浅谈人工智能在计算机辅助教学中的应用
Of Artificial Intelligence in Computer Aided Teaching
班级：10G数控 姓名：刘亚飞 学号：12
【摘要】
随着计算机技术与信息技术的发展，人工智能在教育技术中的应用也逐渐深入，成为计算机教学发展的一大趋势。本文从人工智能和计算机辅助教学两者的概念出发，介绍了人工智能的概念、人工智能的科学范畴和研究内容以及人工智能的特征。介绍了计算机辅助教学的概念、现状及其中所存在的一些问题。阐述了人工智能与计算机辅助教学系统的关系及其人工智能在计算机辅助教学中的应用，最后概述了智能计算机系统，并探讨了智能计算机辅助教学系统未来的发展方向。
【关键词】
人工智能 计算机辅助教学 智能计算机辅助教学系统
Abstract: With computer technology and information technology, artificial intelligence application of technology in education has gradually deepening the development of computer teaching to become a major trend. In this paper, both artificial intelligence and computer-aided teaching concept, introduced the concept of artificial intelligence, artificial intelligence research scope and content of science and artificial intelligence features. Introduced the concept of computer aided instruction, current situation and of the existence of some problems. Artificial Intelligence and Computer Aided Instruction described the relationship between systems and artificial intelligence in computer-aided teaching, and finally an overview of intelligent computer systems, and intelligent computer-aided teaching system of the future direction of development.
Key words：Artificial intelligence, Computer assisted instruction, Intelligent computer-aided instruction system
1. 引言
在计算机科学的众多领域中，人工智能(Artificial Intelligence，AI)是富有挑战性和创造性的一个领域。随着人工智能的诞生和发展，人们开始把计算机用于教学领域。同时，自七十年代以来，有教学能力的专家系统得到研制。人工智能技术与专家系统的成就，促使人们把问题求解、知识表示这些技术引入计算机辅助教学(CAI)．这便是智能型计算机辅助教学(ICAI)。近几十年来．随着人工智能技术的日渐成熟，它的一些研究成果被陆续应用到教学领域，推进了教育发展改革和教学现代化进程。人工智能在教学系统的重要性也已形成共识。本文从人工智能和计算机辅助教学两者的概念出发，介绍了人工智能的概念、人工智能的科学范畴和研究内容以及人工智能的特征。介绍了计算机辅助教学的概念、现状及其中所存在的一些问题。阐述了人工智能与计算机辅助教学系统的关系及其人工智能在计算机辅助教学中的应用，最后概述了智能计算机系统，并探讨了智能计算机辅助教学系统未来的发展方向。
2. 人工智能
2.1 人工智能的定义
