人工智能和教育課件

人工智能和教育1人工智能和教育1內(nèi)容提要1人工智能與教育的關(guān)系—?dú)v史回顧和哲學(xué)思考 1.1教育

1.2自然智能 1.3人工智能和人工智能科學(xué) 1.4人工智能和教育的關(guān)系2人工智能研究領(lǐng)域和最新進(jìn)展3人工智能在教育中的應(yīng)用:一些典型案例介紹和分析4關(guān)于計(jì)算機(jī)和人工智能作用的一些典型討論

4.1計(jì)算機(jī)能夠取代教師嗎？

4.2計(jì)算機(jī)會(huì)讓學(xué)生變得愚蠢或者聰明嗎？5CSIEC—一個(gè)智能型網(wǎng)絡(luò)英語(yǔ)聊天機(jī)器人的研制和在英語(yǔ)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用實(shí)踐 5.1理論和實(shí)踐價(jià)值 5.2理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 5.3應(yīng)用領(lǐng)域2內(nèi)容提要1人工智能與教育的關(guān)系—?dú)v史回顧和哲學(xué)思考21人工智能與教育的關(guān)系—

歷史回顧和哲學(xué)思考1．1教育 教育作為一個(gè)名詞，是指一個(gè)由人和物所組成的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)或者指這個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的變化過(guò)程。在這個(gè)系統(tǒng)中，必須有一個(gè)人是受教育者。所謂的受教育者是指他（她）的(自然)智能在這個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中得到提高的人。換句話說(shuō)，教育是一個(gè)受教育者的智能得到提高的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)或者指受教育者在這個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的智能得到提高的過(guò)程。這個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)必須包括受教育者，也可以包括教育者。教育者是指幫助受教育者提高智能的人。31人工智能與教育的關(guān)系—

歷史回顧和哲學(xué)思考1．1教

一般教學(xué)系統(tǒng)包括：教育者受教育者教學(xué)媒體教學(xué)內(nèi)容或者材料教學(xué)方法與理論教學(xué)系統(tǒng)的工作效率可以用這樣一個(gè)公式來(lái)表示：教育效率=該系統(tǒng)中所有受教育者的智能的提高程度總和/ （該系統(tǒng)所耗費(fèi)的教育者的人力資源總和+ 該系統(tǒng)所耗費(fèi)的自然資源總和+ 該系統(tǒng)所耗費(fèi)的時(shí)間）如果我們強(qiáng)調(diào)或者研究受教育者，這個(gè)過(guò)程就是學(xué)（Study,Learning）。如果我們強(qiáng)調(diào)教育者，這個(gè)過(guò)程就是教(Teaching,Instruction)。

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一般教學(xué)系統(tǒng)包括：41.2自然智能人類的自然智能就是人類具有的智力和行為能力。別的生物（動(dòng)物和植物）也有自己的一定程度的自然智能，比如螞蟻的群體合作能力。根據(jù)[張仰森P.5],人類的自然智能包括感知能力、記憶能力、思維能力、行為能力和語(yǔ)言能力幾個(gè)方面。51.2自然智能人類的自然智能就是人類具有的智力和行為能力。1.3人工智能和人工智能科學(xué)傳統(tǒng)意義上，人工智能就是用人工的方法在機(jī)器（包括計(jì)算機(jī)）上實(shí)現(xiàn)的智能；或者說(shuō)就是人們使用機(jī)器模擬人類和其它生物的智能,包括感知能力、記憶能力、思維能力、行為能力、語(yǔ)言能力。由于人工智能是在機(jī)器上實(shí)現(xiàn)的，因此又稱為機(jī)器智能。廣義上講，智能理解為解決問(wèn)題的能力，人工指任何人工形成的，可以達(dá)到解決問(wèn)題目標(biāo)的方法。所以說(shuō)人工智能并不簡(jiǎn)單意味著對(duì)人類問(wèn)題解決方法的模擬，而是指可以用來(lái)改善問(wèn)題解決的任何合理的方法。61.3人工智能和人工智能科學(xué)傳統(tǒng)意義上，人工智能就是用人工1.4人工智能和教育的關(guān)系從上面的對(duì)人工智能科學(xué)和教育這兩個(gè)概念的分析可以看出來(lái)，人工智能就是研究讓計(jì)算機(jī)接受教育、提高智能的科學(xué)技術(shù)。AI的研究成果又反過(guò)來(lái)應(yīng)用到我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，并可以改進(jìn)我們的生活。比如，應(yīng)用到教育過(guò)程中，促進(jìn)教育的工作效率（減少教師的數(shù)量和工作時(shí)間、甚至直接提高受教育者的智能）。還可以產(chǎn)生新的教學(xué)模式。如網(wǎng)上學(xué)習(xí)共同體，合作學(xué)習(xí)等。人工智能以及人工智能科學(xué)從1956年誕生起，其研究和應(yīng)用領(lǐng)域就與教育緊密相關(guān)。71.4人工智能和教育的關(guān)系從上面的對(duì)人工智能科學(xué)和教育這兩人工智能和教育的區(qū)別人類的教育是漸進(jìn)的，連續(xù)變化的，逐步完善的；（目前的）人工智能是突變的，一次賦予的。教育的成果是不可復(fù)制的，即同一個(gè)教學(xué)系統(tǒng)中不可能產(chǎn)生兩個(gè)完全相同的受教育者；人工智能的成果是可以復(fù)制的，可以重復(fù)出現(xiàn)的。教育是社會(huì)性的，（目前的）人工智能主要是面向單個(gè)機(jī)器的。8人工智能和教育的區(qū)別人類的教育是漸進(jìn)的，連續(xù)變化的，逐步完善2人工智能研究領(lǐng)域和最新進(jìn)展人工智能要模擬人類和其它生物的智能,包括感知能力、記憶能力、思維能力、行為能力、語(yǔ)言能力。當(dāng)然這些能力是密切相關(guān)，不可截然分開的。不過(guò)對(duì)于某一方面的特別關(guān)注，產(chǎn)生了人工智能的主要的一些研究領(lǐng)域。比如，對(duì)感知能力和行為能力的模仿促進(jìn)了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展；對(duì)記憶和思維能力的模仿促進(jìn)了知識(shí)工程、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展；對(duì)語(yǔ)言能力的研究和模仿促進(jìn)了自然語(yǔ)言處理技術(shù)的發(fā)展；等等。 半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人工智能的各個(gè)領(lǐng)域都實(shí)現(xiàn)了很大突破，雖然離人們的期待還相差很遠(yuǎn)。比如，著名的數(shù)學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)的奠基人圖靈在1950年的COMPUTINGMACHINERYANDINTELLIGENCE曾經(jīng)斗膽預(yù)言，到20世紀(jì)末計(jì)算機(jī)就會(huì)通過(guò)圖靈測(cè)試。但事實(shí)上呢？我們可以看一下1994年開始的年度LOEBNER競(jìng)賽的對(duì)話結(jié)果，就知道現(xiàn)在人工智能技術(shù)、特別是自然語(yǔ)言處理技術(shù)的突破多么有限了。

