计算机辅助教学

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计算机辅助教学www.shan-machinery.com基于人工智能的计算机辅助教学

【摘 要】计算机辅助教学的实际需要应用人工智能技术及复杂的程序,如自然语言理解、知识表示、推理方法等,一些人工智能技术的特殊应用成果,同时以及理论证明等均被应用于计算机辅助教学系统,以提高其智能性和实用性。早期绝大多数计算机辅助教学技术被应用于建立学习模块。这种方法能控制调练策略并给出适合学生的学习内容。【关键词】人工智能 计算机辅助教学 教学与控制一、人工智能的定义人工智能也称机器智能,它是计算机科学、控制论、神经生理学、心理学、语言学等多种学科互相渗透而发展起来的一门综合性学科。从计算机应用系统角度来看,人工智能是研究如何制造出智能机器或智能系统,实现模拟人类智能活动的能力,以延伸人们智能的科学。人工智能是一门交叉科学,逐渐形成一门涉及心理学、认知科学、思维可循、信息科学、系统科学和生物学科等多学科的综合性技术学科。二、计算辅助教学体系和现状计算救助教学是利用多媒体计算机的功能与特点,利用计算机辅助教师完成各个教学环节,并通过与计算机之间的交互活动,激发学生的学习积极性和主动性,帮助学生更有效地学习。实用计算机辅助教学,有利于认识主体作用的发挥,它所提供的图像、声音、动画等信息由利于学生知识的获得与保持,达到提高教学教学的目的。目前为止,所实用的绝大多数传统以及理论证明等均被应用于计算机辅助教学系统,以提高其智能性和实用性。早期绝大多数计算机辅助教学将全部教学信息以编程方式预置于课件中,这样的以及理论证明等均被应用于计算机辅助教学系统,以提高其智能性和实用性。因此现有的以及理论证明等均被应用于计算机辅助教学系统,以提高其智能性和实用性。早期绝大多数计算机辅助教学系统面临许多挑战,它主要存在以下几个方面的问题。1.计算机辅助教学系统的闭塞性不具有开放性是目前以及理论证明等均被应用于计算机辅助教学系统,以提高其智能性和实用性。其弊端在于固定内容的局限性使课件的适用面狭窄,而且设定的运行路线使授课缺乏自主性;授课的针对性不强;无法利用新出现的资源在较高起点上进行二次开发。2.智能性的欠缺现有的计算机智能辅助课件系统不能对不同何曾度的学生进行有针对性的教育,学生的学习是被动的,不能由系统自动提供助学信息而使学生有选择地学习。。3.人机交互能力较弱现有计算机智能辅助大多以光盘作为信息的载体,将材料中的内容以多媒体的形式展现出来,教学信息是按预置的教学流程机械式地提供给学者,学习者使用计算机智能辅助课件学习是完全被动的。4.教师与学生的互动在教学中的缺乏现有计算机智能辅助课件在学生自学以及进行操作使用时,如何学习都是学生自己的事。教师不能全完了解学习者的情况,学生在蹦到问题时不能向教师求教,师生之间互相封闭,谈不上师生互动,因此课件所起的效果大打折扣。5.课程特点没有突出各门课程在教学上有不同的要求,但现有课件对于这些不同要求完全不予理会。例如很多课程都要涉及到大量的曲线或曲面,对有些课程来说,将这些曲线或曲面给出了一个简单的展示就足够了,而有些课程这样的展示不能达到教学目的的要求。