人工智能的教育應(yīng)用之研究框架課件

單擊此處編輯母版標(biāo)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(biāo)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(yīng)用,之,研究框架,張劍平,浙江師范大學(xué) 教育信息技術(shù)研究所,http:/ 之研究框架,2,人工智能教育應(yīng)用的分類,人工智能的教育應(yīng)用,人工智能教育應(yīng)用的分類人工智能的教育應(yīng)用,3,什么是“人工智能”,人工智能,（,Artificial Intelligence:AI）,是研究運(yùn)用計算機(jī)模擬和延伸人腦功能的綜合性學(xué)科,是計算機(jī)科學(xué)的一個分支,也是一門交叉和邊緣學(xué)科,人工智能研究處于信息技術(shù)發(fā)展的,前沿,，它的研究和應(yīng)用在一定程度上反映了信息技術(shù)的發(fā)展方向。,教育信息化是教育領(lǐng)域全面、深入地運(yùn)用IT來促進(jìn)教育改革的過程，新世紀(jì)教育信息化的風(fēng)起云涌呼喚AI的教育與應(yīng)用。,什么是“人工智能”人工智能（Artificial Intel,4,AI的教育應(yīng)用,之,類型,從應(yīng)用對象看，“,計算機(jī)的教育應(yīng)用,”包括（3L）,：,學(xué)習(xí)計算機(jī) (Learn about computer)；,用計算機(jī)學(xué)習(xí)(Learn with computer)；,從計算機(jī)學(xué)習(xí)(Learn from computer)。,同理，“,AI的教育應(yīng)用,”包括：,學(xué)習(xí)AI,(Learn about AI),把AI作為學(xué)習(xí)對象，內(nèi)容包括AI的基礎(chǔ)知識、基本技能及其對社會的影響等。,用AI學(xué)習(xí),(Learn with AI),學(xué)生把AI技術(shù)與工具作為學(xué)習(xí)工具，主要包括用AI來處理信息。,從AI學(xué)習(xí),(Learn from AI),教師把AI作為一種輔助的教學(xué)工具來輔助教學(xué)、輔助測試、輔助備課、管理教學(xué)等工作。,AI的教育應(yīng)用之類型從應(yīng)用對象看，“計算機(jī)的教育應(yīng)用”包括（,5,智能教學(xué)系統(tǒng)及其發(fā)展,AI,在教育中的主流應(yīng)用,人工智能的教育應(yīng)用,智能教學(xué)系統(tǒng)及其發(fā)展 AI在教育中的主流應(yīng)用人工智,6,智能教學(xué)系統(tǒng)及其特征,智能教學(xué)系統(tǒng),是借助人工智能技術(shù)，讓計算機(jī)扮演教師的角色實(shí)施個別化教學(xué)，向不同需求不同特征的學(xué)習(xí)者傳授知識、提供指導(dǎo)的一種適應(yīng)性學(xué)習(xí)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(xué)系統(tǒng)的特征：,能了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,能進(jìn)行有針對性的教學(xué),可以用自然語言交互,學(xué)生模型,教師模型,智能接口,智能教學(xué)系統(tǒng)及其特征智能教學(xué)系統(tǒng)是借助人工智能技術(shù)，讓計算機(jī),7,ITS系統(tǒng)的組成,教師模型,相當(dāng)于,專家系統(tǒng),的推理機(jī),ITS,也稱為,教學(xué)專家系統(tǒng),ITS系統(tǒng)的組成教師模型相當(dāng)于專家系統(tǒng)的推理機(jī)ITS 也稱為,8,ITS,的國際研討會,屆,時間,地點(diǎn),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,Montreal,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(diǎn)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(gòu),8,5,6,6,10,5,40,著作系統(tǒng),4,2,6,3,6,8,29,學(xué)生模型,11,6,6,6,4,10,43,教學(xué)策略,8,7,5,6,5,31,協(xié)作學(xué)習(xí),0,7,5,3,6,21,認(rèn)知模型,6,5,3,3,17,教學(xué)評價,4,3,25,8,44,教學(xué)代理,5,9,10,3,27,自然語言對話和分布式學(xué)習(xí)環(huán)境,12,9,11,12,11,55,智能遠(yuǎn)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(shí)例：,ADELE,作者：美國南加利福尼亞大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院,功能：臨床醫(yī)學(xué)診斷的教學(xué),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(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)。,基于病例的臨床診斷：,系統(tǒng)向?qū)W生提供某一特殊的醫(yī)學(xué)條件和病例，讓學(xué)生通過練習(xí)和ADELE系統(tǒng)適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)來學(xué)習(xí)臨床醫(yī)學(xué)知識。,ADELE,Agent for Distance Education,Light Edition,ITS實(shí)例：ADELE作者：美國南加利福尼亞大學(xué)信息科學(xué)學(xué),11,ITS實(shí)例：,ZZ智能教學(xué)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(xué)等多個軟件。,基本功能:,能夠進(jìn)行智能解題、人機(jī)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(xué)教材圖書目錄。,ITS實(shí)例：ZZ智能教學(xué)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：,智能代理,代理（Agent）,一種具有智能的實(shí)體,它具有自主性、反應(yīng)性、適應(yīng)性和社會性等基本特性。,教師代理,運(yùn)用自身的推理機(jī)制，在了解學(xué)生實(shí)際情況的前提下，產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略。,學(xué)生代理,充當(dāng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)伙伴或知心朋友，與學(xué)習(xí)者進(jìn)行平等的討論、交流。,實(shí)現(xiàn)智能化信息服務(wù),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(xué)習(xí)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(wù):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(dǎo)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。