CN105303918A - 一种计算机辅助教学专家系统 - Google Patents

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CN105303918A CN201410433890.5A CN201410433890A CN105303918A CN 105303918 A CN105303918 A CN 105303918A CN 201410433890 A CN201410433890 A CN 201410433890A CN 105303918 A CN105303918 A CN 105303918A
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董泽建
刘仰华
刘晓君
梁甜甜
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Abstract

本发明公开了一种计算机辅助教学专家系统，包括人机界面、推理机、综合数据库和专业知识库，综合数据库和专业知识库分别通过推理机与人家界面相连接，人机界面与综合数据库和专业知识库之间设有解释模块，人机界面和专业知识库之间设有知识获取模块，对智能化计算机辅助教学系统研究基础上,采用模式识别、正向规则推理和案例推理方法,提出辅计算机辅助教学系统中专家系统的设计模型。这为计算机辅助教学领域的进一步应用提供了新的启发。

Description

一种计算机辅助教学专家系统
技术领域
本发明涉及领域多媒体教学领域，特别涉及一种计算机辅助教学专家系统。
背景技术
计算机辅助教学是以形象的演示、生动的画面,给学生以耳目一新的感觉,不仅能替代一些传统教学的手段,而且能达到的传统教学无法达到的教学效果。但多年来的发展我们发现,计算机辅助教学还是存在种种弊端,比如在开发辅助教学软件上,教师在运用和学生在学习过程中,都有较大的局限性。
现在的计算机辅助教学系统,全部教学设计理论都是围绕如何"教"而展开,很少涉及学生如何"学"的问题,一般上课时用的课件都是事先根据教学要求而设计确定的,单纯追求直观和生动,忘记了作为主体存在的学生的主动性。制作出来的课件变成了"课件灌",进入一种"人灌+机灌"的新的课堂教学误区。而教师也受到定型情节的课件影响,完全围绕着课件讲课,缺少了师生互动的环节。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种计算机辅助教学专家系统，增加智能性，解决学生现场提出的种种问题以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种计算机辅助教学专家系统，包括人机界面、推理机、综合数据库和专业知识库，综合数据库和专业知识库分别通过推理机与人家界面相连接；
人机界面：系统与教师、设计者及一般用户间的界面,基于C/S的用户管理系统,用于完成输入和输出工作；
推理机：负责模拟领域专家的思维过程,控制并执行对问题的求解；
综合数据库：用于存储相关领域内的初始数据和推理过程中得到的中间信息；
专业知识库：用于存储相关领域内的知识，可以通过输入设备录入相关知识。
优选的，所述人机界面与综合数据库和专业知识库之间设有解释模块；
解释模块：对系统的结论作出解释,回答用户的问题，并将相关信息存储至专业知识库。
优选的，所述人机界面和专业知识库之间设有知识获取模块；
知识获取模块：将知识输入专业到知识库中,并负责维护知识的一致性及完整性。
采用以上技术方案的有益效果是：本发明结构的计算机辅助教学专家系统，辅助教学专家系统的知识主要包括专业知识的理论和相关经验两部分。知识库也分为两部分：产生式规则知识库和情况知识库。将知识库和数据库中涉及到的专业术语、转换为由数字和英文字母组成的代码。这样不仅能知识的输入,而且占用计算机内存小,从而提高了系统的运行速度。另外,代码的规范化也避免了专术语的不一致性以及人为原因引起的输入差错。本系统采用的推理策略以产生式规则的正向推理为主,以案例推理为辅。具体而言,首先根据学生提问的问题在规则知识库中搜索与之匹配的模式,然后据此正向推理出解决方案。推理是边搜索边匹配的过程,如果在推理过程中遇到规则知识库中没有的情况或者学生认为方案不理想时,则启动案例推理,利用知识库中的经验进行参照对比分析,为学生提供问题解决方案。
附图说明
图1是本发明的框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
图1出示本发明的具体实施方式：一种计算机辅助教学专家系统，包括人机界面、推理机、综合数据库和专业知识库，综合数据库和专业知识库分别通过推理机与人家界面相连接；
