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人工智能技术在远程教育中的应用现状与前景

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2006年12月 《师范大学学报》(哲学社会科学版) Dec.,2006 Vo1.27,No.4 第27卷 第4期 Journal of Xinjing Normal University(Social Sciences) 人工智能技术在远程教育中的应用 现状与前景 地丽热巴・克依木,刘 界,黄 冠 (北京师范大学教育技术学院,北京100875) 摘要:文章阐述了人工智能技术的概念,在教育中的应用及现代远程教育领域中的具体应用 对人工智 能技术的两大领域:智能教学代理技术及机器人教育做了简要的介绍和说明,指出了运用人jT_智能的最新成果 时提升现代远程教育的水准具有重要意义。 关键词:人5-.智能技术;智能教学代理技术:机器人教育 中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1005—9245(2006)04—0125—04 一、现代远程教育凸显高科技特征 方法在计算机上实现的智能,或者说人类智能在机 器上的模拟或人们使机器具有类似于人的智能。它 古往今来,教育模式无一不受到经济社会发展 的制约。无一不折射出科学技术进步的水平,其演变 总是与当时的科技水平呈现出某种相关性。在人类 历史上教育形态已经发生过的两次变革(第一次变 是在神经生理学、语言哲学、控制论、信息论、计算 机科学等学科的基础上发展起来的一门学科 智能科学是第二次科学——信息Ifl 的核心课题。研究智能科学是当前许多科学领域发 展的需要。在强凋学科交叉、知识融合、技术集成的 革源于文字的出现,第二次变革源于印刷术的产生, 从而催生了古代和近代的学校教育)来看,可以得出 大时代背景F,教育科学领域盘l】何引人人工智能的 最新技术。运用人工智能的最新成果是一项具有卜 分重要意义的创新性工作。这一工作的进展可能开 这样的结论:高科技的发展必然导致教育形态的变 化,先进的科学技术和媒体是现代化教育的先决条 件,是新的教育形态的支撑点。而现代远程教育正是 高科技时代所孕育的一种全新的教育模式,它统一 了教育的永恒性和时代性,是建立在现代教育技术 平台之上并以高新技术为支撑的新型教育模式,其 辟教育科学研究的一个新灭地,甚至掀起教育技术 的智能化浪潮,从而使现代远程敦仃开始步入智能 化的新叫‘代。 AI技术对远程教育的影响主要表现之・足远 本质是一种以现代教育观念为指导的高科技应用。 现代远程教育凸显r下列高科技特征:教学手 段现代化、教学环境数字化、教学管理电脑化、教学 资料电子化。越来越多的高新技术广泛地应用于远 程教育,使远程教育的办学规模不断扩大,教学手 程教育领域的专家数量日渐增多,开发水平逐步提 高,应用环境日趋成熟。最近,关于PSS(Performance Support System)的方案也使人耳H…新,这种作业 支持系统是一个 合学习系统的管理者,包括教师 常用的工具软件和复杂的课堂管理系统,构成一个 统一的、无漏洞的、整合的作业支持乐统,人们期望 这一系统能在21世纪问U 并给远程教育领域带来 更大效益。另外,模式识别 川Jj敦学信息的分析 处理也是AI技术对教育产生的雨要影响之一。这种 应用包括教学信息采集、信息预处理、特征提取和 段不断创新。信息交互能力不断增强,教学过程中 的双向互动和教学效果不断改善。 二、人工智能技术(A1)以及对现代远程 教育的影响 人工智能AI(Artiifcial Intelligence)是用人工的 收稿日期:2(X)6—07-13 分类识别等,经过适肖的选择和组合,我们可以得 到各种教学模式的特 参懂,然后进行模式分类, 科学地选择最佳的教学模 作者简介:地丽热巴・克依术(1985一),女(维吾尔族),乌鲁木齐人,北京师范大学教育技术学院,主要从事远程教育研究;刘界(1987一), 女,重庆人,北京师范大学教育技术学院,主要从事远程教育研究;黄冠(1986一),男,江西南昌人,北京师范大学教育技术学院,主 要从事网络教育研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com

