打造更通用的智能学习环境

### 打造更通用的智能学习环境 #### 1. 现有智能教学系统（ITS）的局限性 目前，没有一个现有的单一 ITS 能够智能地执行上述列出的多项活动。这一缺陷有其现实原因，现有的“单一用途” ITS 是传统 ITS 开发方法的自然结果。按照这种方法，开发一个能支持两到三种不同活动的 ITS，研发时间会翻倍甚至增至三倍，很少有 ITS 研究小组或开发者能承担这样的工作量。同时，ITS 要发挥作用，就必须支持教师或/和学生工作的合理部分，否则使用一个新系统的好处远不及安装和学习它的负担。 #### 2. 基于组件架构的解决方案 Brusilovsky 提出可以通过一种新的 ITS 开发方法和基于可重用交互组件的新架构来解决这个问题。在这种基于组件的架构下，通过在其他上下文中重用现有组件，只需付出最小的努力就能为 ITS 添加新功能。Ritter 和 Koedinger 提出了一种有前景的基于组件的架构，这种架构已应用于多个基于组件的 ITS 的开发。 #### 3. Java 代数辅导系统 Java 代数辅导系统是实用代数辅导系统（PAT）的一个变体，它帮助学生解决由一两个线性方程描述的文字问题。学生通过完成描述问题情境的电子表格和图表，以及求解相关方程来解决问题。该系统鼓励主动实践学习，学生在过程中的任何步骤都可以请求提示，系统会立即对每个学生的操作给出反馈。目前，Java 代数辅导系统仅实现了系统的电子表格部分。 PAT 包含一个能够解决学生所面临问题的专家系统。当学生采取步骤完成问题时，辅导系统会判断这些步骤是否与它所遵循的解决方案一致。如果不一致，系统会检查该步骤是否符合常见错误（或“漏洞”），并提供针对该错误的指导。此外，辅导系统会持续评估学生的进度，每个专家系统规则代表学生解决问题所需掌握的一项技能，系统会为每个学生维护其掌握该技能的概率，并通过“技能计”以图形方式显示，让学生了解自己在课程各组成技能上的进展。 Java 代数辅导系统包含专家系统规则的编译版本，它直接匹配学生输入并沿预定路径分支，提供了更快的响应时间和更低的内存需求，同时保留了模型跟踪系统的全部行为，从用户角度看，与原系统没有区别。 #### 4. 问题解决技能教学中的示例呈现 尽管 Java 代数辅导系统为学生的问题解决活动提供了支持，但对其初步使用情况的研究表明，需要为该活动提供更具体的陈述性支持。这在通过万维网提供教学时尤为重要，因为通过网络访问辅导系统的学生没有教师或其他学生指导他们处理新问题类型，而且学生更可能在课程中跳跃学习，对同一格式的多个问题练习较少。这些学生觉得在没有太多指导的情况下直接进入问题解决情境很乏味。 为提供一些陈述性指导，有人开发了代数在线辅导系统与通过 InterBook 提供的陈述性指导之间的链接。然而，通过 InterBook 添加陈述性指导只是向更灵活地呈现领域知识迈出的一步，下一步显然是让学生能够使用解决问题所需的工具，跟随完整的问题解决示例，理想情况下，这些示例应根据每个学生的技能水平进行个性化定制。 学习掌握一项技能的信息有三种基本方法：从陈述性信息中学习、通过实践学习和通过示例学习。这些学习方法可能涉及不同的认知机制，并且相互补充，可能构成复杂技能的不同组成部分。一个有效的辅导系统（无论是人类还是计算机）应综合应用这三种方法。 虽然心理学文献中关于通过示例学习的研究越来越多，但在 ITS 领域，通过示例学习的方法受到的关注相对较少。ITS 研究人员承认示例学习在问题解决中的作用，但现有 ITS 很少支持这种方法，即使有提供示例的系统，也通常让学生独自探索示例，没有系统能根据学生的个体能力提供逐步示例。 #### 5. PAT - Java 中的示例呈现 为了在 PAT - Java 中添加示例呈现功能，开发了一个小型示例呈现模块，该模块主要通过与现有组件（如辅导系统和电子表格）通信来履行职责。当学生选择学习示例时，会出现一个小对话框，模块通过它与学生交互。 学生选择要接收示例解决方案的问题后，按下“下一步”按钮。每个示例步骤由两个子步骤组成： 1. **第一步**：系统为学生准备下一步，突出显示下一个要填充的单元格，并告知学生该步骤应输入的内容。这些信息通过 Java 代数辅导系统中用于显示所有帮助文本的现有界面组件（帮助窗口）呈现，该窗口包含两个按钮“>>>”和