本文關(guān)鍵詞：淺談基于專家系統(tǒng)的人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

科技信息○科教前沿○

SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2011年第11期

淺談基于專家系統(tǒng)的人工智能在

教育領(lǐng)域中的應(yīng)用

（1.沈陽(yáng)理工大學(xué)

遼寧

徐陶冶1，2姜學(xué)軍1

沈陽(yáng)110000；2.沈陽(yáng)工貿(mào)學(xué)校

遼寧

沈陽(yáng)

110044）

【摘要】隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展及其應(yīng)用的不斷深入，人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用也開始引起了人們的關(guān)注。本文闡述了基于專家系統(tǒng)的人工智能教學(xué)系統(tǒng)的基本架構(gòu)、研究熱點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】人工智能；專家系統(tǒng)；

ITS

0引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，先進(jìn)的技術(shù)在教育領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，，教育手段正在從傳統(tǒng)的教育技術(shù)向教育信息技術(shù)時(shí)代發(fā)展。其中，人工智能技術(shù)對(duì)教育、教學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的影響最為深刻。它將先進(jìn)的教學(xué)手段引入教育，在為學(xué)生營(yíng)造理想的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及提高教學(xué)效率等方面獲得了顯著效果。

人工智能（ArtificialIntelligence，簡(jiǎn)稱AI），也稱機(jī)器智能，它是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等多種學(xué)科互相滲透而發(fā)展起來(lái)的一門綜合性學(xué)科。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)角度來(lái)看，人工智能是研究如何制造出智能機(jī)器或智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模擬人類智能活動(dòng)的能力，以延伸人們智能的科學(xué)。人工智能是一門交叉學(xué)科，目前已在知識(shí)處理、模式識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、博弈、自動(dòng)定理證明、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、專家系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)、智能機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域取得舉世矚目的成果，并形成了多元化的發(fā)展方向。

TutoringSystem，簡(jiǎn)稱ITS），而人工智能與教育結(jié)合的主要形式就是ITS，也是今后教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展方向。信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及新的教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)模式的提出和不斷完善，推動(dòng)人們綜合運(yùn)用超媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和人工智能技術(shù)去開發(fā)新的教學(xué)系統(tǒng)，ITS就是其中的典型代表。它包含學(xué)生模塊、教師模塊，體現(xiàn)了教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)的全部?jī)?nèi)容，擁有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)和極大的吸引力。2.1智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）

智能教學(xué)系統(tǒng)是一項(xiàng)涉及人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)和行為科學(xué)的綜合性課題，借助人工智能技術(shù)，讓計(jì)算機(jī)扮演教師的角色實(shí)施個(gè)別化教學(xué)、向不同需求、不同特征的學(xué)習(xí)者傳授知識(shí)、提供指導(dǎo)的適應(yīng)性教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)正式針對(duì)傳統(tǒng)CAI和CBT的不足而提出的能夠基于領(lǐng)域知識(shí)和學(xué)生模型進(jìn)行決策和指導(dǎo)的智能軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)、當(dāng)前的知識(shí)水平等特征表示教學(xué)材料的靈活性以及對(duì)不同學(xué)生需求的響應(yīng)能力，通過(guò)提供“怎樣按學(xué)生的信息進(jìn)行教學(xué)”的教學(xué)策略來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的“智能”�？梢�，智能教學(xué)系統(tǒng)研究的最終目的是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)學(xué)習(xí)者的引導(dǎo)者和幫助者，即賦予計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以智能，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在一定程度上代替人類教師實(shí)現(xiàn)最佳教學(xué)。

ITS的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性得到了充分發(fā)揮，提高了教學(xué)效率，有助于學(xué)生智力的開發(fā)和能力的培養(yǎng)。

2.2智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）的結(jié)構(gòu)

