人工智能技术在教育中应用
人工智能技术在教育中应用-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
人工智能技术在教育中应用
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2013年 6 月 24日
人工智能技术在教育中应用
摘要:人工智能（AI）以及人工智能科学从诞生起，其研究和应用领域就与教育紧密相关。人工智能就是研究让计算机接受教育、提高智能的科学技术。AI 的研究成果又反过来应用到应用到教育过程中，促进教育的工作效率、产生新的教学模式。用人工智能技术技术支持教学(过程)的设计、互动分析与评价，进而支持教师及其教学，这已经成为一个重要趋势；本文阐述了教学设计自动化技术、、教学自动测评技术、专家系统、Agent等概念、重点关注的问题，以期为广大教育技术工作者提供一点借鉴.
关键词:人工智能;教学设计自动化;教学自动测评,专家系统，Agent技术
一、教学设计自动化技术
“教学设计自动化”（Automated Instructional Design或
Automating Instructional Design，简称AID）是指有效利用计算机技术，为教学设计人员和其他教学产品开发人员在教学设计和教学产品开发过程中提供辅助、指导、咨询、帮助或决策的过程[1]。“教学设计自动化”更为贴切的提法应
该是“计算机辅助的教学设计”（Computer Aided Instructional Design，简称CAID）
教学设计是教育技术学最核心的内容之一，教学设计理论的发展为教育技术学的发展奠定了坚实的基础。但是，教学设计仍然是少数教学设计专家的“专利”，在广大教师中普及应用仍然有一定的距离。其原因主要有二，首先教学设计方法需要进一步完善和发展，包括教学设计的过程模式比较复杂、“通用”模式在各种教学情况下的不适应等；其次“设计”的工作量过于繁杂(如内容分析阶段的ABCD方法就是一项复杂的“机械”劳动)。因此，若能让计算机帮助教师完成一些“机械劳动”，让教师把更多的精力关注于学与教的过程和行为，具有非常重要的理论意义和现实意义。
从1984年梅瑞尔首次提出“教学设计自动化”开始，教学设计自动化吸引了很多教育技术专家、心理学家、人工智能专家和计算机专家的参与并取得了相当多的成果[1]。目前教学设计自动化的研究主要集中在5个方面[1] [2] [3]： (1)提供集成写作工具。如WebCT、WebCL等各大网络教学支撑平台都集成了写作工具，充分利用网络的优势，简化了过程。(2)提供教学设计专家系统。例如，梅瑞尔等人研究与开发的ID Expert就是基于规则的专家系统，它可以根据教学设计人员提供的信息，提出关于课程组织、内容结构、教学策略等方面的建议。
(3)提供教学设计咨询服务。专家系统开辟了教学设计的新领域，但是却抑制了教学设计开发人员创造性的发挥，咨询系统更注重发挥教学设计人员的主观能动性。 (4)提供教学设计的信息管理系统。如学习研究协会
（Institute for Research on Learning）开发的IDE
（Instructional Design Environment）系统。(5)提供电子绩效支持系统（EPSS）。如AGD绩效支持系统等。另外，教学设计自动化技术一个最直接的应用是为教师提供教学设计模板。Web Quest就是一个很好的例子，它提供了多套方便适用的教学设计模板，教学设计人员和教师只需填入相应的内容，就可生成WebQuest教学网站，大大降低了教学设计的难度。
教学设计自动化的更进一步发展要求它具备更高的“智能”，这需要积极借助自然语言理解和信息检索领域的成果。例如，我们有理由要求教学设计自动化系统能够帮助我们抽取文章中的概念以及概念之间的关系，生成一定的可视化图表，如概念图、思维导图等，并在人工校对后，生成可用的演示文稿。达成这一目标的核心技术包括信息抽取领域的实体抽取技术和关系抽取技术。
二、教学自动测评技术
教学自动测评是计算机辅助评价(Computer- Assisted Assessment，简称CAA)的核心内容和研究前沿之一，其基本流程是：把问题和任务通过计算机终端传给学生，学生通过计算机输入设备将问题的答案输入给计算机，计算机自动或半自动判断答案并记录分数。CAA可在诊断性、形成性和总结性等三类评价中均可得到有效应用；既可以用于学生的自我评价，也可以用于教师对学生的评价[4]。CAA系统的构成主要包括三个方面：(1)题库与组卷；(2)测试环境与自动阅卷；(3)测评数据的统计分析：负责管理测评结果，按要求生成各种报表以及对题目进行分析。
目前，CAA应用研究主要集中在三个方面[5]：(1)客观测试：测试题的答案从预先定义好的有限个问题答案中选择或比较，计算机对考题答案的评分不需要任何的主观因素参与，客观测试主要用于评估知识覆盖型和事实记忆型为主的课程；(2)计算机自适应测试 (CAT)：指在具有一定规模的精选试题组成的题库支持
下，按照一定的规则并根据被试的反应选取试题，直到满足停止条件为止；(3)基于Internet的远程考试与评价。客观测试和计算机化自适应测试的相关的理论、方法与技术已相当成熟，能比较好地解决了知识层面的评价问题。其热点及前沿课题主要有两方面：(1)主观题的测评问题及其自动化,例如，对自由文本答案的计算机测评的研究目前已经取得很大的进展；(2)技能性非客观题的测评。
三、专家系统在教育中的应用
谓专家，一般都拥有某一特定领域的大量知识和丰富的经验。在解决问题时，专家们通常拥有一套独特的思维方式，能较圆满的解决一类难题，或向用户提出一些建设性的意见。
专家系统（Expert System）可视为一类具有大量专门知识的计算机智能程序系统[6]。它能运用特定领域一位和众多专家提供的专门知识和经验，并采用人工智能中推理技术来求解和模拟通过由专家才能解决的各种复杂问题，达到与专家具有同等解决问题的能力。它可使专家的特长不受时间和空间的限制。因此，专家系统必须包含领域专家的大量知识，拥有类似人类专家思维的推理能力，并能用这些知识来解决实际问题。例如，一个医学专家系统就能够像真正的医学专家一样，诊断病人的疾病，判断病情的严重性，并给出相应的处方和治疗建议等。同领域和不同类型的专家系统，其体系结构和功能有一定的差