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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,人工智能,的,教育應用,之,研究框架,張劍平,浙江師范大學 教育信息技術研究所,http:/ 之研究框架,2,人工智能教育應用的分類,人工智能的教育應用,人工智能教育應用的分類人工智能的教育應用,3,什么是“人工智能”,人工智能,（,Artificial Intelligence:AI）,是研究運用計算機模擬和延伸人腦功能的綜合性學科,是計算機科學的一個分支,也是一門交叉和邊緣學科,人工智能研究處于信息技術發(fā)展的,前沿,

2、，它的研究和應用在一定程度上反映了信息技術的發(fā)展方向。,教育信息化是教育領域全面、深入地運用IT來促進教育改革的過程，新世紀教育信息化的風起云涌呼喚AI的教育與應用。,什么是“人工智能”人工智能（Artificial Intel,4,AI的教育應用,之,類型,從應用對象看，“,計算機的教育應用,”包括（3L）,：,學習計算機 (Learn about computer)；,用計算機學習(Learn with computer)；,從計算機學習(Learn from computer)。,同理，“,AI的教育應用,”包括：,學習AI,(Learn about AI),把AI作為學習對象，內(nèi)容包括

3、AI的基礎知識、基本技能及其對社會的影響等。,用AI學習,(Learn with AI),學生把AI技術與工具作為學習工具，主要包括用AI來處理信息。,從AI學習,(Learn from AI),教師把AI作為一種輔助的教學工具來輔助教學、輔助測試、輔助備課、管理教學等工作。,AI的教育應用之類型從應用對象看，“計算機的教育應用”包括（,5,智能教學系統(tǒng)及其發(fā)展,AI,在教育中的主流應用,人工智能的教育應用,智能教學系統(tǒng)及其發(fā)展 AI在教育中的主流應用人工智,6,智能教學系統(tǒng)及其特征,智能教學系統(tǒng),是借助人工智能技術，讓計算機扮演教師的角色實施個別化教學，向不同需求不同特征的學習者傳授知識、提

4、供指導的一種適應性學習支持系統(tǒng)。,就本質(zhì)上看，以下系統(tǒng)是相同的：,ITS，Intelligent Tutoring System,ICAI，Intelligent Computer-Assisted Instruction,IIS，Intelligent Instruction System,AIS，Adaptive Instructional Systems,智能教學系統(tǒng)的特征：,能了解學生的學習情況,能進行有針對性的教學,可以用自然語言交互,學生模型,教師模型,智能接口,智能教學系統(tǒng)及其特征智能教學系統(tǒng)是借助人工智能技術，讓計算機,7,ITS系統(tǒng)的組成,教師模型,相當于,專家系統(tǒng),的推理機

5、,ITS,也稱為,教學專家系統(tǒng),ITS系統(tǒng)的組成教師模型相當于專家系統(tǒng)的推理機ITS 也稱為,8,ITS,的國際研討會,屆,時間,地點,論文數(shù),7,th,August 30-Sept.3,2004,Maceio,Alagoas,Brazil,79,6,th,June 2-7,2002,Biarritz,France and,San Sebastian,Spain,98,5,th,June 19-23,2000,Montreal,Canada,67,4,th,August 16-19,1998,San Antonio,Texas,USA,65,3,rd,June 12-14,1996,Montr

6、eal,Canada,75,2,nd,June 10-12,1992,Montreal,Canada,78,1,st,1988,Montreal,Canada,ITS的國際研討會屆時間地點論文數(shù)7thAugust 30-,9,ITS國際研討會的論文主題,論文主題屆別,2nd,3rd,4th,5th,6th,7th,合計（篇）,特邀論文,6,6,5,6,5,6,34,ITS結(jié)構,8,5,6,6,10,5,40,著作系統(tǒng),4,2,6,3,6,8,29,學生模型,11,6,6,6,4,10,43,教學策略,8,7,5,6,5,31,協(xié)作學習,0,7,5,3,6,21,認知模型,6,5,3,3,17,

7、教學評價,4,3,25,8,44,教學代理,5,9,10,3,27,自然語言對話和分布式學習環(huán)境,12,9,11,12,11,55,智能遠程教育,3,5,8,基于Web的 ITS,1,5,2,10,18,模擬,3,6,9,其他,23,20,22,6,10,9,90,合計（篇）,78,75,65,67,98,79,462,ITS國際研討會的論文主題 論文主題屆別2nd3rd4th,10,ITS實例：,ADELE,作者：美國南加利福尼亞大學信息科學學院,功能：臨床醫(yī)學診斷的教學,由模擬角色、解釋引擎、會話管理器三部分組成，可以利用因特網(wǎng)進行遠程教學。,基于病例的臨床診斷：,系統(tǒng)向?qū)W生提供某一特殊的