人机界面：系统与教师、设计者及一般用户间的界面,基于C/S的用户管理系统,用于完成输入和输出工作；
推理机：负责模拟领域专家的思维过程,控制并执行对问题的求解；
综合数据库：用于存储相关领域内的初始数据和推理过程中得到的中间信息；
专业知识库：用于存储相关领域内的知识，可以通过输入设备录入相关知识。
人机界面与综合数据库和专业知识库之间设有解释模块；
解释模块：对系统的结论作出解释,回答用户的问题，并将相关信息存储至专业知识库。
人机界面和专业知识库之间设有知识获取模块；
知识获取模块：将知识输入专业到知识库中,并负责维护知识的一致性及完整性。
将人工智能应用于计算机辅助教学中称为智能计算机辅助教学系统。智能型计算机辅助教学(IntelligentComputerAssistedInstruction,简称ICAI)是将人工智能理论和技术应用于CAI而形成的一种教学专家系统。ICAI系统主要是在知识表示、推理方法和自然语言理解诸方面应用人工智能原理。ICAI系统的构成一般为三个基本模块。一是知识库模块(亦称专家模块),即问题解决专家系统,它包括了系统企图传授给学生的知识,代表了专家的智能活动;二是学生模块,它指明学生知道什么和不知道什么,代表了学生的智能活动;三是教师模型模块(亦称辅导模块),主要是一些辅导策略,它负责指明系统如何向学生呈现教材,代表了教师的智能活动。ICAI系统能够充分调动学生的主动性,并能通过分析推理,对某具体学生做出适合的教学决策,达到因材施教的目的。在实际设计时,由于需要考虑的因素较多,系统比较庞大,同时也依赖于人工智能等技术的发展,因而要建立完善的ICAI还是比较困难的,特别是遇到互动问题的时候,就有点无能为力,因此我们引进人工智能的专家系统来解决这样的问题。
专家系统是一个具有大量专门知识的知识处理系统,它应用人工智能技术,借助专家的专门知识和推理方法,模拟家决策能力,解决只有专家才能解决的复杂问题。
形象思维模型：采用一般模型建立的辅助教学系统断在面对某些复杂、缺乏特异性判别指标以及数学模型本身的问题时,效率非常低。老师回答学生提出的问题是一个面对复杂现场的创造性思维过程,它不是形式化的推理过程,而更需要"直觉"、"顿悟"和"灵感"。在问题求解时,老师通过学生的询问,形成问题的初始映像,再通过形象思维形成待检模式以及假设,然后将此待检模式与标准模式比较,以某种匹配准则,搜索得到问题的解。
计算机辅助教学专家系统的功能定位：如果我们开发的计算机辅助教学系统是以替代老师讲课能定位,但这实际上是不可能的。因为,好的模型是从实际中总结提取出来的,具有普遍适用性,但在处理复杂、多变和动态环境问题时效果并不理想。把解决问题过程简单化、机械化,仅以知识的表示和推理作为核心,是难以对复杂问题进行分析、思考的,甚至有可能将其引导到错误的思路上。
本发明结构的计算机辅助教学专家系统，辅助教学专家系统的知识主要包括专业知识的理论和相关经验两部分。知识库也分为两部分：产生式规则知识库和情况知识库。将知识库和数据库中涉及到的专业术语、转换为由数字和英文字母组成的代码。这样不仅能知识的输入,而且占用计算机内存小,从而提高了系统的运行速度。另外,代码的规范化也避免了专术语的不一致性以及人为原因引起的输入差错。本系统采用的推理策略以产生式规则的正向推理为主,以案例推理为辅。具体而言,首先根据学生提问的问题在规则知识库中搜索与之匹配的模式,然后据此正向推理出解决方案。推理是边搜索边匹配的过程,如果在推理过程中遇到规则知识库中没有的情况或者学生认为方案不理想时,则启动案例推理,利用知识库中的经验进行参照对比分析,为学生提供问题解决方案。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种计算机辅助教学专家系统，其特征在于：包括人机界面、推理机、综合数据库和专业知识库，综合数据库和专业知识库分别通过推理机与人家界面相连接；
人机界面：系统与教师、设计者及一般用户间的界面,基于C/S的用户管理系统,用于完成输入和输出工作；
推理机：负责模拟领域专家的思维过程,控制并执行对问题的求解；
综合数据库：用于存储相关领域内的初始数据和推理过程中得到的中间信息；
专业知识库：用于存储相关领域内的知识，可以通过输入设备录入相关知识。
2.根据权利要求1所述的计算机辅助教学专家系统，其特征在于：所述人机界面与综合数据库和专业知识库之间设有解释模块；
解释模块：对系统的结论作出解释,回答用户的问题，并将相关信息存储至专业知识库。
3.根据权利要求1所述的计算机辅助教学专家系统，其特征在于：所述人机界面和专业知识库之间设有知识获取模块；
知识获取模块：将知识输入专业到知识库中,并负责维护知识的一致性及完整性。
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