92人工智能研究領(lǐng)域和最新進(jìn)展人工智能要模擬人類和其它生物研究領(lǐng)域知識(shí)工程：如何從現(xiàn)實(shí)世界獲取知識(shí)、如何將已有知識(shí)在計(jì)算機(jī)中合理表示、如何運(yùn)用這些知識(shí)進(jìn)行推理機(jī)器學(xué)習(xí)：如何使用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類學(xué)習(xí)活動(dòng)自然語(yǔ)言處理：理解（聽(tīng)懂、看懂）和產(chǎn)生自然語(yǔ)言專家系統(tǒng)：模擬人類專家求解問(wèn)題的思維過(guò)程，解決某一領(lǐng)域的各種問(wèn)題。機(jī)器人技術(shù)：模仿人類/動(dòng)物的感知和行為能力人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：用硬件（如電路）和算法來(lái)模擬大腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。問(wèn)題求解：?jiǎn)栴}表示空間、搜索策略、規(guī)約策略。典型的是下棋程序。AGENT技術(shù)：分布式人工智能，模仿人在社會(huì)環(huán)境中的行為：反應(yīng)性、自治性、社交能力、自發(fā)行為。10研究領(lǐng)域知識(shí)工程：如何從現(xiàn)實(shí)世界獲取知識(shí)、如何將已有知識(shí)在計(jì)最新進(jìn)展國(guó)際象棋人機(jī)大戰(zhàn)：

1997DEEPBLUEvsKasparov=3.5:2.5/deepblue/SONY機(jī)器人:打太極拳、跳舞、家用/SonyInfo/QRIO/動(dòng)畫和游戲制作：中科院“天鵝”系統(tǒng)全過(guò)程計(jì)算機(jī)輔助動(dòng)畫制作手寫體識(shí)別：漢王系統(tǒng)

/語(yǔ)音識(shí)別和合成：IBM和MICROSOFT的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)搜索技術(shù)和社會(huì)性軟件：GOOGLE、BLOG等11最新進(jìn)展國(guó)際象棋人機(jī)大戰(zhàn)：