8、醫(yī)學條件和病例，讓學生通過練習和ADELE系統(tǒng)適當?shù)囊龑韺W習臨床醫(yī)學知識。,ADELE,Agent for Distance Education,Light Edition,ITS實例：ADELE作者：美國南加利福尼亞大學信息科學學,11,ITS實例：,ZZ智能教學系統(tǒng),由中科院張景中院士主持開發(fā)的智能教育系列軟件，包括初中代數(shù)、三角函數(shù)、解析幾何、立體幾何、初中物理、初中化學等多個軟件。,基本功能:,能夠進行智能解題、人機交互、自動推理和動態(tài)作圖。,該軟件已經(jīng)通過審定并作為教育部推薦軟件列入中小學教材圖書目錄。,ITS實例：ZZ智能教學系統(tǒng)由中科院張景中院士主持開發(fā)的智,12,ITS的發(fā)展

9、：,智能代理,代理（Agent）,一種具有智能的實體,它具有自主性、反應性、適應性和社會性等基本特性。,教師代理,運用自身的推理機制，在了解學生實際情況的前提下，產(chǎn)生恰當?shù)慕虒W策略。,學生代理,充當學習者的學習伙伴或知心朋友，與學習者進行平等的討論、交流。,實現(xiàn)智能化信息服務,可以充分發(fā)揮其主動性、智能性和協(xié)作性，為用戶提供方便簡單的信息搜索、處理手段，提高學習者的信息獲取、處理能力。,ITS的發(fā)展：智能代理 代理（Agent）,13,ICAI的發(fā)展：,知識庫系統(tǒng),任務:存儲記憶全部智能檢索所需要的知識，并利用知識庫的知識推導出新的知識。,基本功能：,能理解自然語言，允許用自然語言提出各種詢問

10、。,具有較強的聯(lián)想能力，能根據(jù)對需求的大致描述找到有關知識。,具有推理能力，能根據(jù)存儲的知識，演繹出所需的答案。,具有較強的知識獲取能力，并具有自學功能。,目前的研究側(cè)重于知識檢索，即,智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),。,目的：提高對網(wǎng)上信息的管理和檢索能力,熱點：數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘,ICAI的發(fā)展：知識庫系統(tǒng) 任務:存儲記憶全部智能檢索所需,14,ITS的發(fā)展趨勢,自組織與個性化的信息系統(tǒng)新的人工智能研究趨勢,New AI:Toward Self-Organizing and Personalized Information Systems,克勞斯.邁因策爾（德國奧克斯堡大學跨學科信息科學研究所所長）,

11、現(xiàn)代社會最能被預見到的特質(zhì)就是它的不可預見性。,杜德斯達（美國密西根大學前校長）,ITS的發(fā)展趨勢自組織與個性化的信息系統(tǒng)新的人工智能研究,15,ITS的發(fā)展趨勢,現(xiàn)代學習理論的應用,將現(xiàn)代學習理論用于ITS，可以激發(fā)學生的學習興趣和學習主動性，為學生建構知識提供有效的信息，滿足學生個性化學習的需求。,智能代理技術的應用,智能代理技術是由各種技術支撐著的，許多實用的應用特性的集合，系統(tǒng)正是利用這些特性來擴展并達到能自動執(zhí)行用戶委托任務的目的。,自然語言處理技術的應用,通過自然語言人機接口更加方便地進行人機交互；實現(xiàn)知識點之間的層次關系和復雜的語義聯(lián)系；技術實現(xiàn)知識的查找和利用；進行跨語種的知識

12、學習。,虛擬現(xiàn)實技術的應用,虛擬現(xiàn)實技術是多媒體技術的最新發(fā)展，在ITS中，可以通過在虛擬環(huán)境中的親身體驗，來達到演示、操作的教學目的，也為增強學生的學習實踐提供了方便、高效的途徑。,ITS的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代學習理論的應用,16,人工智能教育及其發(fā)展,以我國高中新課程為例,人工智能的教育應用,人工智能教育及其發(fā)展 以我國高中新課程為例人,17,學習領域,科目,必修學分,選修I學分,選修II學分,語言與文學,語文,10,國家為滿足學生的興趣、愛好和未來發(fā)展的需要，在共同必修的基礎上，各科課程標準設置若干選修模塊，供學生選擇,。,學校根據(jù)當?shù)厣鐣?、?jīng)濟、科技、文化以及自身條件開設，供學生選擇。,外語