126 《师范大学学报》(哲学社会科学版) 2006隹 总之,AI技术正在改变人们的思维方式和传统 观念,改善人类知识和人类语言。随着时间的推移 并维持原有的运行状态。Agent把代码和数据封装在 一个线程中。 针对以上Agent的特点,将Agent技术应用于远 和技术的进步,对远程教育的影响将与日俱增,其 深度和广度是我们今天尚难预测和想象的。 程教育,能有效克服现阶段远程教育系统的局限和 不足。使用Agent技术可以增加教学内容的趣味性和 三、人工智能技术在教育中的应用 人工智能技术在教育中的应用主要集中在两 人性化色彩,改善教学效果,提高教学质量;利用A— gent管理学习者信息,能动态地跟踪学习者的学习 行为,为建立学生模型提供更加可靠的依据;Agent 个领域:智能教学代理(Agent)和机器人教育。 (一)智能教学代理技术(Agent) Agent并不是一个新的概念。1977年Hewitt提出 了“演员”(自包容的、交发执行的对象)的概念,是A. gent的雏形。经过二十几年的发展,Agent逐步成为AI (人工智能)及其他计算机领域内的一个重要研究课 题。目前,Agent技术研究的领域非常广泛,涉及到了 Mobile code(移动代码)、Intelligent routers(智能路由 器)、Web search tools(网络搜索工具)、Robots(机器 人)、Interface(接口技术)等计算机科学的各个领域。 Agent是一个具有自治能力的实体,这个实体是 一个由软件支持的系统。这种软件能够在目标的驱 动下采取社会交往、学习等行为,对环境的变化做 出反应,完成特定任务。国内有学者把Agent译成由 多种智能品质构成的有机整体——“智能体”,比较 好地表达了Agent所包含的内容。 Agent的特点主要包括自主性、反应性、协作性、 开放性、通信性、移动性等。 1.自主性 自主性是Agent的根本特性。Agent的行为是有 自主能力。Agent被初始化以后,不需要用户干预,可 以自主地做出某种决定。 2.反应性 反应性是指Agent ̄感知其所在的环境,对环境 (可能是用户、程序、其他Agent或以上的组合)的改 变及时做出反应。 3.协作性 Agent具有相互协作的能力。这是MAS(Multi— agent System)系统顺利工作的关键。Agent应该具有 通过协商解决冲突的能力。 4.开放性 Agent是一个开放的系统。随着与环境和用户之 间的交互作用,Agentlf ̄够主动适应环境,扩充自身 的知识。 5.通信性 Agent之间能够进行信息交换。通信既保证了 Agent之间的相互交流,又不至于影 ̄Agent之间的 交流,也不会影nlalAgent的性,且助于提高Agent 的内聚力,防止相互之间的耦合。在MAS系统中,A。 gent的通信性是相互协作、协商的基础。 6.移动性 从严格意义上说,移动性只是一部分Agent的特 性。所谓移动性是指Agentn7-以在任何状态下(包括 在运行过程中)从一个节点移到一个新的节点上, 的社会性能够满足协同学习的需要,可以把每个学 习者看成一个Agent,学习者之间通过Agent的协同 机制完成协同学习;教师也可以理解成一个Agent, 同样可以和学生交流信息,随时掌握学生的学习状 态。利用Agent思想分析远程教育系统的总体需求, 设计解决方案,并可充分体现教学的智能性、主动 性,尤其在现在流行的Web技术基础上嵌入人工智 能技术和Agent技术,这在教学效果、教学模式和系 统性能上必将大大优于传统教学系统,从而对整个 教学改革和素质教育的实施起到积极的推动作用。 (二)机器人教育 机器人教育是指研究并使用机器人,优化教育 效果及师生劳动方式的理论与实践。该定义的英文 表述为:Robot-Based Education is the theory and practice of studying and utilizing robots to optimize the effect of education and the way of teachers’and stu— dents’work.