ITS是一個(gè)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，是由專家模塊（知識(shí)庫(kù)）、學(xué)生模塊、教學(xué)模塊和智能接口四部分組成。專家模塊是用于表示教學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，以及作為專家能夠基于這些知識(shí)解決有關(guān)問(wèn)題的問(wèn)題求解知識(shí)，用來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生當(dāng)前的知識(shí)水平，主要用來(lái)為教師進(jìn)行下一步的教學(xué)提供信息和依據(jù)；學(xué)生模塊是通過(guò)比較學(xué)生行為與專家行為，對(duì)學(xué)生進(jìn)行智能模擬，包括學(xué)生的知識(shí)狀態(tài)、認(rèn)知特點(diǎn)和個(gè)性特點(diǎn)等，表示學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度，用來(lái)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況；教學(xué)模塊是根據(jù)一定的教學(xué)原理，在適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略指導(dǎo)下選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容并以適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)形式在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候呈現(xiàn)給學(xué)生；智能接口模塊是學(xué)生和系統(tǒng)之間交流信息的橋梁，為學(xué)生提供了表達(dá)知識(shí)和信息的手段，該部分作為系統(tǒng)與用戶的交互界面，為其它各個(gè)模塊提供智能化的多媒體知識(shí)輸入、用戶信息和行為獲取、知識(shí)輸出的途徑。

1人工智能的研究熱點(diǎn)

專家系統(tǒng)是目前人工智能中最活躍、最有成效的一個(gè)研究領(lǐng)域，它是一種具有特定領(lǐng)域內(nèi)大量知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)。它具有大量專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它使人工智能技術(shù)，根據(jù)某個(gè)領(lǐng)域中一個(gè)或多個(gè)人類專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過(guò)程，以解決那些需要專家決定的復(fù)雜問(wèn)題。

專家系統(tǒng)主要組成部分為：知識(shí)庫(kù)，用語(yǔ)存儲(chǔ)某領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專門知識(shí)；綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)領(lǐng)域或問(wèn)題的初始數(shù)據(jù)和推理過(guò)程中得到的中間數(shù)據(jù)或信息；推理機(jī)，用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略的程序，使整個(gè)專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)的工作；解釋機(jī)制，向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為。

圖1專家系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)圖

近年來(lái)，在“專家系統(tǒng)”或“知識(shí)工程”的研究中已出現(xiàn)了成功和有效應(yīng)用人工智能技術(shù)的趨勢(shì)。人類專家由于具有豐富的知識(shí)，所以才能達(dá)到優(yōu)異的解決的問(wèn)題，而且能幫助人類專家發(fā)現(xiàn)推理過(guò)程中出現(xiàn)的差錯(cuò)。

目前，專家系統(tǒng)在教育中的應(yīng)用最為廣泛與活躍。教學(xué)專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，以最合適的教案和教學(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)輔導(dǎo)。其特點(diǎn)為：同時(shí)具有診斷和調(diào)試等功能；具有良好的人機(jī)界面。

圖2ITS的基本結(jié)構(gòu)

2.3

2人工智能專家系統(tǒng)在教育領(lǐng)域中的具體應(yīng)用

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著人工智能研究的不斷深入以及教育信息化的發(fā)展，人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸得到了人們的重視。人工智能應(yīng)用于教育的早期就產(chǎn)生了智能教學(xué)系統(tǒng)（Intelligence

智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）的研究趨勢(shì)與反思

在智能教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)理念方面，趨向于用先進(jìn)的教學(xué)理論和學(xué)習(xí)理論去指導(dǎo)智能教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)，特別是建構(gòu)主義；在功能開發(fā)方面，較為注重學(xué)生模型和自然語(yǔ)言接口的研究；在學(xué)生模型的構(gòu)建過(guò)程中，注重“情感因素”的研究，同時(shí)也注重了學(xué)生模型的動(dòng)態(tài)性和開放性；在自然語(yǔ)言接口的相關(guān)研究中。由傳統(tǒng)的“書面理解”轉(zhuǎn)向“口語(yǔ)理解”，增強(qiáng)系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話功能。（下轉(zhuǎn)第31頁(yè)）

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