13、,10,數(shù)學,數(shù)學,10,人文與社會,政治,8,歷史,6,地理,6,科學,物理,6,化學,6,生物,6,技術,信息技術,4,通用技術,4,藝術,藝術或,音樂、美術,6,體育與健康,體育與健康,11,綜合,實踐活動,研究性學習,15,社區(qū)服務,2,社會實踐,6,普通高中新課程概況,學習領域科目必修學分選修I學分選修II學分語言與文學語文10,18,多媒體技術應用,算法與程序設計,數(shù)據(jù)管理技術,網(wǎng)絡技術應用,人工智能初步,信息技術基礎,高中信息技術 新課程的構成,必修,（,2學分）:,選修,(2+X學分):,信息獲取,信息加工與表達,信息資源管理,信息技術與社會,1 2 3 4 5,數(shù)據(jù)管理技術

14、網(wǎng)絡技術應用 人工智能初步 信息技術基礎高中,19,人工智能教育對于信息素養(yǎng)培育的重要作用,對多種思維方式的培養(yǎng)和信息素養(yǎng)的綜合鍛煉,求解結(jié)構化問題的傳統(tǒng),程序算法數(shù)據(jù)結(jié)構,求解非結(jié)構化、半結(jié)構化問題的人工智能,程序知識推理,體驗人類專家解決復雜問題的思路，提高學生的邏輯思維能力,Jonassen認為：那些自行設計專家系統(tǒng)的學生將會在這種活動中受益匪淺，因為這是一個對所學知識進行深度加工的過程。,了解信息技術發(fā)展的前沿，激發(fā)對信息技術未來的追求,人工智能教育對于信息素養(yǎng)培育的重要作用 對多種思維方式的培,20,高中教材:,人工智能初步,第1章 初識人工智能,1.1什么是人工智能,1.2人工智能

15、可以為我們做什么,第2章 了解人工智能語言,2.1,了解,Prolog,2.2,使用,Prolog,2.3,人工智能語言,第3章 用計算機表示知識,3.1知識及其類型,3.2知識表示入門,3.3知識表示的常用方法,第4章 用計算機推理,4.1 什么是,專家系統(tǒng),4.2 專家系統(tǒng)如何工作,4.3 如何開發(fā)專家系統(tǒng),第5章 用智能搜索解決問題,5.1 可以通過搜索求解的問題,5.2 窮舉式搜索,5.3 啟發(fā)式搜索與博弈,第六章 人工智能的發(fā)展與未來,6.1 人工智能的發(fā)展,6.2 人工智能的未來,張劍平主編,教育科學出版社,2004,高中人工智能教材的比較研究,高中教材:人工智能初步第1章 初識人

16、工智能張劍平主,21,機器人教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng),人工智能的教育應用,機器人教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)人工智能的教育應用,22,機器人的教育價值,作為家庭的益智玩具,作為幼教工具,與傳統(tǒng)的幼教工具相比有較強的交互性，交互形式多樣，不易產(chǎn)生厭煩感。,可以讓孩子承擔更錯綜復雜的探索并促成其全面發(fā)展。,作為成人的益智玩具,作為學校課外活動的載體,教育機器人課外活動的形式：,課外興趣小組,各種機器人競賽,作為基礎教育課程的載體,機器人的教育價值作為家庭的益智玩具,23,機器人教學的基本目標,（供討論）,知識與技能,了解機器人硬件結(jié)構、功能與應用等方面的基本知識；具備開展機器人活動的基本能力。,過程與方法,能夠規(guī)劃、拼裝簡易機器人、進行相應程序編寫,能進行機器人的使用和維護。,態(tài)度、情感與價值觀,培養(yǎng)對人工智能技術的興趣；認識到智能機器人對社會進步與經(jīng)濟發(fā)展的作用；有應用機器人、參加機器人競技活動的意識。,機器人教學的基本目標（供討論）知識與技能,24,機器人教育現(xiàn)狀3：,教育機器人產(chǎn)品,（據(jù)不完全統(tǒng)計）,產(chǎn)品,生產(chǎn)/經(jīng)銷企業(yè),1,諾寶機器人,深圳市諾博特智能科技有限公司,2,能力風暴機器人,上海廣茂達,