基于全信息理論的智能授導(dǎo)系統(tǒng)創(chuàng)作應(yīng)用綜合平臺(tái)研究.pdf

1、教育，是以教育者和受教育者主體之間的信息交互為主要特征的，是人類(lèi)所經(jīng)歷的最復(fù)雜的全信息過(guò)程之一：教學(xué)作為有目的的活動(dòng)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)依賴(lài)于每一次授課對(duì)學(xué)生產(chǎn)生的效用，教師必須觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)過(guò)程，所有與教學(xué)相關(guān)的因素都是關(guān)心的對(duì)象，它們是廣泛而復(fù)雜的。對(duì)于教學(xué)中的復(fù)雜信息處理，機(jī)器智能和人類(lèi)智能都有自身的長(zhǎng)處和短處，本文的目的和意義，在于從智能授導(dǎo)系統(tǒng)創(chuàng)作應(yīng)用綜合平臺(tái)的角度，建立讓它們和諧協(xié)作的全信息機(jī)制。 自從計(jì)

2、算機(jī)出現(xiàn)以來(lái)，智能授導(dǎo)系統(tǒng)就受到持續(xù)而廣泛的研究，正在逐漸進(jìn)入社會(huì)應(yīng)用，但仍有一些深刻的障礙尚未跨越：控制信息結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，不易創(chuàng)作和維護(hù)；和人類(lèi)教師相比，其機(jī)器角色讓它們更難幫助學(xué)生保持良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)。針對(duì)這些挑戰(zhàn)，本文提出了基于全信息理論的智能授導(dǎo)系統(tǒng)創(chuàng)作應(yīng)用綜合平臺(tái)信息架構(gòu)。本文認(rèn)為，智能授導(dǎo)系統(tǒng)創(chuàng)作工具技術(shù)的定位，是智能授導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)在開(kāi)發(fā)模式、功能模式和應(yīng)用模式上的全面延展。創(chuàng)作平臺(tái)為使用它創(chuàng)建的智能授導(dǎo)系統(tǒng)提供了統(tǒng)一基礎(chǔ)信息架

3、構(gòu)，而不僅僅是提供開(kāi)發(fā)和質(zhì)量保障的途徑，創(chuàng)作平臺(tái)為多智能授導(dǎo)系統(tǒng)的協(xié)同服務(wù)提供了基礎(chǔ)，也為基于多智能授導(dǎo)系統(tǒng)協(xié)同服務(wù)的擴(kuò)展功能提供了基礎(chǔ)。 首先，本文提出基于全信息理論的智能授導(dǎo)系統(tǒng)信息架構(gòu)，通過(guò)對(duì)教學(xué)過(guò)程的全信息內(nèi)涵的深入考察，提出由“狀態(tài)-概念-時(shí)機(jī)-效用”構(gòu)成的簡(jiǎn)潔通用的全信息控制單元架構(gòu)，使用模糊邏輯方案初步處理概念中的不確定性。其次，提出了基于全信息理論的自我管理和良好習(xí)慣自我養(yǎng)成輔助系統(tǒng)信息架構(gòu)，為提升學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的

4、問(wèn)題提供了一個(gè)創(chuàng)新的綜合解決方案；同時(shí)，通過(guò)提出和建立用戶自我時(shí)間管理輔助系統(tǒng)信息架構(gòu)，創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)了多智能授導(dǎo)系統(tǒng)在同一應(yīng)用平臺(tái)上的協(xié)調(diào)服務(wù)。然后，本文提出了一套基于統(tǒng)計(jì)特征選擇的智能知識(shí)發(fā)現(xiàn)綜合算法，在學(xué)生的自我時(shí)間管理和自我覺(jué)察數(shù)據(jù)上智能地發(fā)現(xiàn)有啟示和意義的知識(shí)，讓平臺(tái)真正成為了一個(gè)智能信息伴侶，為學(xué)生進(jìn)一步提供自我管理上有價(jià)值的建議。 作為理論基礎(chǔ)，我們?cè)诖撕?jiǎn)述全信息的概念。主體關(guān)于某事物的認(rèn)識(shí)論層次信息，是指主體所感知

5、或表述的關(guān)于該事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式，包括狀態(tài)及其變化方式的形式、含義和效用。它同本體論層次信息的區(qū)別在于：認(rèn)識(shí)論層次的信息是從主體的角度出發(fā)，具有相對(duì)性，以主體的存在為條件，而后者則是該事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和狀態(tài)變化方式的自我表述，具有絕對(duì)性和普遍性。首先，主體具有感覺(jué)能力，能夠感覺(jué)到事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的外在形式；其次，v主體具有理解能力，能夠理解事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的內(nèi)在含義；再次，主體具有目的性，因而能夠判斷事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及

6、其變化方式對(duì)自己的目的而言有無(wú)價(jià)值。我們把僅僅計(jì)及其中形式因素的部分稱(chēng)為“語(yǔ)法信息”，把僅僅計(jì)及其中的含義因素的信息部分稱(chēng)為“語(yǔ)義信息”，把計(jì)及其中效用因素的部分稱(chēng)為“語(yǔ)用信息”，把這樣一個(gè)豐富完整的認(rèn)識(shí)論信息的定義稱(chēng)為全信息。 本文把認(rèn)知過(guò)程看作是主體能動(dòng)地接收和處理信息的過(guò)程，而這里的信息是認(rèn)識(shí)論層次的信息，也就是全信息。主體在認(rèn)知目標(biāo)的引導(dǎo)下，能動(dòng)的挑選值得注意的語(yǔ)法信息；然后對(duì)這個(gè)子集加以能動(dòng)的理解得到語(yǔ)義信息，在理解的

