The design and development of an intelligent tutoring system
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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 :

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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

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Presentation Transcript


The design and development of an intelligent tutoring system

The Design and Development ofanIntelligent 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


The design and development of an intelligent tutoring system

  • 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


The design and development of an intelligent tutoring system

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).


The design and development of an intelligent tutoring system

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


The design and development of an intelligent tutoring system

  • 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.


The design and development of an intelligent tutoring system

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

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

教師的輔助工具

傳統電腦輔助教學軟件

模擬性教學軟件, 網上學習

資訊科技如何達到教與學的目的

建構主義

識知理論


The design and development of an intelligent tutoring system

教師的輔助工具

識知理論

建構主義


The design and development of an intelligent tutoring system

建構主義

識知理論

人工智能與資訊科技教學

人工智能

操練必須熟習部份

自由探索

ICAI,ITS

智能電腦教學軟件, 教學系統

CAI

電腦輔助軟件

Agent

代理人


The design and development of an intelligent tutoring system

教師如何輔助,改錯

教師如何教授

智能教學軟件與識知心理學


The design and development of an intelligent tutoring system

理想中的

理想中的

電腦教師

電腦教師

因應學生的程度,

如學生學習過程

興趣,將內容以適

中產生錯誤,能

當的節奏,方式傳

夠指出所犯錯誤

授給學生.

,並協助改正.

為何犯錯

如何改正


The design and development of an intelligent tutoring system

智能教學軟件

知識如何學習,貯藏,提取

教學能力是什麼?

學生犯錯的原因

Analyzing


The design and development of an intelligent tutoring system

Intelligent Tutoring System

智能教學軟件

電腦

科學

識知心

理學

ITS

科目知識


The design and development of an intelligent tutoring system

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.


The design and development of an intelligent tutoring system

人機介面:

的設計

學生的可

能錯誤

正確的

學科知識

電腦知識與人

類知識互換

教師如何協助學

生改錯的知識

學生功課錯誤,紀錄, 統計,分析

電腦知識

人類知識

電子

家課

如何分辨練習題目的深淺


The design and development of an intelligent tutoring system

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電子家課的使用過程

教師輸入家課題目

貯入磁碟

分派給學生

ElectronicHomework

電子家課


The design and development of an intelligent tutoring system

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:

學生在家裏在電腦導師的指導下做功課


The design and development of an intelligent tutoring system

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.


The design and development of an intelligent tutoring system

學生家課記錄


The design and development of an intelligent tutoring system

No.

1

2

學生犯錯報告

Ss made this

Errors

error

1;3

log(A+B)=log A + log B

log(AB)=(log A)*B

2;4


The design and development of an intelligent tutoring system

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.


The design and development of an intelligent tutoring system

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.


The design and development of an intelligent tutoring system

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 (Conceptual 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.


The design and development of an intelligent tutoring system

EH

電子家課的組成部份

電腦導師

教師助手

題目排列模塊

解題模塊

專家模組

即時提示模塊

學生模組

診斷模塊

家課評分模塊

教導模組

輔導模塊

學生錯誤模塊

傳意模組

人機介面


The design and development of an intelligent tutoring system

EH

所用電腦語言

Visual Basic:

Interface

Amzi Prolog:

Inference


The design and development of an intelligent tutoring system

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.


The design and development of an intelligent tutoring system

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


The design and development of an intelligent tutoring system

  • 將來的網上教學:

  • 電子導師

  • 電子同學


The design and development of an intelligent tutoring system

系統展示


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例子


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