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一、引言

隨著計算機、通信、多媒體及Internet技術(shù)的發(fā)展，人類現(xiàn)在的教育內(nèi)容、教學(xué)手段與教育方法遇到前所未有的挑戰(zhàn)。計算機網(wǎng)絡(luò)能滿足自定步調(diào)的學(xué)習(xí)方式，具有良好的交互性，傳遞信息和反饋的速度快，加之計算機網(wǎng)絡(luò)資源的不斷擴展和對協(xié)同學(xué)習(xí)的支持，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)成為目前CAI中最為吸引人的教學(xué)方式之一?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)主要有以下幾種模式：講授型、個別輔導(dǎo)型、探索學(xué)習(xí)型、協(xié)作討論型、游戲型、模擬型、練習(xí)與測試型[1]。由于具有針對性，它們在某些方面(或教學(xué)或練習(xí))都有很大的優(yōu)勢。

然而，我們知道，人類的學(xué)習(xí)途徑主要有兩個：一是個體的知識獲取與積累；二是在群體交流協(xié)作中獲取和積累知識?，F(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)型模式缺乏對學(xué)生的引導(dǎo)和因材施教，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中隨意性較大，甚至盲目地漫游，這既浪費時間又達不到學(xué)習(xí)目標。

ICAI(計算機智能教學(xué))代表了一種新的教學(xué)思想，模擬是教師，服務(wù)對象是學(xué)生，綜合教育心理學(xué)和認知科學(xué)理論，基于學(xué)習(xí)者特性、狀態(tài)，跟蹤學(xué)習(xí)者特性與狀態(tài)的變化，自動生成教學(xué)信息，調(diào)整教學(xué)過程和教學(xué)策略[2]。ICAI的形式很多，圖1-1為網(wǎng)絡(luò)ICAI結(jié)構(gòu)圖，從圖中我們可以看出，它和基本的ICAI一樣，由四部分組成：領(lǐng)域知識、教師模型、學(xué)生模型、人機接口。本系統(tǒng)中，我們構(gòu)造了一個認知學(xué)生模型，克服了傳統(tǒng)的覆蓋模型和偏差模型的一些弊端，收到了良好的效果。

二、認知能力的表征

根據(jù)美國著名教育心理學(xué)家布魯姆(B.S.Bloom)的"教育目標分類"理論，教育目標應(yīng)當包括認知能力領(lǐng)域、動作技能領(lǐng)域和情感領(lǐng)域。其中認知能力的目標按智力活動的復(fù)雜程度可以分為六個等級：識記、理解、應(yīng)用、分析、綜合和評價[3]。

識記--記憶或重復(fù)以前呈現(xiàn)過的信息的能力，也就是知識保持能力

理解--用自己的語言來解釋所獲得的信息的能力

應(yīng)用--將知識(概念、原理或定律)應(yīng)用于新情況的能力

分析--把復(fù)雜的知識分解為若干個彼此相關(guān)的組成部分的能力

綜合--將有關(guān)的知識綜合起來形成新知識塊或新模式的能力

評價--根據(jù)已有知識或給定的標準對事物做出評價和鑒定的能力

這些等級的認知能力劃分是按智力活動從簡單到復(fù)雜，從具體到抽象的程度逐步遞增的。識記和理解屬于較簡單的低級認知能力，應(yīng)用、分析、綜合、評價屬于較復(fù)雜的認知能力。

系統(tǒng)領(lǐng)域知識設(shè)計時，我們將課程的知識以知識點來劃分，并對系統(tǒng)的題庫進行認知分類，即每道題中我們賦予其上面的六種認知能力，并記錄下相關(guān)的知識點。然后通過定性推理三次選題練習(xí)，采用"逐步逼近?quot;構(gòu)造學(xué)生模型。