人工智能是计算机科学的一个分支，是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科。其精确的定义是：一个电脑系统具有人类的知识和行为，并具有学习、推理判断来解决问题、记忆知识和了解人类自然语言的能力。人工智能的产生过程则是：对于人类因问题和事物所引起的刺激和反应，以及因此所引发的推理、解问题、学习、判断及思考决策等过程，将这些过程分解成一些基本步骤，再透过程序设计，将这些人类解问题的过程模组化或公式化，使得电脑能够有一个结构的方法来设计或应付更复杂的问题。这套能够应付问题的软体系统，即称之为人工智能系统。人工智能是一种技术，而不是一项产品它的目的是让电脑更能了解一般化的事物。
2.2 人工智能的科学范畴和研究内容
2.2.1 人工智能科学范畴
现在，人工智能已构成信息技术领域的一个重要的学科。该学科研究如何使机器具有智能或者说如何利用计算机实现智能的理论、方法和技术，所以，人工智能既属于计算机科学技术的一个前沿领域，也属于信息处理和自动化技术的一个前沿领域。但由于其研究内容涉及到“智能”，因此，人工智能不仅局限于计算机、信息和自动化等学科，还涉及到智能学科、认知科学、语言学、逻辑学、教育科学、系统教学、数理科学等众多学科领域。人工智能是一门综合性的交叉学科和边缘学科。
2.2.2 人工智能研究内容
人工智能的研究内容可以归纳为：搜索与求解、学习与发现、知识与推理、发明与创造、感知与交流、记忆与联想、系统与建设、应用于工程等八个方面。从研究对象来说，人工智能涉及三个相对独立的域，即：（1）研究会读和说的计算机程序，也就是通常称为“自然语言处理”(Natural Language Processing)领域；（2）研制灵敏的机器，通过设计出具有视觉和听觉程序化的机器人，在活
动时能识别不断改变的环境；（3）开发用符号识别来模拟人类专家行为的程序，即专家系统。但是，从研究的性质来说，人工智能一般可分为理论研究和工程研究两个方面。理论研究主要是对有关开发和理解人和机器智能方面理论进行研究和探索．而工程研究则主要是设计和开发研究人工智能的工具和像专家系统这样的产品。但是，这并不是说，它们彼此是独立的；相反，它们是彼此依赖和不可分割的。随着人工智能理论和技术逐步被采用，并具体地开发出产品。理论和工程研究之间的界限将会缩小，直至消失。
2.3 人工智能的技术特征
（1）具有搜索功能。采用一定搜索策略可以快速地找到答案。
（2）知识表示能力。可以表示一些不精确的、模糊的知识（适合表示多媒体数据）。
（3）一定的推理功能。可以从给定的实事、前题中找出答案、发现知识。
（4）抽象功能。抽象用以区分重要与非重要的特征，借助抽象可将处理问题中的重要特征和变式与大量非重要特征和变式区分开来，使处理变得更有效、更灵活。对用户来说,往往只需要叙述“是什么问题”，“要做什么”，而把“怎么做”留给智能程序来完成。
（5）语音识别功能及模糊信息处理能力。有处理不精确和模糊信息的能力。
3. 计算机辅助教学
3.1 计算机辅助教学定义
计算机辅助教学(Computer Aided Instruction简称CAI)是在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。利用多媒体计算机的功能与特点，利用计算机辅助教师完成各个教学环节，并通过与计算机之间的交互活动，激发学生的学习积极性和主动性，帮助学生更有效地学习。使用CAI系统，有利于认知主体作用的发挥，它所提供的图象、声音、动画等信息有利于学生知识的获取与保持。达到提高教学效果的目的。
3.2 计算机辅助教学现状
CAI的实现需要应用AI技术及编制复杂的程序，如自然语言理解、知识表示、推理方法等，一些AI技术的特殊应用成果，如代数说明、符号合成、医疗诊断及理论证明等均被应用于CAI系统，以提高其智能性和实用性。早期绝大多数CAI课件大都使用决策理论和随机学习的模式，它极大地简化了学习过程的表达形式。例如早期的地质教学系统(SCHOCAR)等。后来，随着人工智能技术的发展．CAI系统中添加了学生的学习行为及训练策略．同时AI技术被应用于建立学习顾问模块(存放所要教课程的问题和技能)。这种方法能控制训练策略并给出适合学生的学习内容。目前为了获取对课程知识表示和控制的灵活性和模块性，有些CAI系统还用AI技术来表示训练计划和策略。
3.3 计算机辅助教学存在的问题
（1）计算机辅助教学系统的闭塞性不具有开放性是目前以及理论证明等均被应用于计算机辅助教学系统，以提高其智能性和实用性。其弊端在于固定内容