1997DEEPBLUEv3人工智能在教育中的應(yīng)用:一些典型案例介紹和分析人工智能原理和技術(shù)從誕生起就應(yīng)用于教育，其產(chǎn)品通常稱作智能指導(dǎo)系統(tǒng)ITS或者智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)ICAI。 ICAI系統(tǒng)可以采用多種形式。從根本上講，它是在保證學(xué)生和程序靈活性的方式下，應(yīng)用人工智能原理和技術(shù)，組織安排教學(xué)系統(tǒng)的各種成分。它并不是根據(jù)預(yù)先輸入的問(wèn)題、預(yù)先想到的解答、預(yù)先指定的分支等進(jìn)行工作，而是根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)積累的知識(shí)而工作。它的一般工作準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)，是依賴本身的知識(shí)結(jié)構(gòu)和近期活動(dòng)事件，如學(xué)生回答的歷史記錄。許多ICAI系統(tǒng)都具有這樣的重要特點(diǎn)，即能夠?qū)崿F(xiàn)與學(xué)生的自然語(yǔ)言對(duì)話。123人工智能在教育中的應(yīng)用:一些典型案例介紹和分析人工智案例SCHOLAR:1970南美洲地理學(xué)習(xí)WHY：1977學(xué)習(xí)降雨的原因和復(fù)雜的地球物理學(xué)過(guò)程SOPHIE：1975反應(yīng)性的學(xué)習(xí)環(huán)境BUGGY：1979解釋了學(xué)生的錯(cuò)誤原因GUIDON：1980教授醫(yī)學(xué)診斷方法EXCHECK：1982證明檢驗(yàn)系統(tǒng)MAIS：1984適應(yīng)性教學(xué)系統(tǒng)，圍繞學(xué)習(xí)、記憶和認(rèn)知PHONEPASS：1996英語(yǔ)聽(tīng)力和口語(yǔ)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)CSIEC：2003英語(yǔ)對(duì)話系統(tǒng)13案例SCHOLAR:1970南美洲地理學(xué)習(xí)13學(xué)生模型（個(gè)性化學(xué)習(xí)）個(gè)性化學(xué)習(xí)中個(gè)性（如學(xué)習(xí)習(xí)慣和特性）的識(shí)別，可以通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如：Jia-JiunnLo,Pai-ChuanShu.Identificationoflearningstylesonlinebyobservinglearner’sbrowsingbehaviorthroughaneuralnetwork.BritishJournalofEducationalTechnology,Vol.36No.12005,P.43-55.上文中引用的論文也提供了相似的案例。如Castellanoet.2001,Mullier1999.1.GeoffreyI.Webb,MichaelJ.PazzaniandDanielBillsus.MachineLearningforUserModeling，UserModelingandUser-AdaptedInteraction，Volume11,Issue1-2，2001.P.19–29。VictoriaTsiriga,MariaVirvou.AFrameworkfortheInitializationofStudentModelsinWeb-basedIntelligentTutoringSystems.UserModelingandUser-AdaptedInteraction,Volume14Issue4.August2004.P.289–316.14學(xué)生模型（個(gè)性化學(xué)習(xí)）個(gè)性化學(xué)習(xí)中個(gè)性（如學(xué)習(xí)習(xí)慣和特性）的4關(guān)于計(jì)算機(jī)和人工智能作用的一些典型討論4.1計(jì)算機(jī)能夠取代教師嗎？教師的功能包括知識(shí)表達(dá)知識(shí)傳授布置作業(yè)和學(xué)習(xí)成績(jī)檢查釋疑解惑激發(fā)興趣因材施教如果計(jì)算機(jī)想取代教師的功能，則必須具備自然語(yǔ)言理解和生成的能力和個(gè)性化教學(xué)的能力154關(guān)于計(jì)算機(jī)和人工智能作用的一些典型討論4.1計(jì)算機(jī)能4.2計(jì)算機(jī)會(huì)讓學(xué)生變得愚蠢或者聰明嗎？流行的看法：計(jì)算機(jī)在教學(xué)中的使用會(huì)促進(jìn)學(xué)生成績(jī)的提高和智能的增長(zhǎng)？反對(duì)意見(jiàn)：學(xué)校和家庭中計(jì)算機(jī)的使用具有負(fù)面影響。德國(guó)10月份以來(lái)的媒體和教育界正在熱烈地討論IFO（慕尼黑經(jīng)濟(jì)研究所）的一個(gè)研究報(bào)告：學(xué)校中計(jì)算機(jī)的使用具有負(fù)面影響。IFO2005年10月4日?qǐng)?bào)告摘要：慕尼黑經(jīng)濟(jì)研究所的研究人員對(duì)國(guó)際PISA數(shù)據(jù)的大量分析表明，家用計(jì)算機(jī)的普及和學(xué)校中計(jì)算機(jī)的廣泛使用，不僅不會(huì)帶來(lái)PISA中可以測(cè)試出來(lái)的好的學(xué)生表現(xiàn)，反而和較差的成績(jī)相關(guān)。（背景：2000和2003年P(guān)ISA測(cè)試中德國(guó)學(xué)生的表現(xiàn)均不佳）。