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ITS研究综述  

2009-10-10 17:48:54|  分类: 生活与心情 |  标签: |举报 |字号 订阅

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摘 要:介绍ITS研究现状,指出研究中存在的问题,展望ITS的未来研究。

关键词:ITS 智能导师系统 智能教学系统

 

一、            ITS介绍及研究现状

(一) ITS介绍

ITSIntelligent Tutor System),即智能导师系统,它是基于计算机人工智能技术来模仿人类教学导师的经验、方法的计算机辅助教学系统。ITS的基本框架最初由Hartley&Sleeman1973)提出,他们认为ITS必须处理三类知识:领域知识,即专家模型;学习者知识,即学生模型;教学策略的知识,即导师模型。这是ITS的最初研究框架,也是之后30年里指导ITS设计与开发的经典理论。

(二) 国外研究现状

国外对ITS的研究已有30多年的历史,相对比较成熟。许多国家和地区如美国、英国、加拿大、欧洲和日本都十分重视ITS的研究、开发与应用,先后投入大量的人力和财力,也建立了一大批与ITS研究相关的研究机构和学术刊物,为ITS的研究与发展起到了巨大的推动作用。

进入20世纪70年代后人工智能技术有了很大的发展专家系统大量出现促使计算机教学研究人员在教学系统中应用人工智能技术以使教学行为更加有效它促进了智能教学研究的发展。7080年代智能教学系统大量出现。1970Carbonell等人(Bolt Beranek and NewmanBBN公司)开发出教授南美洲地理简单情况的SCHOLAR系统该系统研究了教学法策略和人类的似真推理被认为是第一个有代表性的智能教学系统 1973 BrownBurton设计成功的SOPH IE系统是用电子线路仿真的方法让学生做一系列测量(如电压、电流、电阻等) 通过自然语言对话指导学生检查电路故障并找出故障原因 1975 Standford 大学的Suppes等人开发出EXCHECK系统该系统用于逻辑学、集合论和定理证明方面的教学 1975 Collins等人在SCHOLAR系统基础上研制了一个新的系统WHY这个系统就降雨原因的根源辅导学生 1976Burton成功设计出WEST系统该系统指导学生算术四则运算 1977 Standford大学的Wescourt等人成功设计出辅助Basic语言教学的B IP系统 1977M ITGoldsteinCarr设计成功WUMPUS游戏系统该系统训练逻辑学、概率、判断理论和几何学 1977 Standford大学的Clancey等人在著名专家系统MYCIN基础上成功设计了GU IDON系统 1978BrowBurton 设计了具有诊断学生算术运算错误功能的BUGGY系统 1983 Stevens Hollan等人设计了训练海员操作设备的STEAMER系统 1984 Hohnson等人研制的有关PASCAL编程的PROUST系统 1984 Actp Anderson等人研制的L ISP教学系统 1987 Sierra Nlehn等人研制的预测错误的Arithmetic系统。以上这些系统都是智能教学中具有代表性或开拓性意义的系统。

20世纪90年代后随着智能学习环境( intelligent learning environmentLIE)和智能教学系统开发工具研究的发展智能教学研究继续向前发展。研究人员开始对在智能教学中加入协作型教学模式( collaborative learning)进行研究协作型教学模式的特征是为多个学习者提供对同一问题用多种不同观点进行观察比较和分析综合的机会这种机会显然将对问题的深化理解、知识的掌握运用和能力的训练大有裨益其表现形式既可以是支持多个学习者的协作小组学习系统又可以是计算机对单个学习者进行辅导的学习系统。例如南加州大学的

R IDES( rap id ITS development environment)是智能教学系统开发工具北卡大学的INSTRUCT ( implementing the NCTM school teaching recommendations using collaborative telecommunications) 、斯坦福大学的MMAP (middle school mathematics through applications projects)是协作型教学模式的教学系统德国DFKI(German Research Institute for Artificial Intelligence) Active Math、德勒维尔大学为盲人研究的英文写作系统、斯坦福大学的ScoT( the spoken conversational tutor) 、北伊利诺斯州大学的CIRCSIM2Tutor (medical intelligent tutoring system) 、布鲁内尔大学的GEN ISA ( learning environment for teaching simulation modelling) 、珀杜大学的日语学习系统、泰国亚洲研究院的医药学习系统、马来西亚多媒体大学的写作教学系统、卡内基大学的REAP ( lexical practice and reading comprehension) 、马来西亚多媒体大学的EGIP ( explanation generations for integration problem)等。