的局限性使课件的适用面狭窄，而且设定的运行路线使授课缺乏自主性；授课的针对性不强；无法利用新出现的资源在较高起点上进行二次开发。
（2）智能性的欠缺现有的计算机智能辅助课件系统不能对不同何曾度的学生进行有针对性的教育，学生的学习是被动的，不能由系统自动提供助学信息而使学生有选择地学习。
（3）人机交互能力较弱现有计算机智能辅助大多以光盘作为信息的载体，将材料中的内容以多媒体的形式展现出来，教学信息是按预置的教学流程机械式地提供给学者，学习者使用计算机智能辅助课件学习是完全被动的。
（4）教师与学生的瓦动在教学中的缺乏现有计算机智能辅助课件在学生自学以及进行操作使用时，如何学习都是学生自己的事。教师不能全完了解学习者的情况，学生在蹦到问题时不能向教师求教，师生之间互相封闭，谈不上师生互动，因此课件所起的效果大打折扣。
（5）课程特点没有突出各门课程在教学上有不同的要求，但现有课件对于这砦不同要求完全不予理会。例如很多课程都要涉及到大量的曲线或曲面，对有些课程来说，将这些曲线或曲面给出了一个简单的展示就足够了，而有些课程这样的展示不能达到教学目的的要求。
（6）教学计划的欠缺在课件的开发过程中实际上离不开教学策略的设计，但课件的制作者往往并未意识到这一点。例如：现有的绝大多数课件都是单一的展播式，这样的可见制作“精美”，但它不可逆、不能互动。实际上运用课件教学只是手段而不是目的，应该在教学设计理论的指导下讲求课件的实效性，着眼点在于学生学习新知识、掌握新技术、培养各种能力有帮助，而不是表面上的制作“精美”。
综上所述，现有的计算机智能辅助存在许多问题，随着新技术的不断出现，这些问题将使计算机智能辅助越来越不能适应新的要求。因此以智能计算机智能辅助为代表的心的计算机辅助教学系统将成为教育技术上需要不断探求、努力实现的发展方向。
4. 人工智能与计算机辅助教学系统
4.1 人工智能与计算机辅助教学的关系
智能包括人类智能和计算机智能(即机器智能)，使用人工智能可以将人类智能转化为计算机智能；使用计算机辅助教学或计算机智能化教学可以将计算机智能转化为人类智能。使用人类智能可以对于知识进行知识表示，即知识处理的形式化；使用计算机智能可以对于知识进行知识推理(检索或证明)，即知识处理的自动化和智能化这统称为知识工程。计算机辅助教学既是知识工程的重要内容， 人工智能在计算机辅助教学中又有重要的应用。CBE／CAI的重要方向是它们的智能化。智能化是信息技术发展的最重要的方向之一。把人工智能技术应用于计算机教育之中，才能使CAI(计算机辅助教学)真正做到因材施教。人工智能辅助教学系统具有“教学决策”模块、“学生模型”模块和“自然语言接口”，并在辅导、模拟、练习等多种教学形式中得到应用，充分发挥了CAI的交互特性，加强其软件智能化的研究．其方向是多媒体技术，使所有的媒体融于一体，实现更高学习效率的研究以及有关软件制作的研究，可使它具有能与人类优秀教师相媲美的功能。目前CAI系统还很少具有智能，构造真正的智能教学系统有待专家们的研究。关于人工智能与计算机辅助教学的关系，可以使用如下关系图1表示：
4.2 智能计算机辅助教学(ICAI)系统
教学过程是一个复杂的教与学的思维过程，它需要教师以其专门知识和经验为依据，经过吸收、讲解、推理、示例、综合等多个步骤才能较好地完成。计算机辅助教学实际上是一个由计算机系统辅助教师进行教学及学生进行学习并得以实现的系统。从人工智能的角度看。智能计算机辅助教学系统以认知学为理论基础，将人工智能技术应用于CAI，是智能化的CAI，是一个教学型专家系统，它的任务是根据学生的特点、弱点和基础知识，以最适当的教学方案和教学方法对学生进行教学和辅导。
在智能CAI中。教学思想、方法、学习内容可用知识形式表示，如何解决知识的形式化表示以及知识的访问与调用问题，是人工智能的核心技术之一。也是将AI引入教育技术领域中所要面临的一个问题。知识库是实现知识推理与专家系统的基础，可以用知识库作为智能CAI的构建环境。在知识库中，教学内容等的有关知识可以用事实与规则表示，并存储于知识库内，教学与学习过程即是对知识库中知识进行推理，并最终得出所需结果的过程。ICAI系统的一般包括以下几个模块：
（1）知识库
知识库是关于教学内容的模块。解决“教什么”的问题。知识库中的教学内容有待于教学与控制模块和学生模块进行选取、调用。知识库可以做到教学资源共享。知识库内知识可以进行更新。
（2）学生模块