(Peng Shaodong,March.2o02) 对机器人教育这个定义进行理解时应注意几 个问题: . 1.机器人教育有理论和实践两大领域 理论方面:机器人教育有自身的理论基础与基 本理论,能形成相对的学科理论体系与方法体 系;实践方面:机器人教育是指以机器人为主要教 学工具而开展的教与学活动,这些活动是在具体实 践的过程中逐步完成的。 2.开展机器人教育的两大目的 一个目的是优化教与学的效果,另一个目的是 优化教师与学生的劳动方式。前者强调以较少的教 育投入(包括人力、物力、财力、时间等)取得较大的 教育效果(主要指学生的知识获得、技能形成、情感 培养等);后者是指采用机器人这种教与学的劳动 工具,改善教学方式与方法,减轻师生的劳动强度, 缩短劳动时间,提高劳动效率。 3.机器人教育强调人32智能技术的应用,是信 息技术教育的新发展 机器人教育的核心基础是人工智能技术在教育 中以物化、人性化、智能化的形式而加以利用。人工 智能技术是信息技术发展的一次重大飞跃,信息技 术教育未来发展的趋势必然是向机器人教育转移。 4.机器人教育的普及,将引起人类教育的重大 变革 主要表现在机器人教育有助于构建新的教育 体系,改革教育思想、方法、课程、教材与评价体系 和提高教育质量。 维普资讯 http://www.cqvip.com

第4期 地丽热巴・克依木,刘界,黄冠:人工智能技术在远程教育中的应用现状与前景 127 四、人工智能技术在现代远程教育领域 中应用的前景 根据综合分析研究,可预测Al技术在未来远程 教育方面具有极大的开发潜力和光明的应用前景。 (一)教育管理——引入智能决策 近五十年来,我国的教育决策按其特征可分为 三个阶段:以政治为主导的经验决策阶段(1949— 1976),从经验决策向科学决策转移的阶段(1977— 1984),在科学研究基础之上进行决策的阶段 (1985~)。要保征教育决策的民主性和科学性,就 必须建立一个完善有效的决策机制,其中包括专 家、学者和社会各界代表的广泛参与和智力支持。 在实施现代远程教育时,由于对技术与设备的要 求、对教育者本身的素质与知识结构的要求都很 高,加之对某些教育信息的采集和统计较传统,教 育难度会更大。因此,运用智能决策支持系统IDSS 支持对远程教育的规划、布局、结构以及资源建设 和模式选择做出决策就显得更为重要。 IDSS(Intelligent Decision Support System)于20 世纪80年代初提出,是DSS与AI相结合的产物。IDSS 系统的基本构件为数据库、模型库、方法库、人机接 口及智能部件,由这些基本构件可组成四库结构和 融合结构两种系统结构。目前,智能决策支持系统 IDSS已成为决策支持系统DSS的发展方向,显现出 很强的发展潜力,其在远程教育领域的应用也呈现 出美好的前景。 (二)教学过程——辅助专家系统 在现代远程教学过程中,传统意义上的CAI系 统正向智能教学专家系统过渡。传统CAI系统类似 于一种多媒体读物,而智能教学专家系统则可以提 供一种智能授课环境。它利用计算机来模拟专家教 授的教学思维过程,使用AI技术和多媒体等各种先 进的教学手段形成开放式交互教学系统。学生可主 动向系统索取知识。系统则可根据学生的知识、能 力和学习方法来因材施教,从而达到最佳的教学效 果,真正实现无人化、个别化、自适应教学的目的。 众多文献中介绍的智能计算机辅助教学ICAI (Intelligent Computer-Assisted instruction),其实质也 当归属智能教学专家系统,它是以认知科学和思维 科学为理论基础。综合人工智能技术、教育心理学 等多门学科的知识对学生实施有效教育的一门新 的教育技术。ICAI的作用在于通过研究人类学习思 维的特征和过程,寻求学习认知的模式,使学生获 得个别化自适应学习,从而学得更快、更有效。 目前,ICAIq ̄E教学中的应用已有诸多实例,对I- CAI模型的研究及各种ICAI软件的开发也不断推陈 出新,已形成了对教学过程智能化的有力的技术支持。 (三)支持服务——借助智能导学 支持服务是现代远程教育系统的重要构成要 素。建立和维持一个l岛效、灵活、强有力的支持服务 子系统是有效地开发、管理和实施远程教育项目的 保证,关系到现代远程教育的发展和生存。