這份報(bào)告一出爐，就引起了媒體和教育界的廣泛關(guān)注。著名的南德意志報(bào)、鏡報(bào)等紛紛發(fā)表文章，指責(zé)計(jì)算機(jī)使得學(xué)生愚笨了。IFO教育專家LudgerW??mannandThomasFuchs分析指出：如果計(jì)算機(jī)用于教育目的，則會(huì)提高學(xué)生成績(jī)；如果被用來(lái)玩游戲，則產(chǎn)生負(fù)面影響。計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用應(yīng)當(dāng)充分體現(xiàn)在個(gè)性化教育上。僅僅有計(jì)算機(jī)硬件是不夠的，更需要的是他們?cè)诮虒W(xué)上（特別是個(gè)性化教學(xué)）的有效利用。這些恰恰是人工智能的研究領(lǐng)域。媒體教育專家GabiReinmann強(qiáng)調(diào)：計(jì)算機(jī)與學(xué)科教學(xué)整合的重要性。164.2計(jì)算機(jī)會(huì)讓學(xué)生變得愚蠢或者聰明嗎？流行的看法：計(jì)5CSIEC—一個(gè)智能型網(wǎng)絡(luò)英語(yǔ)聊天機(jī)器人在英語(yǔ)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用5.1理論和實(shí)踐價(jià)值如[穆肅]所述，在現(xiàn)實(shí)的外語(yǔ)教學(xué)過(guò)程中，依靠傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師不可能保證在課堂上與眾多的學(xué)生進(jìn)行個(gè)別的、長(zhǎng)時(shí)間的、高頻率的語(yǔ)言應(yīng)用練習(xí)，因此我們有必要借用現(xiàn)代信息技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)智能聊天技術(shù)就是已經(jīng)采用的一種方法。建構(gòu)主義的一句名言就是：“做中學(xué)，學(xué)中做”。所以語(yǔ)境對(duì)于英語(yǔ)學(xué)習(xí)至關(guān)重要。175CSIEC—一個(gè)智能型網(wǎng)絡(luò)英語(yǔ)聊天機(jī)器人在英語(yǔ)學(xué)習(xí)中的應(yīng)作者應(yīng)用國(guó)外一個(gè)典型的聊天系統(tǒng)為用戶提供英語(yǔ)模擬語(yǔ)境，在2002年做了兩個(gè)月的試驗(yàn)，結(jié)果及簡(jiǎn)單分析見(jiàn)文章。應(yīng)用結(jié)果不令人滿意,原因是僅僅使用了簡(jiǎn)單的模式匹配方法，相當(dāng)于兒童的語(yǔ)言學(xué)習(xí)階段。但是用戶對(duì)該系統(tǒng)的熱烈反應(yīng)卻激發(fā)了作者進(jìn)一步開發(fā)一個(gè)新的英語(yǔ)聊天系統(tǒng)的強(qiáng)烈愿望。18作者應(yīng)用國(guó)外一個(gè)典型的聊天系統(tǒng)為用戶提供英語(yǔ)模擬語(yǔ)境，在20人類自然語(yǔ)言理解的三個(gè)層次和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)：教育角度的思考第一個(gè)層次是不假思索的直接反應(yīng)。學(xué)前兒童的從家庭和社會(huì)的語(yǔ)言習(xí)得可能就是通過(guò)這種方式。很多計(jì)算機(jī)程序模擬這個(gè)層次的自然語(yǔ)言理解。一個(gè)最早和最典型的系統(tǒng)是20世紀(jì)60年代Weizenbaum的ELIZA。目前一個(gè)應(yīng)用很廣的系統(tǒng)是ALICEBOT，即[穆肅]中的AICHATBOT。第二個(gè)層次是語(yǔ)言的語(yǔ)法和語(yǔ)義分析。一個(gè)人從小學(xué)到中學(xué)、大學(xué)的語(yǔ)文課程學(xué)習(xí)的就是這個(gè)層次的語(yǔ)言理解和處理能力.在這個(gè)層次的一個(gè)較早的典型的計(jì)算機(jī)程序是20世紀(jì)70年代Winograd的"SHRDLU".第三個(gè)層次是社會(huì)環(huán)境下的人與人的語(yǔ)言交流。這種語(yǔ)言交流依賴于雙方對(duì)話人的個(gè)性、文化教育背景和話語(yǔ)環(huán)境等因素。并不是所有的成年人能夠成功地駕御這種交流，所以這個(gè)層次的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并不多見(jiàn)。19人類自然語(yǔ)言理解的三個(gè)層次和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)：教育角度的5.2理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)框架理論基礎(chǔ):Chomsky語(yǔ)法體系Frege句子分解和組合原理Wittgenstein(語(yǔ)言)分析哲學(xué)Habermas交往行為理論框架組成成分:NLML,NLOMJ,NLDB,WorldModel,CR。測(cè)試語(yǔ)言：英語(yǔ)。完整的英語(yǔ)語(yǔ)法和詞匯應(yīng)用技術(shù)：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，C/S模型，語(yǔ)音合成技術(shù)205.2理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)框架理論基礎(chǔ):205.3 CSIEC在英語(yǔ)學(xué)習(xí)的應(yīng)用領(lǐng)域語(yǔ)法檢查