用于记录学生的学习情况。对学生学习的各个环节信息进行搜集，以便系统对学生的学习情况进行自动评估，提出具有针对性的学习建议和个别化的辅导。学生模块描述学生对教学内容理解、掌握的程度，系统可以根据学生模块的具体情况调整教学策略并提供适当的反馈。
（3）用户接口模块
这是系统与用户交流的界面。整个系统依靠用户接口模块把教学内容呈现给用户、接受用户输入的信息、并向用户提供反馈。大多数的教学系统使用图形用户界面或者自然语言交流界面，或者两者兼备。
（4）教学与控制模块
这是教学过程与整个系统的控制模块，涉及到“如何教”的问题。它具有领域知识、教学策略和人机对话等方面的知识。根据学生模型提供的学生学习情况，通过智能系统的搜索与推理，得出智能化的教学方法与教学策略，能够较科学地评估学生的学习水平，还可以通过分析学生以往的学习兴趣和学习习惯，预测学生的知识需求和常犯错误，动态地将不同的学习内容、学习方法与不同的学生匹配．智能地分析学生错误的原因进而有针对地提出合理的教学建议、学习建议以
及改进方法。
4.3 人工智能技术在ICAI中的应用
人工智能理论和技术应用于CAI，形成的智能计算机辅助教学系统(ICAI)是智能的CAI。它必将为学生提供一个新型的学习环境，它将教学内容与教学策略分开，根据学生认知模型提供的信息，通过智能系统的搜索与推理。动态生成适合于个别化教学的内容与策略；通过智能诊断机制判断学生的学习水平，分析学生产生错误的原因，同时向学生提出更改建议以及进一步学习内容的建议；通过对全体学生出现的错误进行分布统计，智能诊断机制将向教师提供教学重点、方式、测试重点、题型的建议；为教师提供友好的教学内容、测试内容维护界面，无需改变软件的结构即可调整教学策略；通过对学生认知模型、教学内容、测试结果的智能分析。向教学督导人员提供对任课教师教学业绩评价的参考意见。ICAI系统的主要组成部分是：有关问题解答的知识和技能．传授给学生的课程内容和如何教授学生的教学策略。一个典型的ICAI系统主要是由知识模块、学生模型模块、教学模块、人机接口构成的。如下图2所示：
5. ICAI的未来发展方向
随着计算机技术以及人工智能技术的发展，其发展方向表现为以下几方面。
（1）与网络技术的结合，实现远程教学：
随着多媒体技术和Intemet网络的飞速发展，CAI不仅仅在智能上发展，还要向多维的网络空间发展。它们要利用网络的优势，完成在线学习、实时讨论、网上测试等多种教学任务，实现远程教学。目前，已有不少基于Intemet网的多媒体教育系统在使用。
（2）智能代理(Intelligent Agent)技术的使用：
人工智能(AI)技术在ICAI中的应用，除了体现在对多媒体教学系统中引入学生模型和知识推理机制以外，还可以起到在“智能导航”浏览中，使用“智能代理”技术代替教师、学生进行指导学习和搜索学习的作用。
（3）提高虚拟学习环境的人机交互性：
虚拟学习环境是由多媒体技术与仿真技术以及计算机技术相结合而生成的一种交互式人工世界。它的根本目标就是达到真实体验和基于自然技能的人机交互。在教学辅助中，使用创建的虚拟环境，在一般人所不能亲身体验的情景中，达到演示、操作的教学目的。
（4）开发更有效的帮助系统：
评价一个ICAI系统智能的高低．是要看该系统能否在学生遇到困难的时候提供合适的、有启发性的帮助，而现有的ICAI系统并不能够很好的做到这一点，因此，开发更有效的帮助系统也是今后努力的方向。
6. 结束语
计算机辅助教学及计算机管理教学，以优化教育、教学过程为目的，被誉为教育史上的第四次革命，是现代教育技术的重要内容和手段，是当前教育革命的突破口。计算机辅助教学既是计算机应用的重要领域，也是进行知识教学、知识处理和知识转化的重要技术。计算机辅助教学，既是知识工程的重要内容，也是计算机技术和信息技术的产物。计算机辅助教学正处于知识经济、知识工程、知识创新、科教兴国、科学技术与教育相结合的交叉点。随着人工智能技术的发展，计算机辅助教学的成效将更加明显。在当今教育改革的大环境下，应当使更多的教育工作者关注ICAI的建设与发展，并为ICAI系统的发展起到更大的推动作用。
【参考文献】
[1] 廉师友
[2] 孙 沛
[3] 王万森
[4] 祝智庭
人工智能导论(第三版) 西安电子科技大学出版社 2007 计算机辅助教学 内蒙古大学出版社 2000 人工智能原理及其应用 北京电子工业出版社 2005 信息技术教育展望 上海华东师大出版社 2001
