基于认知理论的网络智能化教学平台的设计与实现

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1、基于认知理论的网络智能化教学平台的设计与实现□原福永杜耀蕊摘要：本文以知识点、贝叶斯概率统计和教育心理学的认知理论为基础，通过定性推理来选取基础练习、诊断练习、补充练习，采用"逐步逼近法"构造了一个练习型的网络智能化教学平台，并介绍了其ASP＋COM/COM＋的三层实现技术。关键词：认知ICAIASPCOM/COM＋中图分类号：G434一、引言随着计算机、通信、多媒体及Internet技术的发展，人类现在的教育内容、教学手段与教育方法遇到前所未有的挑战。计算机网络能满足自定步调的学习方式，具有良好的交互性，传递信息和反馈的速度快，加之计算机网

2、络资源的不断扩展和对协同学习的支持，网络教学成为目前CAI中最为吸引人的教学方式之一。现在的网络教学主要有以下几种模式：讲授型、个别辅导型、探索学习型、协作讨论型、游戏型、模拟型、练习与测试型[1]。由于具有针对性，它们在某些方面（或教学或练习）都有很大的优势。然而，我们知道，人类的学习途径主要有两个：一是个体的知识获取与积累；二是在群体交流协作中获取和积累知识。现存的网络教学型模式缺乏对学生的引导和因材施教，学生在网络教学中随意性较大，甚至盲目地漫游，这既浪费时间又达不到学习目标。ICAI（计算机智能教学）代表了一种新的教学思想，模拟是教师

3、，服务对象是学生，综合教育心理学和认知科学理论，基于学习者特性、状态，跟踪学习者特性与状态的变化，自动生成教学信息，调整教学过程和教学策略[2]。ICAI的形式很多，图1－1为网络ICAI结构图，从图中我们可以看出，它和基本的ICAI一样，由四部分组成：领域知识、教师模型、学生模型、人机接口。本系统中，我们构造了一个认知学生模型，克服了传统的覆盖模型和偏差模型的一些弊端，收到了良好的效果。二、认知能力的表征根据美国著名教育心理学家布鲁姆(B.S.Bloom)的"教育目标分类"理论，教育目标应当包括认知能力领域、动作技能领域和情感领域。其中认知

4、能力的目标按智力活动的复杂程度可以分为六个等级：识记、理解、应用、分析、综合和评价[3]。识记--记忆或重复以前呈现过的信息的能力，也就是知识保持能力理解--用自己的语言来解释所获得的信息的能力应用--将知识（概念、原理或定律）应用于新情况的能力分析--把复杂的知识分解为若干个彼此相关的组成部分的能力综合--将有关的知识综合起来形成新知识块或新模式的能力评价--根据已有知识或给定的标准对事物做出评价和鉴定的能力这些等级的认知能力划分是按智力活动从简单到复杂，从具体到抽象的程度逐步递增的。识记和理解属于较简单的低级认知能力，应用、分析、综合、评

5、价属于较复杂的认知能力。系统领域知识设计时，我们将课程的知识以知识点来划分，并对系统的题库进行认知分类，即每道题中我们赋予其上面的六种认知能力，并记录下相关的知识点。然后通过定性推理三次选题练习，采用"逐步逼近?quot;构造学生模型。三、构造学生模型3.1智能练习的三个阶段本模型运行时分为三个阶段：基础练习阶段、诊断练习阶段、补充练习阶段。这三个阶段就像一个医生看病时完成一个了解病情、诊断病情、开方治疗这样一个自然又合理的过程。a.基础练习阶段系统根据学生填入的题目数，自动的生成难度适中的基本习题，考查学生对本节各个知识点的掌握情况。当学生

6、做完所有的题目后，进行离线判断。根据题目的对错，自动的修正学生的认知能力表、认知参数表，最后显示错误题目的正确答案及各知识点的掌握情况。转向第二阶段。b.诊断练习阶段系统根据第一步的做题情况，出一些诊断题，根据边界扩展法对学生的错误集合进行确认，进一步考查学生未掌握的知识点。当学生做完所有的题目后，进行离线判断。根据题目的对错，自动的修正学生的认知能力表、认知参数表，最后显示错误题目的正确答案及各知识点的掌握情况。转向第三阶段。c.补充练习阶段系统显示诊断后未掌握的知识点，学生选择相应的知识点进行练习，开始出难度适中的习题，根据做题情况自动调

7、整难度级数，每做完一题，系统进行判断，若知识点未达到掌握，则继续出题，直到知识点达到掌握，计算认知能力，转入另一个知识点的补充练习。直到掌握了所有知识点。转入到下一章节的学习。3.2用"逐步逼近法"构造学生认知模型学生认知模型的实现有两种方法--"小组评估法"和"逐步逼近法"。"小组评估法"优点是简单，无需对庞大领域知识中的每个知识点进行认知分类，适用于集体授课的教学模式。其主要缺点是评估带有一定的主观随意性，而且得到评价矩阵后一般不能更改。"逐步逼近法"的优点是计算机简单，不仅适用于个别化的教学，也适合于集体授课的教学模式，而且避免了评估中

8、的主观随意性，最后的评估结果也符合学生的实际认知能力水平。由于它更适用于用计算机来实现，所以系统采用逐步逼近法构造学生认知模型。用逐步逼近法构造学生认知模型有一个先