域任务模型，领域知识的构建及问题求解等关键技术的研究还处于初级阶段。自20世纪70年代以来，美国、英国、加拿大、日本等国家都十分重视ITS的研究，并投入了大量的人力和财力进行数学、物理、工程、化学、军事训练等领域的ITS开发与应用硏究。20世纪90年代以来JTS被公认为学术、工业、军事、金融、体育等领域中有效的教学工具。目前，

6、对复杂非良构领域问题的ITS硏究与开发一般都可简化为良构问题处理，因此学习者学到的是对良构问题的解决方法。这种局限性会导致所学理论难以应用在实践中，难以满足国民经济发展需求。因此,硏究非良构领域ITS中的关键技术已经成为当务之急。2非良构领域挑战智能教学系统的研究及应用当今信息时代，人类学习方式和环境发生了很大变化。如何利用高新技术提高学习效率，在很大程度上取决于对客观世界和学习机制的正确认识。在良构领域中，待解决的问题有明确的领域模型，因此学生对于学习任务所提出的问题可以明确地分辨出答案的对与错。学

7、生通常可采用模式跟踪授导系统(model-tracingtutoringsystem):①将领域知识转换为一系列学习问题,并提供清晰的问题解决策略；②Agents根据学习者的情况给岀在线评价和反馈,并依据明确的答案评估学习效果;③通过问题解决步骤与系统现有领域模型的比较为学习者提供帮助，指导学习者集中在正确的学习路径上。对于非良构领域,由于缺乏形式化的任务模型，知识构建的问题不能有效解决,在正确与错误的答案之间缺乏明晰的界限，只能通过传统的比较法确走哪些是比较合理的答案。无法辨析用户的学习计划是否会进

8、入无法挽回的〃陷阱〃路径，当然也就无法给岀合理的学习评价和正确的反馈建议。当前，国际上在这方面的研究还没有突破性进展，这就给ITS的研究提出了一系列的挑战，主要包括在缺乏清晰的问题、策略和答案的情况下如何形成问题空间(problemspace);非良构领域的知识构建与维护；当问题解决模型不确定时,Agents如何为学习者提供指导与反馈；非良构领域ITS中的学习评价;搜索与推理策略;协作学习等。大量的研究和实验表明：非良构状况的普遍存在严重制约了各类智能教