浅谈人工智能在计算机辅助教学中的应用
Of Artificial Intelligence in Computer Aided Teaching
班级：10G数控 姓名：刘亚飞 学号：12
【摘要】
随着计算机技术与信息技术的发展，人工智能在教育技术中的应用也逐渐深入，成为计算机教学发展的一大趋势。本文从人工智能和计算机辅助教学两者的概念出发，介绍了人工智能的概念、人工智能的科学范畴和研究内容以及人工智能的特征。介绍了计算机辅助教学的概念、现状及其中所存在的一些问题。阐述了人工智能与计算机辅助教学系统的关系及其人工智能在计算机辅助教学中的应用，最后概述了智能计算机系统，并探讨了智能计算机辅助教学系统未来的发展方向。
【关键词】
人工智能 计算机辅助教学 智能计算机辅助教学系统
Abstract: With computer technology and information technology, artificial intelligence application of technology in education has gradually deepening the development of computer teaching to become a major trend. In this paper, both artificial intelligence and computer-aided teaching concept, introduced the concept of artificial intelligence, artificial intelligence research scope and content of science and artificial intelligence features. Introduced the concept of computer aided instruction, current situation and of the existence of some problems. Artificial Intelligence and Computer Aided Instruction described the relationship between systems and artificial intelligence in computer-aided teaching, and finally an overview of intelligent computer systems, and intelligent computer-aided teaching system of the future direction of development.
Key words：Artificial intelligence, Computer assisted instruction, Intelligent computer-aided instruction system
1. 引言
在计算机科学的众多领域中，人工智能(Artificial Intelligence，AI)是富有挑战性和创造性的一个领域。随着人工智能的诞生和发展，人们开始把计算机用于教学领域。同时，自七十年代以来，有教学能力的专家系统得到研制。人工智能技术与专家系统的成就，促使人们把问题求解、知识表示这些技术引入计算机辅助教学(CAI)．这便是智能型计算机辅助教学(ICAI)。近几十年来．随着人工智能技术的日渐成熟，它的一些研究成果被陆续应用到教学领域，推进了教育发展改革和教学现代化进程。人工智能在教学系统的重要性也已形成共识。本文从人工智能和计算机辅助教学两者的概念出发，介绍了人工智能的概念、人工智能的科学范畴和研究内容以及人工智能的特征。介绍了计算机辅助教学的概念、现状及其中所存在的一些问题。阐述了人工智能与计算机辅助教学系统的关系及其人工智能在计算机辅助教学中的应用，最后概述了智能计算机系统，并探讨了智能计算机辅助教学系统未来的发展方向。
2. 人工智能
2.1 人工智能的定义
