智能辅导系统中的学生建模方法解析

### SQL-Tutor与贝叶斯学生建模的实用方法 #### 1. SQL-Tutor系统概述 SQL-Tutor是一个基于约束的建模（CBM）的SQL编程智能辅导系统，它支持概念学习、问题解决和元学习三种学习方式。该系统的工作流程如下： 1. **学生提交解决方案**：学生针对问题给出自己的SQL查询解决方案。 2. **约束网络匹配**：系统先将学生的解决方案通过相关性网络，找出相关的约束，再通过满意度网络对这些相关约束进行检查。 3. **识别违规约束**：确定所有被违反的约束，并相应地更新学生模型。 4. **生成反馈消息**：教学模块（PM）根据学生模型生成适当的反馈消息，反馈分为五个级别，信息内容逐渐增加： - **正负反馈**：告知学生解决方案是否正确，若错误则说明有多少个约束被违反。 - **错误标记**：告知学生错误发生的子句。 - **提示**：提供更多关于错误原因的信息。 - **部分解决方案**：显示有问题子句的正确内容。 - **完整解决方案**：显示当前问题的正确解决方案。 5. **选择新问题**：当当前问题解决或学生需要新问题时，教学模块根据学生模型选择合适的问题。 #### 2. SQL-Tutor的界面设计 SQL-Tutor的界面主要分为三个区域，为学生解决问题提供了多方面的支持： - **上部区域**：显示正在解决的问题文本，方便学生随时查看查询所需的元素。 - **中部区域**：包含SQL SELECT语句的子句，可视化目标结构，学生无需记忆确切的关键字和子句的相对顺序。 - **下部区域**：显示当前选择的数据库的模式，包括模式名称、表的描述，主键属性名加下划线并显示为蓝色，外键属性显示为红色。 此外，用户可以询问数据库、表、属性或SQL元素的描述，减轻了学生检查低级语法的认知负担，使其能够专注于高级查询定义问题。 #### 3. SQL-Tutor中的学生建模 SQL-Tutor采用基于约束的建模（CBM）方法进行学生建模，原因如下： - **自然语言处理难题**：数据库查询通常以自然语言给出，但当前自然语言处理技术难以处理查询中的各种问题，如引用和同义词。 - **知识模糊性**：编写SQL查询所需的知识非常模糊，开发问题解决器很困难。 - **CBM的优势**：CBM不需要问题解决器，通过模式匹配进行学生建模，计算效率高。 SQL-Tutor的约束分为两类，分别处理SQL语法和查询语义，当前约束库包含392个约束，通过分析领域知识和对比正确与错误解决方案获得。每个约束有唯一编号、相关性和满意度条件、适用问题列表、错误消息和关注的子句。 例如，一个简单的约束示例： ```lisp (p 3 "FROM is a mandatory clause - specify the tables to retrieve data from." t (not (null (slot-value ss ’from))) "FROM") ``` 一个复杂的约束示例（约束22）： ```lisp (p 22 "If the BETWEEN operator is used in a search condition, t ```