(三) 国内研究现状

国内的智能教学系统研究起步较晚从发表的论文来看有北京大学CA I研究室开发的用于高等数学教学的AM ITS、信阳师范学院计算机系开发的用于Pascal教学的GenPTS系统、郑州解放军电子技术学院开发的诊断外设故障的ICA IPs系统、北方交通大学开发的ADA语言教学系统、华南师范大学计算机系开发的电脑辅助语音教学系统、西安交通大学开发的矢量分析与场论CAI系统、北京航空航天大学计算机系开发的用于课件设计的BHCA I系统等、张小真的ICA IDT系统、刘甘娜的智能辅导系统和理科教学软件《几何专家》。近几年ITS的发展较快一些计算机公司也投入其中ITS的发展起到了积极的推动作用如中教软件股份有限公司开发的中教智能教学软件、清华同方的智能教学答疑系统和南京数企资讯科技有限公司的基于Web的智能远程教学系统等。

二、            ITS研究中的主要问题

ITS是一项涉及计算机科学、教育学、认知科学、和人工智能等多门学科的综合性课题,其发展受到这些学科发展状况的影响。ITS中的主要技术问题与这些学科有着密切的联系,而又有不同于这些相关学科的特点,具有特殊性;另一方面,ITS的突破又可带动这些学科的发展。下面介绍一下ITS研究中存在的主要问题。

(一) 知识表示

一个系统中知识的表示对于系统的性能是至关重要的。Stevens等人认为领域知识的表示在基于知识的ITS中起着重要作用。ITS中的知识表示不仅决定了教学作用的内容而且形成其目标结构该目标结构控制着例子、问题和论断的选取。另外知识表示还影响着错误概念的处理。ITS中知识表示方法的选择除了要考虑方法的表示能力和方法的简明性外还有特殊的要求即要考虑到ITS解释功能的实现。以前的ITS对知识表示的问题作了不同程度的研究得出了一些有用的结论WHY系统的研究表明用几种不同方式观察同一知识的

重要性GUDON系统的研究则主要强调在不同的环境应使用不同的知识表示方法。

知识表示问题在有关学科如人工智能、计算机科学中研究得较多取得了很大的进展。但是由于ITS本身的复杂性以及其对知识表示的特殊要求 ITS中的知识表示问题还未很好地解决现有的技术尚不能满足ITS对于领域知识和教学知识表示的要求。其他学科的研究也不能代替ITS中知识表示问题的研究。

ITS研究的几个主要问题中前些年人们对知识表示问题研究得较多研究成果明显目前仍然存在的问题主要有:

1.        多种复杂知识的表示。智能教学系统中要表示的知识有多种如领域知识、教学知识和语言知识等各种知识间存在着复杂的关系要求有多种表示方法。以前采用的表示方法如规则表示、框架表示、语义网络等的任何一种都不能满足要求。

2.        知识表示的深度。ITS中知识表示存在的一个较普遍的问题是知识表示的深度不够即知识表示可以用于问题求解但不能用于对问题求解的方法进行解释说明。

3.        知识表示的多侧面需求。为了教学的需要 ITS要求对同一知识有多种不同的表示方式而如何满足这种多侧面需求是ITS中知识表示的难题之一。

(二) 学生模型

学生模型是ITS中最重要的一部分。学生模型有多种,如覆盖模型、错误描述模型、模拟学生模型,其中用得最多的是覆盖模型。学生模型的目标之一就是在不干扰交互的情况下,设法对其作出评价并提取关于学生的信息。该技术称为自动协议分析或安静模型。在学生模型的构建中上存在一下几个问题:

1.        冲突如何检测和解决。

2.        如果同时有几个原型被触发,则如何判断引起触发的真正原因。

3.        解释说明如何实现。

(三) 对话和交互风格

ITS中,人机通信也具有智能的特点。这就涉及到诸如自然语言处理、学生情绪情感判断等重要的领域。Clancey指出教学系统应该具备关于对话的三种知识:

1.        系统须知道对话的模式,也就是独立于说话者的语言表达的类型,这些模式可用来解释或产生人机对话。

2.        系统应懂得所讨论的主题。

3.        系统应能够作出适当回答,在适当时刻为学生产生正确的信息。

自然语言处理技术近年来已有很大发展,有些技术已经实用化的程度,但现有系统对自然语言的处理能力还有局限,造成这种局面的原因有:

1.        ITS要解决的问题很多,研究开发人员对人机接口的智能化重视不够。

2.        自然语言处理技术也是在近几年才有较大发展,还未来得及将不成熟的技术用于ITS

3.        ITS系统的实用性不够,尚未被推广应用,待推广后,人机接口的问题将会变得很突出。

(四) 机器学习和自改进系统

适应性系统和自改进系统不同按照HartlyeSleemna的观点适应性系统能够生成教学材料并能根据学生的能力改变教学材料的难度根据各人的嗜好作出相应的选择对于每一个错误都生成相应的补救练习并加以监控。然而控制教学操作的规则、用户和任务的表示都需要反复试验且这些规则和表示因应用领域、任务类型和用户的不同而不同。所以一个适应系统经过使用可能会变得越来越准确但当规则集不合适时对其却无能为力。而一个自改进系统则不同如果需要可以全部改变有关策略。事实上一个自改进系统应能够

形成假设( hypotheses) 并加以检验。

Self在构建学生模型中用到了机器学习。他认为传统的机器学习不适合于计算机教学因其致力于概念的正式的精确定义而多数情况下学习是个非正式定义的逐步求精的过程。近几年关于机器学习的研究较多其中基于事例的机器学习在ITS中很有应用前景并已有多个基于事例推理的教学系统产生。

三、            结束语

伴随着多媒体技术和网络技术的飞速发展,智能导师系统向着更加智能化、人性化的方向发展。伴随着自然语言处理和机器学习的发展,ITS最近几年取得了长足的进展。相信随着人工智能科学的进一步发展,ITS将更加智能化。但是,ITS要完全取代人类教师可能还有很长一段时间,毕竟现在的ITS只是在某方面的教学系统,不是万能的;而ITS要完全根据学生的情况进行自适应调整教学方法和教学策略还有很长的路要走,而且教学效果还有待进一步深入调查。因为再好的教学系统,如果学生不努力学习,其效果也是甚微的。

 

参考文献:

[1]Jaime Galvez,Eduardo Guzman,Ricardo Conejo.A blended E-learning experience in a course of object oriented programming fundamentals[J].Knowledge-based Systems,2009.

[2]Yulan He,Siu Cheung Hui,Tho Thanh Quan.Automatic summary assessment for intelligent tutoring systems[J].Computers&Education,2009(53):890-899.

[3]林雪云.基于论文格式智能检查系统的研究[J].电脑知识与技术,2009(33):9433-9434.

[4]刘敏娜,钟达.智能教学系统浅析[J].电脑知识与技术,2009(33):9433-9434.

[5]王冬青,柳泉波,任光杰,许骏.一种面向问题解决的智能导师系统[J].电中国电化教育,2008(8):90-94.

[6]陈燕娟.智能教学系统中知识库的设计[J].电脑学习,2008(2):37-38.

[7]陈天云,张剑平.智能教学系统(ITS)的研究现状及其在中国的发展[J].中国电化教育,2007(2):95-99.

[8]曲萍.智能教学系统的发展趋势的研究[J].科技信息,2007(30):311.

[9]陈仕品,张剑平.智能教学系统的研究热点与发展趋势[J].电化教育研究,2007(10):41-50.

[10]赵建华.智能教学系统概述[J].中国电化教育,2007(7):5-12.

[11]殷鹏.计算机智能导师系统研究[J].科学之友,2006(8):110.

[12]纪莉莉.人工智能教学系统的探讨[J].福建电脑,2005(7):153-154.

[13]Arthur C.Grasser,Fellow,IEEE,Patrick Chipman,Brian C. Haynes,and Andrew Olney.Auto Tutor:An Intelligent Tutoring System With Mixed-Initiative Dialogue[J].IEEE TRANSACTION ON EDUCARION,2005(4):612-618.

 

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