人工智能是计算机科学的一个分支，是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科。其精确的定义是：一个电脑系统具有人类的知识和行为，并具有学习、推理判断来解决问题、记忆知识和了解人类自然语言的能力。人工智能的产生过程则是：对于人类因问题和事物所引起的刺激和反应，以及因此所引发的推理、解问题、学习、判断及思考决策等过程，将这些过程分解成一些基本步骤，再透过程序设计，将这些人类解问题的过程模组化或公式化，使得电脑能够有一个结构的方法来设计或应付更复杂的问题。这套能够应付问题的软体系统，即称之为人工智能系统。人工智能是一种技术，而不是一项产品它的目的是让电脑更能了解一般化的事物。
2.2 人工智能的科学范畴和研究内容
2.2.1 人工智能科学范畴
现在，人工智能已构成信息技术领域的一个重要的学科。该学科研究如何使机器具有智能或者说如何利用计算机实现智能的理论、方法和技术，所以，人工智能既属于计算机科学技术的一个前沿领域，也属于信息处理和自动化技术的一个前沿领域。但由于其研究内容涉及到“智能”，因此，人工智能不仅局限于计算机、信息和自动化等学科，还涉及到智能学科、认知科学、语言学、逻辑学、教育科学、系统教学、数理科学等众多学科领域。人工智能是一门综合性的交叉学科和边缘学科。
2.2.2 人工智能研究内容
人工智能的研究内容可以归纳为：搜索与求解、学习与发现、知识与推理、发明与创造、感知与交流、记忆与联想、系统与建设、应用于工程等八个方面。从研究对象来说，人工智能涉及三个相对独立的域，即：（1）研究会读和说的计算机程序，也就是通常称为“自然语言处理”(Natural Language Processing)领域；（2）研制灵敏的机器，通过设计出具有视觉和听觉程序化的机器人，在活
动时能识别不断改变的环境；（3）开发用符号识别来模拟人类专家行为的程序，即专家系统。但是，从研究的性质来说，人工智能一般可分为理论研究和工程研究两个方面。理论研究主要是对有关开发和理解人和机器智能方面理论进行研究和探索．而工程研究则主要是设计和开发研究人工智能的工具和像专家系统这样的产品。但是，这并不是说，它们彼此是独立的；相反，它们是彼此依赖和不可分割的。随着人工智能理论和技术逐步被采用，并具体地开发出产品。理论和工程研究之间的界限将会缩小，直至消失。
2.3 人工智能的技术特征
（1）具有搜索功能。采用一定搜索策略可以快速地找到答案。
（2）知识表示能力。可以表示一些不精确的、模糊的知识（适合表示多媒体数据）。
（3）一定的推理功能。可以从给定的实事、前题中找出答案、发现知识。
（4）抽象功能。抽象用以区分重要与非重要的特征，借助抽象可将处理问题中的重要特征和变式与大量非重要特征和变式区分开来，使处理变得更有效、更灵活。对用户来说,往往只需要叙述“是什么问题”，“要做什么”，而把“怎么做”留给智能程序来完成。
（5）语音识别功能及模糊信息处理能力。有处理不精确和模糊信息的能力。
3. 计算机辅助教学
3.1 计算机辅助教学定义
计算机辅助教学(Computer Aided Instruction简称CAI)是在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。利用多媒体计算机的功能与特点，利用计算机辅助教师完成各个教学环节，并通过与计算机之间的交互活动，激发学生的学习积极性和主动性，帮助学生更有效地学习。使用CAI系统，有利于认知主体作用的发挥，它所提供的图象、声音、动画等信息有利于学生知识的获取与保持。达到提高教学效果的目的。
3.2 计算机辅助教学现状
CAI的实现需要应用AI技术及编制复杂的程序，如自然语言理解、知识表示、推理方法等，一些AI技术的特殊应用成果，如代数说明、符号合成、医疗诊断及理论证明等均被应用于CAI系统，以提高其智能性和实用性。早期绝大多数CAI课件大都使用决策理论和随机学习的模式，它极大地简化了学习过程的表达形式。例如早期的地质教学系统(SCHOCAR)等。后来，随着人工智能技术的发展．CAI系统中添加了学生的学习行为及训练策略．同时AI技术被应用于建立学习顾问模块(存放所要教课程的问题和技能)。这种方法能控制训练策略并给出适合学生的学习内容。目前为了获取对课程知识表示和控制的灵活性和模块性，有些CAI系统还用AI技术来表示训练计划和策略。
3.3 计算机辅助教学存在的问题
（1）计算机辅助教学系统的闭塞性不具有开放性是目前以及理论证明等均被应用于计算机辅助教学系统，以提高其智能性和实用性。其弊端在于固定内容