6.教学计划的欠缺在课件的开发过程中实际上离不开教学策略的设计,但课件的制作者往往并未意识到这一点。例如:现有的绝大多数课件都是单一的展播式,这样的可见制作“精美”,但它不可逆、不能互动。实际上运用课件教学只是手段而不是目的,应该在教学设计理论的指导下讲求课件的实效性,着眼点在于学生学习新知识、掌握新技术、培养各种能力有帮助,而不是表面上的制作“精美”。综上所述,现有的计算机智能辅助存在许多问题,随着新技术的不断出现,这些问题将使计算机智能辅助越来越不能适应新的要求。因此以智能计算机智能辅助为代表的心的计算机辅助教学系统将成为教育技术上需要不断探求、努力实现的发展方向。三、智能计算机辅助教学系统智能计算机辅助教学系统(Intelligent ComputerAided Instruction),简称ICAI。教学过程是一个复杂的教与学的思维过程,它需要教师以专门知识和经验为依据,经过吸取、讲解、推理、示例、综合等多个步骤才能较好地完成。计算机辅助教学实际上是一个由计算机系统辅助教师进行教学以及学生进行学习并得以实现的系统。在智能ICAI中,教学思想、方法、学习内容可用知识形式表示,如何解决知识的形式化表示以及知识的访问与调用问题,是人工智能的核心技术之一,也是将ICAI引入教育技术领域中所要面临的一个问题。知识库是实现知识推理与专家系统的基础,可以用知识库作为智能ICAI的构建环境。在知识库中,教学内容等的有关知识可以用事实与规则表示,并存储于知识库内,教学与学习过程既是对知识库中知识进行推理,并最终得出所需结果的过程。ICAI系统的一般包括以下几个模块:1.知识库。知识库是关于教学内容的模块,解决“教什么”问题。知识库中的教学内容有待于教学与控制模块和学生模块进行选取、调用。2.学生模块。学生模块是用于记录学生的学习情况,对学生学习的各个环节信息进行搜集,以便系统对学生的学习情况进行自动评估,提出具有针对性的学习建议和个别化的辅导。学生模块描述学生对教学内容理解、掌握的程度,系统可以根据学生模块的具体情况调整教学策略并提供适当的反馈。3.用户接口模块。这是系统与用户交流的界面。整个系统依靠用户接口模块把教学内容呈现给用户、接受用户输入的信息、并向用户提供反馈。4.教学与控制模块。这是教学过程与整个系统的控制模块,涉及到“如何教”的问题。它具有领域知识、教学策略和人机对话等方面的知识。根据学生模型提供的学生学习情况,通过智能系统的搜索与推理,得出智能化的教学方法与教学策略,能够较科学地评估学生的学习水平,可以通过分析学生以往的学习兴趣和学习习惯,预测学生的知识需求和常犯错误,动态地将不同的学习内容、学习方法与不同的学生匹配,智能地分析学生错误的原因进而针对地提出合理的教学建议、学习建议以及改进方法。新世纪的教学将是以智能化的ICAI为主线,是多学科、多方位发展的新技术的体现。随着人工智能技术的发展、计算机辅助教学的成效将更加明显。参考文献:[1]王万森.人工之恩那个原理及其应用.电子工业出版社,2007-3-4.[2]李东.人工智能技术发展概述和应用.可编程控制器与工厂自动化,2006-6-9.更多计算机与外设信息请关注:21ic计算机与外设频道