如果在輸入語(yǔ)句中有任何錯(cuò)誤拼寫或者語(yǔ)法錯(cuò)誤，系統(tǒng)都會(huì)檢測(cè)出來(lái)，提示用戶檢查并修改。當(dāng)然出于對(duì)學(xué)習(xí)者的考慮，這些錯(cuò)誤最好由用戶自己發(fā)現(xiàn)并修改。句子分析器

系統(tǒng)能夠分析任意的英語(yǔ)表達(dá)式并給出語(yǔ)法解釋。聊天伙伴

這個(gè)系統(tǒng)的交流性反應(yīng)功能可以給英語(yǔ)學(xué)習(xí)者提供一種聊天的語(yǔ)境。這種實(shí)時(shí)交流的語(yǔ)境對(duì)于語(yǔ)言學(xué)習(xí)至關(guān)重要。面對(duì)著這個(gè)虛擬的聊天機(jī)器人，學(xué)習(xí)者可能會(huì)更加自信。更重要的是，用戶可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與這個(gè)聊天伙伴就任何話題進(jìn)行聊天。這種功能不是一般的常人能夠做到的。聽(tīng)力訓(xùn)練

系統(tǒng)的語(yǔ)音合成功能可以給用戶提供一個(gè)鍛煉聽(tīng)力和提高理解能力的機(jī)會(huì)。215.3 CSIEC在英語(yǔ)學(xué)習(xí)的應(yīng)用領(lǐng)域21參考文獻(xiàn)：JiyouJia,Mensch-Computer-KommunikationmitnatuerlicherSpracheinComputerstuetztenLehr-undLernsystemen:ProblemeundLoesungen.CuvillierVerlagGoettingen,Germany.Nov.2004.ISBN3-86537-273-2.JiyouJia,TheStudyoftheApplicationofaWeb-BasedChatbotSystemontheTeachingofForeignLanguages.ProceedingsofSITE04,Atlanta,USA.P.1201-1207.JiyouJia,CSIEC(ComputerSimulatorinEducationalCommunication):AVirtualContext-AdaptiveChattingPartnerforForeignLanguageLearners(inEnglish).InProceedingsofICALT04(InternationalConferenceonAdvancedLearningTechnologybyIEEEComputerSociety,Joensuu,Finland)IEEEPress,USA.Sept.2004,P.690-692.穆肅，智能聊天系統(tǒng)及其教學(xué)應(yīng)用，外語(yǔ)電化教學(xué)。2003年第5期，第58-61頁(yè)。ThomasDean,JamesAllen,YiannisAloimonos著，顧國(guó)昌等譯，人工智能--理論與實(shí)踐(ArtificialIntelligence:TheoryandPractice)，電子工業(yè)出版社，2004。ISBN:7-120-00049-7。JamesAllen著，劉群等譯，自然語(yǔ)言理解(NaturalLanguageUnderstanding)，電子工業(yè)出版社，2005。ISBN:7-121-00755-X?？藙谒?邁因策爾著，曾國(guó)屏譯，復(fù)雜性中的思維（THINKINGINCOMPLEXITY）,中央編譯出版社,1999年?；蛞?jiàn)于/read/zj/zx/f/fzxz/,或者/books2003/cnread1/xsll/m/maiyinceer/fzxz，等等，2005年8月30日。羅伯特加涅主編，張杰夫主譯,教育技術(shù)學(xué)基礎(chǔ),教育科學(xué)出版社，1992。ISBN:7-5041-0956-8。陸汝鈐主編,世紀(jì)之交的知識(shí)工程與知識(shí)科學(xué),清華大學(xué)出版社，2001。ISBN:7-302-04475-9．張仰森,人工智能原理與應(yīng)用，高等教育出版社，2004。ISBN:7-04-014238-4．/jpkc/rengongzhineng/index.htm,2005年1月20日.,2005年1月20日./jpkc/data/index.html,2005年1月20日.22參考文獻(xiàn)：22人工智能和教育23人工智能和教育1內(nèi)容提要1人工智能與教育的關(guān)系—?dú)v史回顧和哲學(xué)思考 1.1教育

1.2自然智能 1.3人工智能和人工智能科學(xué) 1.4人工智能和教育的關(guān)系2人工智能研究領(lǐng)域和最新進(jìn)展3人工智能在教育中的應(yīng)用:一些典型案例介紹和分析4關(guān)于計(jì)算機(jī)和人工智能作用的一些典型討論

4.1計(jì)算機(jī)能夠取代教師嗎？

4.2計(jì)算機(jī)會(huì)讓學(xué)生變得愚蠢或者聰明嗎？5CSIEC—一個(gè)智能型網(wǎng)絡(luò)英語(yǔ)聊天機(jī)器人的研制和在英語(yǔ)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用實(shí)踐 5.1理論和實(shí)踐價(jià)值 5.2理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 5.3應(yīng)用領(lǐng)域24內(nèi)容提要1人工智能與教育的關(guān)系—?dú)v史回顧和哲學(xué)思考21人工智能與教育的關(guān)系—

歷史回顧和哲學(xué)思考1．1教育 教育作為一個(gè)名詞，是指一個(gè)由人和物所組成的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)或者指這個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的變化過(guò)程。在這個(gè)系統(tǒng)中，必須有一個(gè)人是受教育者。所謂的受教育者是指他（她）的(自然)智能在這個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中得到提高的人。換句話說(shuō)，教育是一個(gè)受教育者的智能得到提高的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)或者指受教育者在這個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的智能得到提高的過(guò)程。這個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)必須包括受教育者，也可以包括教育者。教育者是指幫助受教育者提高智能的人。251人工智能與教育的關(guān)系—

歷史回顧和哲學(xué)思考1．1教

一般教學(xué)系統(tǒng)包括：教育者受教育者教學(xué)媒體教學(xué)內(nèi)容或者材料教學(xué)方法與理論教學(xué)系統(tǒng)的工作效率可以用這樣一個(gè)公式來(lái)表示：教育效率=該系統(tǒng)中所有受教育者的智能的提高程度總和/ （該系統(tǒng)所耗費(fèi)的教育者的人力資源總和+ 該系統(tǒng)所耗費(fèi)的自然資源總和+ 該系統(tǒng)所耗費(fèi)的時(shí)間）如果我們強(qiáng)調(diào)或者研究受教育者，這個(gè)過(guò)程就是學(xué)（Study,Learning）。如果我們強(qiáng)調(diào)教育者，這個(gè)過(guò)程就是教(Teaching,Instruction)。