的局限性使课件的适用面狭窄，而且设定的运行路线使授课缺乏自主性；授课的针对性不强；无法利用新出现的资源在较高起点上进行二次开发。
（2）智能性的欠缺现有的计算机智能辅助课件系统不能对不同何曾度的学生进行有针对性的教育，学生的学习是被动的，不能由系统自动提供助学信息而使学生有选择地学习。
（3）人机交互能力较弱现有计算机智能辅助大多以光盘作为信息的载体，将材料中的内容以多媒体的形式展现出来，教学信息是按预置的教学流程机械式地提供给学者，学习者使用计算机智能辅助课件学习是完全被动的。
（4）教师与学生的瓦动在教学中的缺乏现有计算机智能辅助课件在学生自学以及进行操作使用时，如何学习都是学生自己的事。教师不能全完了解学习者的情况，学生在蹦到问题时不能向教师求教，师生之间互相封闭，谈不上师生互动，因此课件所起的效果大打折扣。
（5）课程特点没有突出各门课程在教学上有不同的要求，但现有课件对于这砦不同要求完全不予理会。例如很多课程都要涉及到大量的曲线或曲面，对有些课程来说，将这些曲线或曲面给出了一个简单的展示就足够了，而有些课程这样的展示不能达到教学目的的要求。
（6）教学计划的欠缺在课件的开发过程中实际上离不开教学策略的设计，但课件的制作者往往并未意识到这一点。例如：现有的绝大多数课件都是单一的展播式，这样的可见制作“精美”，但它不可逆、不能互动。实际上运用课件教学只是手段而不是目的，应该在教学设计理论的指导下讲求课件的实效性，着眼点在于学生学习新知识、掌握新技术、培养各种能力有帮助，而不是表面上的制作“精美”。
综上所述，现有的计算机智能辅助存在许多问题，随着新技术的不断出现，这些问题将使计算机智能辅助越来越不能适应新的要求。因此以智能计算机智能辅助为代表的心的计算机辅助教学系统将成为教育技术上需要不断探求、努力实现的发展方向。
4. 人工智能与计算机辅助教学系统
4.1 人工智能与计算机辅助教学的关系
智能包括人类智能和计算机智能(即机器智能)，使用人工智能可以将人类智能转化为计算机智能；使用计算机辅助教学或计算机智能化教学可以将计算机智能转化为人类智能。使用人类智能可以对于知识进行知识表示，即知识处理的形式化；使用计算机智能可以对于知识进行知识推理(检索或证明)，即知识处理的自动化和智能化这统称为知识工程。计算机辅助教学既是知识工程的重要内容， 人工智能在计算机辅助教学中又有重要的应用。CBE／CAI的重要方向是它们的智能化。智能化是信息技术发展的最重要的方向之一。把人工智能技术应用于计算机教育之中，才能使CAI(计算机辅助教学)真正做到因材施教。人工智能辅助教学系统具有“教学决策”模块、“学生模型”模块和“自然语言接口”，并在辅导、模拟、练习等多种教学形式中得到应用，充分发挥了CAI的交互特性，加强其软件智能化的研究．其方向是多媒体技术，使所有的媒体融于一体，实现更高学习效率的研究以及有关软件制作的研究，可使它具有能与人类优秀教师相媲美的功能。目前CAI系统还很少具有智能，构造真正的智能教学系统有待专家们的研究。关于人工智能与计算机辅助教学的关系，可以使用如下关系图1表示：
4.2 智能计算机辅助教学(ICAI)系统
教学过程是一个复杂的教与学的思维过程，它需要教师以其专门知识和经验为依据，经过吸收、讲解、推理、示例、综合等多个步骤才能较好地完成。计算机辅助教学实际上是一个由计算机系统辅助教师进行教学及学生进行学习并得以实现的系统。从人工智能的角度看。智能计算机辅助教学系统以认知学为理论基础，将人工智能技术应用于CAI，是智能化的CAI，是一个教学型专家系统，它的任务是根据学生的特点、弱点和基础知识，以最适当的教学方案和教学方法对学生进行教学和辅导。
在智能CAI中。教学思想、方法、学习内容可用知识形式表示，如何解决知识的形式化表示以及知识的访问与调用问题，是人工智能的核心技术之一。也是将AI引入教育技术领域中所要面临的一个问题。知识库是实现知识推理与专家系统的基础，可以用知识库作为智能CAI的构建环境。在知识库中，教学内容等的有关知识可以用事实与规则表示，并存储于知识库内，教学与学习过程即是对知识库中知识进行推理，并最终得出所需结果的过程。ICAI系统的一般包括以下几个模块：
（1）知识库
知识库是关于教学内容的模块。解决“教什么”的问题。知识库中的教学内容有待于教学与控制模块和学生模块进行选取、调用。知识库可以做到教学资源共享。知识库内知识可以进行更新。
（2）学生模块