支持服 务旨在创造一个优良的学习环境,使学习者方便快 捷地调用各种资源,接受关于学习的全方位服务, 以获得学习的成功。 但当前远程教育中的学习支持服务并不尽如人 意,导学和答疑的手段都还十分落后,服务方式也受 到诸多,缺乏主动性、针对性和策略性,某些方面 甚至还停留在‘ 守株待兔”的层而上。欲改变支持服务 的被动状况,提高支持服务的质世,其有效途径之一 就是引进人工智能技术,实现支持服务的智能化。 (四)实验教学——受惠智能仿真 远程实验教学的主要难点在于如何克服远程 实验教学中存在的分散性(空间)、流动性(时间)、 自主性和便携性,而应川仿真技术开发CAI实验课 件则成为解决这一问题的创新思路,尤其近年来仿 真技术的智能化将有望为打通远程实验教学的瓶 颈开启方便和智慧之门。 智能仿真技术ISrr(Intelligent Simulation Tech. nology)是不断发展变化的仿真环境促成和推动的 一种技术开发,是人:I 智能 仍真技术的高度集 成。IST力求克服以往传统仿真的模型及建模方法的 局限性,以及建模艰巨、界面单删和结果费解等方 面的问题,重点研究广义仿真模剐、仿真模型生成、 智能仿真算法、智能仿真界面、仿真结果分析,多库 仿真软件、综合仿真语言、仿真信息预处理等仿真 技术。IST在输入信息预处理、仿真模型生成、仿真辫。 法的灵活性、有效性、仿真结果的分析解释等力‘…. 体现了智能性、适用性和友好性。 智能仿直系统 某种程度l 可替代仿真专家 完成建模、设汁实验、理解及评价仿真结果的步骤. 并具有一定的学习能力,运用智能仿真系统米开发 实验教学课件可以大夫节省人力物力,降低开发成 本,加快开发速度,缩短开发周期 从这个意义上 说,远程实验教学未来的发展不仅为IST提供了广阔 的应用空问,而且电将更多地受惠于智能仿真。 (五)硬件提升——构筑智能网络 智能网(Intelligent Network)简称IN,是2O世纪80 年代初期兴起的新型研究课题。这里“智能”的含义 主要包括“操作智能化”和“服务智能化”两方面的概 念。操作智能化指网络系统运行、维护和管理方面的 智能化,而服务智能化指网络系统刘 用户提供某种 领域的知识信息处理或实现某种需求的辅助决策。 计算机网络是实施远程教育的硬件基础,随着 人类社会的高度信息化及网络的普及,通过网络进 行远程学习不仅要求多媒体综合化的信息处理能 力,而且要求网络能够提供高级信息处理能力,即 关于知识的处理能力。就目前的状况而言,对现有 的远程教育l救J络赋予其一定的“智能”。从硬件性能 本身加以提升是一种有远见的选择。 然+所谓“智 能化”并没有截然的标准,对现有网络进行智能化 开发的方案可有多种。程度可深可浅,诸如对网络 的体系结构进行智能化开发或引入专家系统等。 (六)成绩考核——实施智能组卷 长期以来,如何实现远程教育中考试的开放 维普资讯 http://www.cqvip.com

128 《师范大学学报》(哲学社会科学版) 2006卑 性,如何保证考试的客观公正性、科学性、权威性和适 智能引擎的开发使学习者享受的网上检索服务提 时性一直是困扰远程教育工作者的难题。无纸化考试 (“No paper—pencil”Test)技术的进展给这一难题的解 高了一个档次的话。那么,智能导航系统的出现就 昭示了这种服务从被动到主动的转换。 决带来了曙光。广义的无纸化考试包括采用计算机建 立和管理题库、选题组卷、考试和评价等多个环节。这 一ICAI在远程教育中的发展前景,结合网络CAI、 智能CAI以及多Agent协作,可以实现真正意义上的 远程教育模式。网络CAI为远程教育的实现提供了 可能,智能CAI又使得教与学成为互动的、非盲目 的、高效的;而Agent与ICAI相比,能在智能化方面发 技术的开发极大地推进了教学质量检测手段的现 代化,对现代远程教育的发展具有不可估量的意义。 它不仅仅是从形式上对传统的纸笔化测验进行, 而且也是对考试内涵和评价标准的重大创新。 新近的许多研究成果表明,运用AI技术来提高 无纸化考试系统的性能已成为新一轮的研究热点, 而其中对组卷策略赋予智能的探讨更为许多学者 所关注。 挥更灵活、更多样化的作用。它的多Agent协作特性, 不仅可以作为教师代理,为学生学习提供指导,也 可以作为学生代理,辅助学生学习,还可以成为学 生学习、交流、协作过程中多方面的代理。