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The Design and Development of an Intelligent Tutoring System 智能教學軟件 的 設計與發展. 李芳樂. 香港中文大學課程及教學學系. 為什麼要應用資訊科技於教育 現存的資訊科育模式 資訊科技如何達到教與學的目的 人工智能與資訊科技教學 智能教學軟件與識知心理學 電子家課的設計 相關技術 效果與期望. 為什麼要應用資訊科技於教育. 適應個別差異 , 適合作個別教授 , 輔導 電腦輔助教學軟件 個別學習與合作學習 對學生要求的轉變 : - PowerPoint PPT Presentation
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The Design and Development of an Intelligent Tutoring System
智能教學軟件的
設計與發展
李芳樂
香港中文大學課程及教學學系
• 為什麼要應用資訊科技於教育• 現存的資訊科育模式• 資訊科技如何達到教與學的目的• 人工智能與資訊科技教學• 智能教學軟件與識知心理學• 電子家課的設計• 相關技術• 效果與期望
為什麼要應用資訊科技於教育• 適應個別差異 , 適合作個別教授 , 輔導
– 電腦輔助教學軟件– 個別學習與合作學習
• 對學生要求的轉變 : – 資訊發達 , 知識瞬息萬變 , 學生必須具備自學能力 , 解難
能力 , 終身學習的習慣 , 與別人溝通的能力 , 以應付將來的社會 .
– 現存的教育模式並不能提供這種機會• 教師角色的轉變 :
– 網上資源豐富 , 教師再不是主要的知識的主要來源 , 引致角色的改變 , 從知識提供者 (Provider) 轉為 輔助者 (Facilitator).
現存的資訊科育模式• 電腦輔助教學
– 教學工具• 包括 Word, Excel, 數學計算 , 繪圖軟件 , 資源庫 ,
地圖集等• 優點是方便 , 節省時間 , 空間 .
• 缺點是只能作輔助工具 , 須由教師指導才能使用– 模擬軟件
• 模擬真實環境 , 讓學生自由摸索 , 從中學習 .
• 例子包括 SimIsland, 一些物理 , 數學繪圖軟件 (Sketchpad).
• 優點 : 學習更為深入 ; 學生可以在安全環境下探索 .
• 缺點 : 缺乏動機的學生得益不大
• 傳統電腦輔助教學軟件– 電子書本 , 黑板 , 輔以聲光畫及練習 .– 作用是以聲光畫引起學生的學習動機 , 再以
大量的練習以提高學生的成績 .– 缺點為對學生的錯誤不能作出適當的指引 ;
不注重概念的學習 .
資訊科技如何達到教與學的目的
建構主義 識知理論
教師的輔助工具
學習並非單方向的資訊傳遞 , 而是要學生從已有知識基礎上建構新的知識
模擬性教學軟件 , 網上學習
技能習得 skill acquisition: 學習是要將描述性知識片段 declarative knowledge, 經過練習轉變為程序性知識 procedural knowledge
傳統電腦輔助教學軟件
識知理論建構主義
ICAI,ITS
智能電腦教學軟件 , 教學系統
自由探索 操練必須熟習部份
CAI電腦輔助軟件
Agent代理人
人工智能與資訊科技教學
人工智能
智能教學軟件與識知心理學
教師如何教授 教師如何輔助 , 改錯
理想中的電腦教師理想中的電腦教師
因應學生的程度 ,興趣 ,將內容以適當的節奏 ,方式傳授給學生 .
如學生學習過程中產生錯誤 ,能夠指出所犯錯誤,並協助改正 .
為何犯錯 如何改正
智能教學軟件
An
alyz
ing
What can I do for you?
知識如何學習 , 貯藏 , 提取教學能力是什麼 ?
學生犯錯的原因
Intelligent Tutoring System 智能教學軟件
識知心理學
電腦科學
科目知識
ITS
電子家課設計目標
• 電腦補習老師 : 以協助學生解決家課困難 .
• 教師助手 : 協助教師收集 ,評改及紀錄學生的家課 .
電子家課
電腦知識 人類知識
教師如何協助學生改錯的知識
學生的可能錯誤
電腦知識與人類知識互換
人機介面 : 的設計
正確的學科知識
學生功課錯誤 ,紀錄 , 統計 ,分
析如何分辨練習題目的深淺
教師輸入家課題目
電子家課的使用過程
貯入磁碟分派給學生
HomeworkElectronicHomeworkElectronicHomework
Homework
ElectronicHomework
ElectronicHomework Homework Electronic
Homework Electroni cHomework
ElectronicHomework
學生在家裏在電腦導師的指導下做功課
你剛才輸入的這一段 , 由於…
的關係 ,所以有點偏差 , 請參考… ., 下面是一個例子 :
Electronic HomeworkStudent A
Electronic HomeworkStudent B
Electronic HomeworkStudent C
Electronic HomeworkStudent D
Electronic HomeworkStudent E
Electronic HomeworkStudent F
教師用電腦檢核學生家課
學生這次的表現一般還不錯 ,但在這裏稍為差一點 ,我是不是應該在下一課加強一下 .
學生家課記錄
No. NameNo. of Qs.
correctErrors
1 Student 1 7 1
2 Student 2 4 2
3 Student 3 5 1
4 Student 4 6 2
Errors Ss made this error
log(A+B)=log A + log B 1;3
No.
1
2 log(AB)=(log A)*B 2;4
學生犯錯報告
電子家課如何協助教師• 節省評分及改卷的工作• 即時產生的學生表現記錄及錯誤記錄幫
助教師了解個別學生及整體的表現 , 從而改善教學工作 .
電子家課如何協助學生• 將練習題編排 , 由淺入深 , 引發學生的學習
動機 .• 學生個別練習時可以得到即時的診斷及回饋
• 當需要時 , 電腦可即時提供協助 .• 電腦可按學生表現而提供適當的練習• 學生稍有犯錯 , 電腦即時作出提示 . 因此學
生可以避免學到錯誤的概念 .
電子家課背後的研究• 學生錯誤分析
– 測驗 , 面談 ,整理成為 549 誤則 (Mal-rule), 例如 log(2+3)->log2+log3
– 分類歸納成為 5 原誤則 (Primary Mal-rule), 探究原誤則形成的原因
• 協助學生改錯的研究– 根據原誤則的成因 ,加上經驗教師的意見 ,形成一方法 (Conc
eptual Dissonance),– 實驗結果證明比較其他方法較優 ,
• 排序 : 實驗找出影響題目深淺的原因 , 輸入電腦系統 , 預測結果與實驗結果相若 .
解題模塊
家課評分模塊
學生錯誤模塊
專家模組題目排列模塊即時提示模塊診斷模塊
輔導模塊
人機介面
電腦導師教師助手
學生模組教導模組
傳意模組
EH
電子家課的組成部份
所用電腦語言
EHVisual Basic:Interface
Amzi Prolog:Inference
遇到的困難• 當前學習理論未能充份解釋學生犯錯的
原因及如何協助學生改錯• 需要大量人力物力 .
• 學習系統是否有效 ,受很多因素影響 , 要證明系統是否有效 , 並不容易 .
未來發展• 加入聲音 , 圖畫以提高部份學生的學習興趣 .
• 加深學習理論 , 錯誤發生的研究 , 以使改錯部份更有效率 .
• 包含更多的學科領域• 網絡教學
將來的網上教學 :
•電子導師•電子同學
系統展示
例子
771.44771.0771.4
4771.0
602.09542.0602.0
9542.0
301.02
4771.02