用于记录学生的学习情况。对学生学习的各个环节信息进行搜集，以便系统对学生的学习情况进行自动评估，提出具有针对性的学习建议和个别化的辅导。学生模块描述学生对教学内容理解、掌握的程度，系统可以根据学生模块的具体情况调整教学策略并提供适当的反馈。
（3）用户接口模块
这是系统与用户交流的界面。整个系统依靠用户接口模块把教学内容呈现给用户、接受用户输入的信息、并向用户提供反馈。大多数的教学系统使用图形用户界面或者自然语言交流界面，或者两者兼备。
（4）教学与控制模块
这是教学过程与整个系统的控制模块，涉及到“如何教”的问题。它具有领域知识、教学策略和人机对话等方面的知识。根据学生模型提供的学生学习情况，通过智能系统的搜索与推理，得出智能化的教学方法与教学策略，能够较科学地评估学生的学习水平，还可以通过分析学生以往的学习兴趣和学习习惯，预测学生的知识需求和常犯错误，动态地将不同的学习内容、学习方法与不同的学生匹配．智能地分析学生错误的原因进而有针对地提出合理的教学建议、学习建议以
及改进方法。
4.3 人工智能技术在ICAI中的应用
人工智能理论和技术应用于CAI，形成的智能计算机辅助教学系统(ICAI)是智能的CAI。它必将为学生提供一个新型的学习环境，它将教学内容与教学策略分开，根据学生认知模型提供的信息，通过智能系统的搜索与推理。动态生成适合于个别化教学的内容与策略；通过智能诊断机制判断学生的学习水平，分析学生产生错误的原因，同时向学生提出更改建议以及进一步学习内容的建议；通过对全体学生出现的错误进行分布统计，智能诊断机制将向教师提供教学重点、方式、测试重点、题型的建议；为教师提供友好的教学内容、测试内容维护界面，无需改变软件的结构即可调整教学策略；通过对学生认知模型、教学内容、测试结果的智能分析。向教学督导人员提供对任课教师教学业绩评价的参考意见。ICAI系统的主要组成部分是：有关问题解答的知识和技能．传授给学生的课程内容和如何教授学生的教学策略。一个典型的ICAI系统主要是由知识模块、学生模型模块、教学模块、人机接口构成的。如下图2所示：
5. ICAI的未来发展方向
随着计算机技术以及人工智能技术的发展，其发展方向表现为以下几方面。
（1）与网络技术的结合，实现远程教学：
随着多媒体技术和Intemet网络的飞速发展，CAI不仅仅在智能上发展，还要向多维的网络空间发展。它们要利用网络的优势，完成在线学习、实时讨论、网上测试等多种教学任务，实现远程教学。目前，已有不少基于Intemet网的多媒体教育系统在使用。
（2）智能代理(Intelligent Agent)技术的使用：
人工智能(AI)技术在ICAI中的应用，除了体现在对多媒体教学系统中引入学生模型和知识推理机制以外，还可以起到在“智能导航”浏览中，使用“智能代理”技术代替教师、学生进行指导学习和搜索学习的作用。
（3）提高虚拟学习环境的人机交互性：
虚拟学习环境是由多媒体技术与仿真技术以及计算机技术相结合而生成的一种交互式人工世界。它的根本目标就是达到真实体验和基于自然技能的人机交互。在教学辅助中，使用创建的虚拟环境，在一般人所不能亲身体验的情景中，达到演示、操作的教学目的。
（4）开发更有效的帮助系统：
评价一个ICAI系统智能的高低．是要看该系统能否在学生遇到困难的时候提供合适的、有启发性的帮助，而现有的ICAI系统并不能够很好的做到这一点，因此，开发更有效的帮助系统也是今后努力的方向。
6. 结束语
计算机辅助教学及计算机管理教学，以优化教育、教学过程为目的，被誉为教育史上的第四次革命，是现代教育技术的重要内容和手段，是当前教育革命的突破口。计算机辅助教学既是计算机应用的重要领域，也是进行知识教学、知识处理和知识转化的重要技术。计算机辅助教学，既是知识工程的重要内容，也是计算机技术和信息技术的产物。计算机辅助教学正处于知识经济、知识工程、知识创新、科教兴国、科学技术与教育相结合的交叉点。随着人工智能技术的发展，计算机辅助教学的成效将更加明显。在当今教育改革的大环境下，应当使更多的教育工作者关注ICAI的建设与发展，并为ICAI系统的发展起到更大的推动作用。
【参考文献】
[1] 廉师友
[2] 孙 沛
[3] 王万森
[4] 祝智庭
人工智能导论(第三版) 西安电子科技大学出版社 2007 计算机辅助教学 内蒙古大学出版社 2000 人工智能原理及其应用 北京电子工业出版社 2005 信息技术教育展望 上海华东师大出版社 2001