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一般教學(xué)系統(tǒng)包括：41.2自然智能人類的自然智能就是人類具有的智力和行為能力。別的生物（動(dòng)物和植物）也有自己的一定程度的自然智能，比如螞蟻的群體合作能力。根據(jù)[張仰森P.5],人類的自然智能包括感知能力、記憶能力、思維能力、行為能力和語(yǔ)言能力幾個(gè)方面。271.2自然智能人類的自然智能就是人類具有的智力和行為能力。1.3人工智能和人工智能科學(xué)傳統(tǒng)意義上，人工智能就是用人工的方法在機(jī)器（包括計(jì)算機(jī)）上實(shí)現(xiàn)的智能；或者說(shuō)就是人們使用機(jī)器模擬人類和其它生物的智能,包括感知能力、記憶能力、思維能力、行為能力、語(yǔ)言能力。由于人工智能是在機(jī)器上實(shí)現(xiàn)的，因此又稱為機(jī)器智能。廣義上講，智能理解為解決問(wèn)題的能力，人工指任何人工形成的，可以達(dá)到解決問(wèn)題目標(biāo)的方法。所以說(shuō)人工智能并不簡(jiǎn)單意味著對(duì)人類問(wèn)題解決方法的模擬，而是指可以用來(lái)改善問(wèn)題解決的任何合理的方法。281.3人工智能和人工智能科學(xué)傳統(tǒng)意義上，人工智能就是用人工1.4人工智能和教育的關(guān)系從上面的對(duì)人工智能科學(xué)和教育這兩個(gè)概念的分析可以看出來(lái)，人工智能就是研究讓計(jì)算機(jī)接受教育、提高智能的科學(xué)技術(shù)。AI的研究成果又反過(guò)來(lái)應(yīng)用到我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，并可以改進(jìn)我們的生活。比如，應(yīng)用到教育過(guò)程中，促進(jìn)教育的工作效率（減少教師的數(shù)量和工作時(shí)間、甚至直接提高受教育者的智能）。還可以產(chǎn)生新的教學(xué)模式。如網(wǎng)上學(xué)習(xí)共同體，合作學(xué)習(xí)等。人工智能以及人工智能科學(xué)從1956年誕生起，其研究和應(yīng)用領(lǐng)域就與教育緊密相關(guān)。291.4人工智能和教育的關(guān)系從上面的對(duì)人工智能科學(xué)和教育這兩人工智能和教育的區(qū)別人類的教育是漸進(jìn)的，連續(xù)變化的，逐步完善的；（目前的）人工智能是突變的，一次賦予的。教育的成果是不可復(fù)制的，即同一個(gè)教學(xué)系統(tǒng)中不可能產(chǎn)生兩個(gè)完全相同的受教育者；人工智能的成果是可以復(fù)制的，可以重復(fù)出現(xiàn)的。教育是社會(huì)性的，（目前的）人工智能主要是面向單個(gè)機(jī)器的。30人工智能和教育的區(qū)別人類的教育是漸進(jìn)的，連續(xù)變化的，逐步完善2人工智能研究領(lǐng)域和最新進(jìn)展人工智能要模擬人類和其它生物的智能,包括感知能力、記憶能力、思維能力、行為能力、語(yǔ)言能力。當(dāng)然這些能力是密切相關(guān)，不可截然分開的。不過(guò)對(duì)于某一方面的特別關(guān)注，產(chǎn)生了人工智能的主要的一些研究領(lǐng)域。比如，對(duì)感知能力和行為能力的模仿促進(jìn)了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展；對(duì)記憶和思維能力的模仿促進(jìn)了知識(shí)工程、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展；對(duì)語(yǔ)言能力的研究和模仿促進(jìn)了自然語(yǔ)言處理技術(shù)的發(fā)展；等等。 半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人工智能的各個(gè)領(lǐng)域都實(shí)現(xiàn)了很大突破，雖然離人們的期待還相差很遠(yuǎn)。比如，著名的數(shù)學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)的奠基人圖靈在1950年的COMPUTINGMACHINERYANDINTELLIGENCE曾經(jīng)斗膽預(yù)言，到20世紀(jì)末計(jì)算機(jī)就會(huì)通過(guò)圖靈測(cè)試。但事實(shí)上呢？我們可以看一下1994年開始的年度LOEBNER競(jìng)賽的對(duì)話結(jié)果，就知道現(xiàn)在人工智能技術(shù)、特別是自然語(yǔ)言處理技術(shù)的突破多么有限了。

312人工智能研究領(lǐng)域和最新進(jìn)展人工智能要模擬人類和其它生物研究領(lǐng)域知識(shí)工程：如何從現(xiàn)實(shí)世界獲取知識(shí)、如何將已有知識(shí)在計(jì)算機(jī)中合理表示、如何運(yùn)用這些知識(shí)進(jìn)行推理機(jī)器學(xué)習(xí)：如何使用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類學(xué)習(xí)活動(dòng)自然語(yǔ)言處理：理解（聽(tīng)懂、看懂）和產(chǎn)生自然語(yǔ)言專家系統(tǒng)：模擬人類專家求解問(wèn)題的思維過(guò)程，解決某一領(lǐng)域的各種問(wèn)題。機(jī)器人技術(shù)：模仿人類/動(dòng)物的感知和行為能力人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：用硬件（如電路）和算法來(lái)模擬大腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。問(wèn)題求解：?jiǎn)栴}表示空間、搜索策略、規(guī)約策略。典型的是下棋程序。AGENT技術(shù)：分布式人工智能，模仿人在社會(huì)環(huán)境中的行為：反應(yīng)性、自治性、社交能力、自發(fā)行為。32研究領(lǐng)域知識(shí)工程：如何從現(xiàn)實(shí)世界獲取知識(shí)、如何將已有知識(shí)在計(jì)最新進(jìn)展國(guó)際象棋人機(jī)大戰(zhàn)：

1997DEEPBLUEvsKasparov=3.5:2.5/deepblue/SONY機(jī)器人:打太極拳、跳舞、家用/SonyInfo/QRIO/動(dòng)畫和游戲制作：中科院“天鵝”系統(tǒng)全過(guò)程計(jì)算機(jī)輔助動(dòng)畫制作手寫體識(shí)別：漢王系統(tǒng)

/語(yǔ)音識(shí)別和合成：IBM和MICROSOFT的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)搜索技術(shù)和社會(huì)性軟件：GOOGLE、BLOG等33最新進(jìn)展國(guó)際象棋人機(jī)大戰(zhàn)：