因此,具 有多种特性优势的远程教育具有广阔的发展前景。 智能组卷不仅成本低、效率高、保密性强、连续 组卷时一致性好,而且即便在条件较多的情况 下,仍可根据给定的组卷原则自动生成令人满意的 试卷。同时,由于题库的试题可大范围征集和筛选, 集中和共享优秀教师的劳动成果,所以试卷质量能 得以保证,这就为在远程教育中真正实现教考分离 和学分制管理、充分展示远程教育的开放性特质、 可以预见,未来AI技术的应用研究将进一步加 大在远程教育领域中的开发力度,人-E智能专家和 远程教育专家都更加关注AI实用技术在远程教育 市场中的应用和推广。尽管我国的现代远程教育实 五、小结 降低办学成本、扩大办学规模奠定了良好的基础, 提供了必要的前提。在考试和评分环节如何引入AI 现“智能化”的目标还任重道远,但远程教育环境和 教育技术手段的智能化趋势已成为一种必然。 参考文献: 【l】苏新彦,陈三丽.人工智能技术在计算机网络教育中的应 技术以求提高效率和效益,促使其向标准化和现代 化发展必将成为未来的研究指向。 (七)信息检索——打造智能引擎 在远程学习中,学习者通过网络查找信息资源 是必不可少的。因此,如何提供信息检索的优质服 务是远程支持服务的重要内容之一。 用【JJ.中北大学学报(社科版),2005,(2). 【2】李力,智能化.提升现代远程教育水准的重要途径——远程 教育领域AI应用前瞻【J1.电化教育研究,2002,(12). 智能检索实际上就是提供智能引擎(Intelli— gence engine)的问题。现有的搜索引擎均是服务器 【3】何克抗,现代教育技术和优质网络课程的设计与开发叨.中 国大学教学,2005,(1). 端软件,不具有智能性,检索的准确性也不高;检索 时,需按照引擎所要求的格式输入查询串。如果将 【4J吴战杰,秦健.Agent技术及其在网络教育中的应用研究叨. 电化教育研究,2003,f3). 搜索引擎移至客户端,并使其能够自行分析。。r解 和学习用户的兴趣,这就有了一定的智能,就能根 【5】彭绍东.信息技术教育的新发展:机器人教育【J1.教育技术 通讯,2002,(4). 据用户的旨意自主地在网上收集用户感兴趣的信 息。搜索引擎是导航系统的重要组成部分。如果说 【6]杨斌 ICAI技术的应用厦发展前景【J1 科技情报开发与经 济。2004.f8). Present of Future of Technology of Artiifcial Intelligence in Long-Distance Education Dilireba・Kyim,LIU Jie,HUANG Guan rschool ofEducational Technology,BeO'ing Normal Un&emity,BeOing,10O875) Abstract:Long—distance education is based on the new hi-tech educational modewhich has profound influence ,on the modern long—distance education.Through the literature review on certain areas of researchthe present article ,introduces the application of the technology of artificial intelligence,and the significance of making good use of the newly—invented products the in up-grading of the modem long-distance education, Key Words:technology of artiifcial intelligence;surrogate technology of intelligent education;robot education [责任编辑:何向红】 

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