,具有較強(qiáng)的聯(lián)想能力，能根據(jù)對需求的大致描述找到有關(guān)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(qiáng)的知識獲取能力，并具有自學(xué)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(diǎn)：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(wù):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(xué)跨學(xué)科信息科學(xué)研究所所長）,現(xiàn)代社會最能被預(yù)見到的特質(zhì)就是它的不可預(yù)見性。,杜德斯達(dá)（美國密西根大學(xué)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(xué)習(xí)理論的應(yīng)用,將現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論用于ITS，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，為學(xué)生建構(gòu)知識提供有效的信息，滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求。,智能代理技術(shù)的應(yīng)用,智能代理技術(shù)是由各種技術(shù)支撐著的，許多實(shí)用的應(yīng)用特性的集合，系統(tǒng)正是利用這些特性來擴(kuò)展并達(dá)到能自動執(zhí)行用戶委托任務(wù)的目的。,自然語言處理技術(shù)的應(yīng)用,通過自然語言人機(jī)接口更加方便地進(jìn)行人機(jī)交互；實(shí)現(xiàn)知識點(diǎn)之間的層次關(guān)系和復(fù)雜的語義聯(lián)系；技術(shù)實(shí)現(xiàn)知識的查找和利用；進(jìn)行跨語種的知識學(xué)習(xí)。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是多媒體技術(shù)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(yàn)，來達(dá)到演示、操作的教學(xué)目的，也為增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐提供了方便、高效的途徑。,ITS的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論的應(yīng)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(yīng)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(xué)習(xí)領(lǐng)域,科目,必修學(xué)分,選修I學(xué)分,選修II學(xué)分,語言與文學(xué),語文,10,國家為滿足學(xué)生的興趣、愛好和未來發(fā)展的需要，在共同必修的基礎(chǔ)上，各科課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置若干選修模塊，供學(xué)生選擇,。,學(xué)校根據(jù)當(dāng)?shù)厣鐣?、?jīng)濟(jì)、科技、文化以及自身?xiàng)l件開設(shè)，供學(xué)生選擇。,外語,10,數(shù)學(xué),數(shù)學(xué),10,人文與社會,政治,8,歷史,6,地理,6,科學(xué),物理,6,化學(xué),6,生物,6,技術(shù),信息技術(shù),4,通用技術(shù),4,藝術(shù),藝術(shù)或,音樂、美術(shù),6,體育與健康,體育與健康,11,綜合,實(shí)踐活動,研究性學(xué)習(xí),15,社區(qū)服務(wù),2,社會實(shí)踐,6,普通高中新課程概況,學(xué)習(xí)領(lǐng)域科目必修學(xué)分選修I學(xué)分選修II學(xué)分語言與文學(xué)語文10,18,多媒體技術(shù)應(yīng)用,算法與程序設(shè)計,數(shù)據(jù)管理技術(shù),網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用,人工智能初步,信息技術(shù)基礎(chǔ),高中信息技術(shù) 新課程的構(gòu)成,必修,（,2學(xué)分）:,選修,(2+X學(xué)分):,信息獲取,信息加工與表達(dá),信息資源管理,信息技術(shù)與社會,1 2 3 4 5,數(shù)據(jù)管理技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用 人工智能初步 信息技術(shù)基礎(chǔ)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(gòu)化問題的傳統(tǒng),程序算法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),求解非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化問題的人工智能,程序知識推理,體驗(yàn)人類專家解決復(fù)雜問題的思路，提高學(xué)生的邏輯思維能力,Jonassen認(rèn)為：那些自行設(shè)計專家系統(tǒng)的學(xué)生將會在這種活動中受益匪淺，因?yàn)檫@是一個對所學(xué)知識進(jìn)行深度加工的過程。,了解信息技術(shù)發(fā)展的前沿，激發(fā)對信息技術(shù)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(jī)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(jī)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(xué)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 初識人工智能張劍平主,21,機(jī)器人教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng),人工智能的教育應(yīng)用,機(jī)器人教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)人工智能的教育應(yīng)用,22,機(jī)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(qiáng)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(dān)更錯綜復(fù)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(xué)校課外活動的載體,教育機(jī)器人課外活動的形式：,課外興趣小組,各種機(jī)器人競賽,作為基礎(chǔ)教育課程的載體,機(jī)器人的教育價值作為家庭的益智玩具,23,機(jī)器人教學(xué)的基本目標(biāo),（供討論）,知識與技能,了解機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)用等方面的基本知識；具備開展機(jī)器人活動的基本能力。,過程與方法,能夠規(guī)劃、拼裝簡易機(jī)器人、進(jìn)行相應(yīng)程序編寫,能進(jìn)行機(jī)器人的使用和維護(hù)。,態(tài)度、情感與價值觀,培養(yǎng)對人工智能技術(shù)的興趣；認(rèn)識到智能機(jī)器人對社會進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用；有應(yīng)用機(jī)器人、參加機(jī)器人競技活動的意識。,機(jī)器人教學(xué)的基本目標(biāo)（供討論）知識與技能,24,機(jī)器人教育現(xiàn)狀3：,教育機(jī)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(jī)器人,深圳市諾博特智能科技有限公司,2,能力風(fēng)暴機(jī)器人,上海廣茂達(dá),