时间:2012-08-20关键词:人工智能计算机辅助教学

计算机辅助教学在医学形态学科中的应用

摘要:就计算机辅助教学在解剖学、组织学、病理学、微生物学中的教学应用进行探讨,论述了计算机辅助教学在医学形态学科中理论教学、实验教学及考试中的应用。关键词:医学;形态学科;CAI计算机辅助教学(CAI)系统是以计算机系统作为媒体,以人机交互方式向学生传播相应的教学内容以达到预期教学目标的一种教学手段。这项技术为传统教学注入了新的生机,为教学改革和跨世纪医学人才的培养提供了一个全新的思想和理念,开创了教育、教学新格局[1]。医学基础课程中诸多的形态学科,如解剖学、组织学、病理学、微生物学等,在传统的教学中需用挂图、标本、光学显微镜等工具进行辅助教学,但这些工具占有空间大,难以保管,易耗损,且教学效果是平面的。随着计算机技术的迅猛发展,CAI应运而生,已被越来越多地应用于医学形态学科的各种教学活动中。与传统的课堂教学相比,CAI有如下的优势:①利用视听等媒体,可将传统的课堂教学中难以表达的抽象过程、抽象概念和大型实验通过图形、图像技术直观、形象、立体、动态地表现出来,尤其对一些动态过程的演示,有助于学生对教学内容的理解。②CAI课件在程序的控制下具有对学生反应作出反馈的能力,教师能根据学生掌握知识的情况,随时调整进度,重复或跳过某段内容,根据学生的学习情况,选择学习的起点,按学生认为最适当的方式和进度进行学习。学生在操作中通过人机对话进行自我学习、自我检查、自我评价、复习补漏、安排学习进度,从而使不同水平、不同层次的学生都可得到帮助和提高,真正做到因材施教[2]。③变“满堂灌”为一人一机直接交流。通过计算机提出问题,分析问题,引导学生遵循教学规律,循序渐进掌握所学内容,通过举一反三使学生建立清晰、完整的概念,变被动学习为主动学习。利用CAI充分调动学生学习的主动性和灵活性,对培养学生的自学能力,改进学习方法,掌握获取知识的技能有着积极的意义。④ CAI的引入,学生可以根据自身爱好、个人的兴趣与特长进行个性化学习。学生通过计算机做习题,达到巩固知识的目的,同时也减轻了教师课后辅导答疑和批改作业的压力,还能使黑板上无法实施的某些教学内容得以顺利完成,从而为高质量教学提供保证一。⑤CAI可以存储大量信息,可实现随时调用和查找有关文献,从而提高学生的综合能力[4]。l CAI在理论教学中的应用1.1 在组织胚胎学教学中的应用传统的组织学与胚胎学教学内容具有结构微细、平面图像、状态静止和局部显示等特点,教师讲解起来费劲,而CAI课件的引入,使得教学内容生动形象,动态的文本、图像、动画、图表、图示等通过人机对话向学生传输知识,从而达到传统课堂教学达不到的效果。CAI将各种适合于组织胚胎学教学的图片、光电镜照片、模式图等等,整理成图片资料,然后将文字稿与图片稿进行有机串联、编排。按教学各章节制作成形象生动的计算机教学课件,从而可节省课堂教学时间,使教师有更多的精力用于讲清、讲透重点难点,提高课堂教学效果[5]。1.2 在医学寄生虫学教学中的应用传统的医学寄生虫学教学模式,主要是教师根据教材内容用图表、标本来讲授寄生虫的形态、生活史、致病作用、实验诊断、流行与防治等知识,这些抽象的基础理论往往使学生感到枯燥乏味,特别是讲到各论时,学生更容易将生活史相似的寄生虫互相混淆,复习时倍感难记,在很大程度上影响了学习效果。而利用多媒体课件进行教学,让学生在接受文字、图像、声音等多种信号刺激的同时,又动用各种感官,做到眼到、耳到、手到、心到,从而提高学生的学习积极性。由于使用CAI课件教学,课堂信息量大,重点突出,教师既能方便地调用各种素材有效地组织教学,又能很方便地帮助学生进行归纳比较。通过CAI教学,学生很容易把握寄生虫学的框架,并能将知识体系进行横向和纵向联系,理顺学习思路_6j。1.3 在病理学教学中的应用在以往的教学中,病理学只能采用挂图、录像、幻灯、标本等方法辅助教学。而利用CAI,则可以采用简要的文字、色彩鲜艳清晰规范的图片,栩栩如生的图像照片,各种真实的运动图像等方式,使病理学中许多枯燥的、单调的、抽象的内容转变为引人人胜的、生动形象的、易学易记的信息,从而有效提高了教学效率,改善了教学环境,节约了教育资源[7]。1.4 在解剖学教学中的应用解剖学是一门重要的形态学科,教学上对形象化要求很高。CAI能解决解剖学教学中内容抽象、复杂,实验标本少,易损坏,标本缺乏整体观等方面的不足。CAI的应用调动了学生的多器官学习,使其学习效率得以提高[8]。