三、構(gòu)造學(xué)生模型

3.1智能練習(xí)的三個階段

本模型運行時分為三個階段：基礎(chǔ)練習(xí)階段、診斷練習(xí)階段、補充練習(xí)階段。這三個階段就像一個醫(yī)生看病時完成一個了解病情、診斷病情、開方治療這樣一個自然又合理的過程。

a.基礎(chǔ)練習(xí)階段

系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生填入的題目數(shù)，自動的生成難度適中的基本習(xí)題，考查學(xué)生對本節(jié)各個知識點的掌握情況。當學(xué)生做完所有的題目后，進行離線判斷。根據(jù)題目的對錯，自動的修正學(xué)生的認知能力表、認知參數(shù)表，最后顯示錯誤題目的正確答案及各知識點的掌握情況。轉(zhuǎn)向第二階段。

b.診斷練習(xí)階段

系統(tǒng)根據(jù)第一步的做題情況，出一些診斷題，根據(jù)邊界擴展法對學(xué)生的錯誤集合進行確認，進一步考查學(xué)生未掌握的知識點。當學(xué)生做完所有的題目后，進行離線判斷。根據(jù)題目的對錯，自動的修正學(xué)生的認知能力表、認知參數(shù)表，最后顯示錯誤題目的正確答案及各知識點的掌握情況。轉(zhuǎn)向第三階段。

c.補充練習(xí)階段

系統(tǒng)顯示診斷后未掌握的知識點，學(xué)生選擇相應(yīng)的知識點進行練習(xí)，開始出難度適中的習(xí)題，根據(jù)做題情況自動調(diào)整難度級數(shù)，每做完一題，系統(tǒng)進行判斷，若知識點未達到掌握，則繼續(xù)出題，直到知識點達到掌握，計算認知能力，轉(zhuǎn)入另一個知識點的補充練習(xí)。直到掌握了所有知識點。轉(zhuǎn)入到下一章節(jié)的學(xué)習(xí)。

3.2用"逐步逼近法"構(gòu)造學(xué)生認知模型

學(xué)生認知模型的實現(xiàn)有兩種方法--"小組評估法"和"逐步逼近法"。"小組評估法"優(yōu)點是簡單，無需對龐大領(lǐng)域知識中的每個知識點進行認知分類，適用于集體授課的教學(xué)模式。其主要缺點是評估帶有一定的主觀隨意性，而且得到評價矩陣后一般不能更改。"逐步逼近法"的優(yōu)點是計算機簡單，不僅適用于個別化的教學(xué)，也適合于集體授課的教學(xué)模式，而且避免了評估中的主觀隨意性，最后的評估結(jié)果也符合學(xué)生的實際認知能力水平。由于它更適用于用計算機來實現(xiàn)，所以系統(tǒng)采用逐步逼近法構(gòu)造學(xué)生認知模型。

用逐步逼近法構(gòu)造學(xué)生認知模型有一個先決條件，即事先必須對領(lǐng)域知識進行"認知分類"--領(lǐng)域知識庫中要對每個知識元素標出它在學(xué)生認知能力培養(yǎng)方面的特性，這里的知識元素即我們上一章所說的知識點。

本系統(tǒng)中逐步逼近法是這樣實現(xiàn)的：

(1)學(xué)生登陸時先檢查是否存在該生的認知能力記錄表，如果沒有，就由學(xué)生填寫本人的認知能力評估表。其中的認知能力由學(xué)生本人給出。值為[0,1]內(nèi)的任一實數(shù)。1和0表示對應(yīng)最強和最弱的認知能力。為了學(xué)生有相應(yīng)的參考，我們給出了學(xué)生的評價等級區(qū)間：

優(yōu)秀=[0.8,1]；良好=[0.6,0.8]；中等=[0.4,0.6]；較差=[0.2,0.4]；很差=[0,0.2]

例如：若針對六種能力，自我感覺中等，則可以在中等區(qū)間內(nèi)選取某值作為評估值，此值不要求十分精確，取0.45,0.50,0.52均可，在以后的逐步逼近過程中可以修正。這樣我們就得到六項認知能力值，即"初估值"