1997DEEPBLUEv3人工智能在教育中的應(yīng)用:一些典型案例介紹和分析人工智能原理和技術(shù)從誕生起就應(yīng)用于教育，其產(chǎn)品通常稱作智能指導(dǎo)系統(tǒng)ITS或者智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)ICAI。 ICAI系統(tǒng)可以采用多種形式。從根本上講，它是在保證學(xué)生和程序靈活性的方式下，應(yīng)用人工智能原理和技術(shù)，組織安排教學(xué)系統(tǒng)的各種成分。它并不是根據(jù)預(yù)先輸入的問(wèn)題、預(yù)先想到的解答、預(yù)先指定的分支等進(jìn)行工作，而是根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)積累的知識(shí)而工作。它的一般工作準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)，是依賴本身的知識(shí)結(jié)構(gòu)和近期活動(dòng)事件，如學(xué)生回答的歷史記錄。許多ICAI系統(tǒng)都具有這樣的重要特點(diǎn)，即能夠?qū)崿F(xiàn)與學(xué)生的自然語(yǔ)言對(duì)話。343人工智能在教育中的應(yīng)用:一些典型案例介紹和分析人工智案例SCHOLAR:1970南美洲地理學(xué)習(xí)WHY：1977學(xué)習(xí)降雨的原因和復(fù)雜的地球物理學(xué)過(guò)程SOPHIE：1975反應(yīng)性的學(xué)習(xí)環(huán)境BUGGY：1979解釋了學(xué)生的錯(cuò)誤原因GUIDON：1980教授醫(yī)學(xué)診斷方法EXCHECK：1982證明檢驗(yàn)系統(tǒng)MAIS：1984適應(yīng)性教學(xué)系統(tǒng)，圍繞學(xué)習(xí)、記憶和認(rèn)知PHONEPASS：1996英語(yǔ)聽(tīng)力和口語(yǔ)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)CSIEC：2003英語(yǔ)對(duì)話系統(tǒng)35案例SCHOLAR:1970南美洲地理學(xué)習(xí)13學(xué)生模型（個(gè)性化學(xué)習(xí)）個(gè)性化學(xué)習(xí)中個(gè)性（如學(xué)習(xí)習(xí)慣和特性）的識(shí)別，可以通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如：Jia-JiunnLo,Pai-ChuanShu.Identificationoflearningstylesonlinebyobservinglearner’sbrowsingbehaviorthroughaneuralnetwork.BritishJournalofEducationalTechnology,Vol.36No.12005,P.43-55.上文中引用的論文也提供了相似的案例。如Castellanoet.2001,Mullier1999.1.GeoffreyI.Webb,MichaelJ.PazzaniandDanielBillsus.MachineLearningforUserModeling，UserModelingandUser-AdaptedInteraction，Volume11,Issue1-2，2001.P.19–29。VictoriaTsiriga,MariaVirvou.AFrameworkfortheInitializationofStudentModelsinWeb-basedIntelligentTutoringSystems.UserModelingandUser-AdaptedInteraction,Volume14Issue4.August2004.P.289–316.36學(xué)生模型（個(gè)性化學(xué)習(xí)）個(gè)性化學(xué)習(xí)中個(gè)性（如學(xué)習(xí)習(xí)慣和特性）的4關(guān)于計(jì)算機(jī)和人工智能作用的一些典型討論4.1計(jì)算機(jī)能夠取代教師嗎？教師的功能包括知識(shí)表達(dá)知識(shí)傳授布置作業(yè)和學(xué)習(xí)成績(jī)檢查釋疑解惑激發(fā)興趣因材施教如果計(jì)算機(jī)想取代教師的功能，則必須具備自然語(yǔ)言理解和生成的能力和個(gè)性化教學(xué)的能力374關(guān)于計(jì)算機(jī)和人工智能作用的一些典型討論4.1計(jì)算機(jī)能4.2計(jì)算機(jī)會(huì)讓學(xué)生變得愚蠢或者聰明嗎？流行的看法：計(jì)算機(jī)在教學(xué)中的使用會(huì)促進(jìn)學(xué)生成績(jī)的提高和智能的增長(zhǎng)？反對(duì)意見(jiàn)：學(xué)校和家庭中計(jì)算機(jī)的使用具有負(fù)面影響。德國(guó)10月份以來(lái)的媒體和教育界正在熱烈地討論IFO（慕尼黑經(jīng)濟(jì)研究所）的一個(gè)研究報(bào)告：學(xué)校中計(jì)算機(jī)的使用具有負(fù)面影響。IFO2005年10月4日?qǐng)?bào)告摘要：慕尼黑經(jīng)濟(jì)研究所的研究人員對(duì)國(guó)際PISA數(shù)據(jù)的大量分析表明，家用計(jì)算機(jī)的普及和學(xué)校中計(jì)算機(jī)的廣泛使用，不僅不會(huì)帶來(lái)PISA中可以測(cè)試出來(lái)的好的學(xué)生表現(xiàn)，反而和較差的成績(jī)相關(guān)。（背景：2000和2003年P(guān)ISA測(cè)試中德國(guó)學(xué)生的表現(xiàn)均不佳）。這份報(bào)告一出爐，就引起了媒體和教育界的廣泛關(guān)注。著名的南德意志報(bào)、鏡報(bào)等紛紛發(fā)表文章，指責(zé)計(jì)算機(jī)使得學(xué)生愚笨了。IFO教育專家LudgerW??mannandThomasFuchs分析指出：如果計(jì)算機(jī)用于教育目的，則會(huì)提高學(xué)生成績(jī)；如果被用來(lái)玩游戲，則產(chǎn)生負(fù)面影響。