应用CAI,将静态的传统教学变为动态直观教学,通过提供交互式的学习环境,而优化教学环境,充分发挥学生学习解剖学的主动性、积极性和创造性,为解剖学教师提供了形象的丰富多彩的表达方式,从而利于解剖教学中的重点和难点突破,提高教学质量[9-10]。2 在医学形态学科实验教学中的应用医学基础课程中有许多形态学科需用光学显微镜观察,如组织学、病理学、微生物学等。通过光学显微镜观察微细结构,要求学生掌握人体IE常组织结构,病理状态的改变,病原体形态特征。这些实验内容繁多,结构微细,肉眼看不到、摸不着,学生在理论学习中感到十分抽象,难以理解,教师教学时也费时费力。通过实验课形象化的教学,可使学生加强理解,深化记忆。但在实验教学中,受到条件限制,形象化一直是一个难点。传统的实验教学,教师利用挂图、幻灯等教具进行讲解,往往在图形上显得生硬、呆板,与学生镜下观察的切片不完全一致,产生两像分离,教学指导性差,使得大多数学生在学习中存在着一定的障碍,往往在显微镜下找不到需要观察的东西,几乎都需要在教师的帮助下才能准确地找到结构。学生实验效率不高,花费很多时间,常常为不能观察到典型结构而感叹——理论与实际相差太远[11]。将CAI引入实验教学,学生在彩色电视机中观察到的图像,均取景于需学生独立观察的切片,不仅直观、逼真、清晰,而且伴有相应的文字说明及详细的讲解录音,从而提高了实验效果。CAI将图像、文字、声音融为一体,使学生通过多种感官获取相关信息,并能独立、准确地找到需要观察的结构。另外,在实验指导过程中,教师要寻找结构、更换物镜、切片等将不可避免地耗费一些时间。采用计算机技术可使操作简单快捷,省去了寻找结构,更换物镜等操作,使实验中的指导时间大大缩短;同时切片图像储存在计算机中,可以随时调用、查看,反复观察、辨析。计算机技术还可丰富实验教学内容,将那些结构相似、容易混淆的器官如输尿管、输精管与输卵管等结构拼放在同一屏幕上,进行图像对比,比较它们的异同,这是传统实验教学手段无法比拟的。这种授课方式表现力强,学生思想集中,兴趣提高,大大强化了学生对知识的理解和记忆[12]。CAI可解决传统医学教育解剖学实习过程中学生多、尸体标本少的矛盾,并且通过循序渐进、层层展开的方法,最大限度地调动学生积极思维,从而提高学生分析问题、解决问题的能力[13]。3 在医学形态学科考试、考核中的应用在解剖标本考试中采用多媒体技术的优点:进行考前辅导时,教师利用课件中形象生动、信息量大的内容,使学生在短时间内能够复习到各大系统的主要和重点内容,从而加深学生对课本上理论知识的理解和记忆,提高学生的学习效果和学习成绩;号试用的标本和模型是经过精心挑选的,减少了标本之间的差异,从而统一了考试标准,因而对每个考生来说,条件都是相同的;节省了标本模型,减少了破损浪费,增强了试题的保密性,便于建立试题库;减轻了劳动强度,提高了工作效率。由于多媒体具有面清晰、色彩逼真、易于剪辑、检索方便等特点,采用此方法进行考试,可以明显地提高考试的可信度和有效度。它出题标准统一,考试时间相等,答案明确一致,避免了评分上的主观因素。同时还可以增减考题数,扩大取样范围,拓宽覆盖面,便于教师多层次、多角度提出问题,从而全面体现教学大纲和教材的要求。在组织胚胎学考试中的应用。多媒体技术能明确表达主考者的意图,可使考核内容更广泛,并可考查一些细微的结构。传统考试中所考的内容仅能用嵌在目镜上的指针指出,指针只能标出方位,而不能标出范围,所以传统考试方法往往不能考查学生必须掌握的一些较精细的结构。而采用计算机技术后,用虚线把所考的部分圈出,这样学生就能明确考题的目标,避免误答,因而能实际反映出学生的知识水平。利用多媒体技术亦可使考核内容更广泛,考试结果更准确。在传统考试进程中如果有学生不小心移动了指针,就可能造成后面的学生误答,从而影响了答题的准确性。采用计算机技术进行组胚实验考试可杜绝这种误差,使考试结果更准确,可比性更强。利用计算机进行组胚实验考试,还可按难易程度进行分类、归档,使考试难易程度易于控制;使各批学生分数可比性更强,考试结果更客观、更准确。参考文献:[1]陶亚萍媒体在医学中的应用[J] 医学信息,1998,11(9):41—42[2]邵少慰,郑恒多媒体组合教学法在病理教学中的应用[J].中国医学教育技术,2001,15(2):114—117[3]马红梅计算机辅助教学在组织胚胎学教学中的应用,四川解剖学杂志,1999,7(3):192—194[4]郑唯强,郑建明,王建军,等教学媒体在病理教学中的设计及使用[J].中国医学教育技术,2000,14(1):44—45

时间:2012-06-27关键词:中的应用形态学计算机辅助教学

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