(2)根據(jù)一次評估值，我們開始以下的三級學(xué)習(xí)。首先進入基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段，從題庫中選出適合學(xué)生認知能力的題目進行測試。根據(jù)做題的對錯，我們對"初估值"做出修正。修正規(guī)則如下：

規(guī)則1：ifYandlevel=1thena=a+0.025

解釋：如果學(xué)生答對一道難度級數(shù)為1的題，則在相應(yīng)的認知能力值上加0.025

規(guī)則2：ifNandlevel=1thena=a-0.075

規(guī)則3：ifYandlevel=2thena=a+0.050

規(guī)則4：ifNandlevel=2thena=a-0.050

規(guī)則5：ifYandlevel=3thena=a+0.075

規(guī)則6：ifNandlevel=3thena=a-0.025

規(guī)則7：ifYandlevel=4thena=a+0.100

規(guī)則8：ifNandlevel=4thena=a-0.010

(3)綜合認知能力的反映

為了全面的評估學(xué)生的認知能力，教育心理學(xué)專家通過專家的經(jīng)驗確定了各個認知能力的量比值[22]，從而可以得到一個綜合的認知能力指數(shù)。六種認知能力的不同權(quán)重為：

識記=0.1400；理解=0.1125；應(yīng)用=0.1625；分析=0.1800；綜合=0.2750；評價=0.1300

由此可得學(xué)生的綜合認知能力指數(shù)為：

A=0.1400*識記+0.1125*理解+0.1625*應(yīng)用+0.1800*分析+0.2750*綜合+0.1300*評價

(4)系統(tǒng)依次進入第二階段、第三階段，處理方法如上。

顯然，二次評估值與一次評估值相比，在對學(xué)生認知能力的評估上又接近了一步，如此繼續(xù)下去。學(xué)生每前進一個階段，認知評估值要修改一次，而每一次修改都要比前一次更接近準確值。這就是"逐步逼近法"的含義。

四、系統(tǒng)實現(xiàn)方法

4.1網(wǎng)絡(luò)運行模式

網(wǎng)絡(luò)運行模式主要有以下三種：主機/終端，C/S模式，B/S模式。主機/終端模式是用一臺高性能的主機帶有多個終端，通過分時共享方式使用主機資源，此種模式不能充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺的優(yōu)勢，目前在信息系統(tǒng)開發(fā)中已經(jīng)很少采用。C/S模式由客戶機和服務(wù)器組成，通過網(wǎng)絡(luò)連接，服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的存儲管理和部分或全部數(shù)據(jù)處理工作，客戶機負責用戶界面的處理和部分數(shù)據(jù)處理。C/S模式支持開發(fā)的工具很多，運行效率較高，但需要在客戶機上安裝客戶應(yīng)用程序，用戶在固定的機器上工作，應(yīng)用程序的運行、維護成本較高，而且也不能充分發(fā)揮Internet網(wǎng)絡(luò)平臺的優(yōu)勢。

另一個就是B/S模式，也是本系統(tǒng)采用的模式。它是當今Internet平臺上最流行的運行模式。B/S模式由瀏覽器(browse)和服務(wù)器(webserver)組成，通過網(wǎng)絡(luò)連接，其基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。它和C/S模式有很多相似之處，但瀏覽器是通用的用戶界面，不需在瀏覽器端安裝用戶應(yīng)用程序，服務(wù)器提供用戶需要的信息，但要訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中的信息還需要進行某種擴展。信息系統(tǒng)采用此種模式可以使數(shù)據(jù)處理、內(nèi)部信息(Intranet)的瀏覽和外部信息的瀏覽界面完全一致，方便用戶使用。同時，由于瀏覽器端不安裝用戶應(yīng)用程序，可大大降低運行維護費用。