計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用應(yīng)當(dāng)充分體現(xiàn)在個(gè)性化教育上。僅僅有計(jì)算機(jī)硬件是不夠的，更需要的是他們?cè)诮虒W(xué)上（特別是個(gè)性化教學(xué)）的有效利用。這些恰恰是人工智能的研究領(lǐng)域。媒體教育專家GabiReinmann強(qiáng)調(diào)：計(jì)算機(jī)與學(xué)科教學(xué)整合的重要性。384.2計(jì)算機(jī)會(huì)讓學(xué)生變得愚蠢或者聰明嗎？流行的看法：計(jì)5CSIEC—一個(gè)智能型網(wǎng)絡(luò)英語(yǔ)聊天機(jī)器人在英語(yǔ)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用5.1理論和實(shí)踐價(jià)值如[穆肅]所述，在現(xiàn)實(shí)的外語(yǔ)教學(xué)過(guò)程中，依靠傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師不可能保證在課堂上與眾多的學(xué)生進(jìn)行個(gè)別的、長(zhǎng)時(shí)間的、高頻率的語(yǔ)言應(yīng)用練習(xí)，因此我們有必要借用現(xiàn)代信息技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)智能聊天技術(shù)就是已經(jīng)采用的一種方法。建構(gòu)主義的一句名言就是：“做中學(xué)，學(xué)中做”。所以語(yǔ)境對(duì)于英語(yǔ)學(xué)習(xí)至關(guān)重要。395CSIEC—一個(gè)智能型網(wǎng)絡(luò)英語(yǔ)聊天機(jī)器人在英語(yǔ)學(xué)習(xí)中的應(yīng)作者應(yīng)用國(guó)外一個(gè)典型的聊天系統(tǒng)為用戶提供英語(yǔ)模擬語(yǔ)境，在2002年做了兩個(gè)月的試驗(yàn)，結(jié)果及簡(jiǎn)單分析見(jiàn)文章。應(yīng)用結(jié)果不令人滿意,原因是僅僅使用了簡(jiǎn)單的模式匹配方法，相當(dāng)于兒童的語(yǔ)言學(xué)習(xí)階段。但是用戶對(duì)該系統(tǒng)的熱烈反應(yīng)卻激發(fā)了作者進(jìn)一步開發(fā)一個(gè)新的英語(yǔ)聊天系統(tǒng)的強(qiáng)烈愿望。40作者應(yīng)用國(guó)外一個(gè)典型的聊天系統(tǒng)為用戶提供英語(yǔ)模擬語(yǔ)境，在20人類自然語(yǔ)言理解的三個(gè)層次和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)：教育角度的思考第一個(gè)層次是不假思索的直接反應(yīng)。學(xué)前兒童的從家庭和社會(huì)的語(yǔ)言習(xí)得可能就是通過(guò)這種方式。很多計(jì)算機(jī)程序模擬這個(gè)層次的自然語(yǔ)言理解。一個(gè)最早和最典型的系統(tǒng)是20世紀(jì)60年代Weizenbaum的ELIZA。目前一個(gè)應(yīng)用很廣的系統(tǒng)是ALICEBOT，即[穆肅]中的AICHATBOT。第二個(gè)層次是語(yǔ)言的語(yǔ)法和語(yǔ)義分析。一個(gè)人從小學(xué)到中學(xué)、大學(xué)的語(yǔ)文課程學(xué)習(xí)的就是這個(gè)層次的語(yǔ)言理解和處理能力.在這個(gè)層次的一個(gè)較早的典型的計(jì)算機(jī)程序是20世紀(jì)70年代Winograd的"SHRDLU".第三個(gè)層次是社會(huì)環(huán)境下的人與人的語(yǔ)言交流。這種語(yǔ)言交流依賴于雙方對(duì)話人的個(gè)性、文化教育背景和話語(yǔ)環(huán)境等因素。并不是所有的成年人能夠成功地駕御這種交流，所以這個(gè)層次的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并不多見(jiàn)。41人類自然語(yǔ)言理解的三個(gè)層次和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)：教育角度的5.2理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)框架理論基礎(chǔ):Chomsky語(yǔ)法體系Frege句子分解和組合原理Wittgenstein(語(yǔ)言)分析哲學(xué)Habermas交往行為理論框架組成成分:NLML,NLOMJ,NLDB,WorldModel,CR。測(cè)試語(yǔ)言：英語(yǔ)。完整的英語(yǔ)語(yǔ)法和詞匯應(yīng)用技術(shù)：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，C/S模型，語(yǔ)音合成技術(shù)425.2理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)框架理論基礎(chǔ):205.3 CSIEC在英語(yǔ)學(xué)習(xí)的應(yīng)用領(lǐng)域語(yǔ)法檢查

如果在輸入語(yǔ)句中有任何錯(cuò)誤拼寫或者語(yǔ)法錯(cuò)誤，系統(tǒng)都會(huì)檢測(cè)出來(lái)，提示用戶檢查并修改。當(dāng)然出于對(duì)學(xué)習(xí)者的考慮，這些錯(cuò)誤最好由用戶自己發(fā)現(xiàn)并修改。句子分析器

系統(tǒng)能夠分析任意的英語(yǔ)表達(dá)式并給出語(yǔ)法解釋。聊天伙伴

這個(gè)系統(tǒng)的交流性反應(yīng)功能可以給英語(yǔ)學(xué)習(xí)者提供一種聊天的語(yǔ)境。這種實(shí)時(shí)交流的語(yǔ)境對(duì)于語(yǔ)言學(xué)習(xí)至關(guān)重要。面對(duì)著這個(gè)虛擬的聊天機(jī)器人，學(xué)習(xí)者可能會(huì)更加自信。更重要的是，用戶可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)