我們的服務(wù)器配置為：

Windows2000advserver；VisualInterDev6.0和Frontpage2000,VisualC++6.0；

相關(guān)技術(shù)有ASP、HTML、CSS、VBScript、JavaScript；

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：SQLServer7.0；

與傳統(tǒng)的B/S模式不同，我們通過VC6編寫COM/COM+組件引入了"中間件"技術(shù)，從而實現(xiàn)了Web的三層技術(shù)。

4.2COM+與ASP

COM+是微軟下一代新的組件結(jié)構(gòu)，總的來說，COM+就是將MTS(MicrosoftTransactionServer)集成到COM(ComponentObjectModule)中，從而為COM調(diào)用提供了一種新的基于MSMQ(MicrosoftMessageQueue)的通信方法。COM+提供了無縫連接系統(tǒng)，在該系統(tǒng)下，創(chuàng)建服務(wù)器應(yīng)用就像實現(xiàn)客戶應(yīng)用一樣簡單。

ASP(ActiveServerPages)的最大特點就是它可以與COM+/COM共同工作。ASP的執(zhí)行效率很高，可是一旦ASP腳本代碼開始運行，由于腳本代碼是解釋運行的，所以其運行速度要比經(jīng)過編譯的代碼慢得多。腳本只用在代碼較少并且在其所調(diào)用的函數(shù)是經(jīng)過編譯的情況下才具有優(yōu)勢，所有在內(nèi)置函數(shù)數(shù)量十分有限的情況下，調(diào)用程序員自己編寫的函數(shù)方法才能滿足應(yīng)用的需要，而這種方法正是面向?qū)ο蟮腃OM能夠提供的。

除了提供調(diào)用的COM組件的方法外，ASP本身也是由COM實現(xiàn)的，ASP使用了對象模型，因此ASP編程可以實現(xiàn)面向?qū)ο蟮臒o縫連接。不但可以激活A(yù)SP提供的各種內(nèi)置對象而且還可以激活用戶COM對象，在這種情況下用戶COM對象也叫做ActiveServerComponents。

4.3存儲過程

在SQLServer數(shù)據(jù)庫中提供一些保存在數(shù)據(jù)庫中的用戶自定義的程序，而這些程度即是所謂的StoredProcedure(存儲過程)。簡單的說，存儲過程就是使用一個程序名稱命名，其中包括含有處理數(shù)據(jù)庫存取與運算的程序文件，并且將這樣的程序文件緊密結(jié)合在數(shù)據(jù)庫中，方便地通過前臺應(yīng)用系統(tǒng)或者是數(shù)據(jù)表變更時點擊的Trigger進行程序處理。

使用存儲過程主要是為了改善系統(tǒng)性能。因為存儲過程在服務(wù)器上運行，服務(wù)器通常是一種功能更加強大的機器，它的執(zhí)行時間要比在工作站中的執(zhí)行時間短。另外，由于數(shù)據(jù)庫信息已經(jīng)物理地在同一系統(tǒng)中準備好，因此就不必等待記錄通過網(wǎng)絡(luò)傳遞進行處理。相反，存儲過程肯有對數(shù)據(jù)庫的立即的、準備好的訪問，這使得信息處理極為迅速。

系統(tǒng)中三階段練習(xí)的抽題過程主要用存儲過程實現(xiàn)，這樣提高了系統(tǒng)的效率，臨時表的生成也避免服務(wù)器上數(shù)據(jù)庫的越權(quán)修改。

五、結(jié)束語

本系統(tǒng)人工智能運用到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，以教育心理學(xué)和認知科學(xué)理論為基礎(chǔ)建立了一個認知學(xué)生模型的學(xué)習(xí)平臺，使課件具有了自適應(yīng)能力，能根據(jù)學(xué)生不同的學(xué)習(xí)能力，給予相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容和流程，具有一定的實用價值。另外本模型具有通用性，把此模型加入到教學(xué)軟件中對提高其智能性有很大益處。