7、過(guò)程中利用了主體原有的知識(shí)和推理、聯(lián)想等思維方法；獲得語(yǔ)義信息造成知識(shí)的增加，對(duì)認(rèn)知目標(biāo)而言，信息的效用就是通過(guò)該認(rèn)識(shí)過(guò)程達(dá)到的主體知識(shí)積累程度，可以描述為主體對(duì)事物認(rèn)知狀態(tài)的改變。 教學(xué)是一個(gè)全信息過(guò)程，也是學(xué)生作為能動(dòng)主體在老師指導(dǎo)下的認(rèn)知過(guò)程。教師作學(xué)生認(rèn)知活動(dòng)中的外部信息提供者，以學(xué)生的認(rèn)知活動(dòng)為關(guān)注中心，其教學(xué)目標(biāo)是指導(dǎo)和幫助學(xué)生達(dá)成認(rèn)知目標(biāo)，而學(xué)生借助老師提供的授課內(nèi)容完成認(rèn)知過(guò)程。由于學(xué)生和教師的思維能動(dòng)性，授課時(shí)

8、學(xué)生接收到老師想要表達(dá)的所有語(yǔ)法信息，但獲得的語(yǔ)義信息和教師的理解會(huì)不同，實(shí)際取得的效用也和教師的規(guī)劃不同，可把授課過(guò)程看作一種含有能動(dòng)作用的全信息信道；教師關(guān)心的是教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，而達(dá)成教學(xué)目標(biāo)依賴(lài)于每一次授課對(duì)學(xué)生產(chǎn)生的效用。為了達(dá)成目標(biāo)，教師必須觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)過(guò)程。所有與教學(xué)相關(guān)的結(jié)果都是關(guān)心的對(duì)象，如學(xué)生吸收授課內(nèi)容后對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)度的幫助、對(duì)各種關(guān)鍵特征如興趣、好惡、環(huán)境的影響等，這些信息構(gòu)成了所關(guān)心的授課內(nèi)容的實(shí)

9、際效用集。 教師設(shè)計(jì)授課內(nèi)容的過(guò)程，首先需要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知效用狀態(tài)和教學(xué)目標(biāo)，在效用層次上規(guī)劃授課內(nèi)容，然后，根據(jù)授課內(nèi)容的效用要求，進(jìn)一步設(shè)計(jì)授課內(nèi)容的細(xì)節(jié)，如組織足夠的教學(xué)材料等，但直到授課時(shí)，這些才轉(zhuǎn)化為語(yǔ)法信息。一般人類(lèi)教學(xué)中，教師所設(shè)計(jì)的教學(xué)單元實(shí)際上隱含的包括了這些內(nèi)容，教師們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)掌握了這些教學(xué)單元應(yīng)該在怎樣的條件下被使用，并產(chǎn)生怎樣的綜合效用。而對(duì)于智能授導(dǎo)系統(tǒng)的創(chuàng)作，則要求教學(xué)單元包含這些控制信息，而不僅僅包

10、含授課內(nèi)容的呈現(xiàn)。 在本文提出的智能授導(dǎo)系統(tǒng)全信息架構(gòu)中，系統(tǒng)從整體上看是一個(gè)松散的分子結(jié)構(gòu)。每一個(gè)授課單元如同一個(gè)獨(dú)立的分子，包含自己適合發(fā)生的條件、在某些有代表性的條件下的預(yù)測(cè)效用，以及具體授課內(nèi)容。它們共享同一個(gè)狀態(tài)空間，在這個(gè)狀態(tài)空間上定義了元概念集，用于表達(dá)各種條件。授課內(nèi)容中不再單獨(dú)含有控制結(jié)構(gòu)，僅僅是內(nèi)容呈現(xiàn)，所以，只要設(shè)計(jì)該智能授導(dǎo)系統(tǒng)的教師們公開(kāi)了這些狀態(tài)和概念的意義，那么其他的教師就會(huì)很容易讀懂系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)

11、，而且也很容易修改完善，比如增加授課單元，修改原有的條件和效用設(shè)置等。 近年來(lái)，智能授導(dǎo)系統(tǒng)領(lǐng)域開(kāi)始關(guān)注一個(gè)很有意義的問(wèn)題，就是如何控制學(xué)生在接受智能教學(xué)過(guò)程中的不良行為，提升學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)。主要使用的方法有：系統(tǒng)對(duì)用戶的這些行為獨(dú)立地加以建議、在特定情況下拒絕完成某些任務(wù)、提高軟件人機(jī)交互設(shè)計(jì)質(zhì)量等。本文認(rèn)為，學(xué)生是否在智能授導(dǎo)系統(tǒng)上高效學(xué)習(xí)，一方面取決于系統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)是否合理，另一方面則取決于學(xué)生自身是否具備良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。習(xí)

12、慣對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的影響是全局性的、更深刻的，也是中國(guó)青少年素質(zhì)教育的要求，而智能系統(tǒng)具有的運(yùn)算和精確優(yōu)勢(shì)、時(shí)空優(yōu)勢(shì)、角色優(yōu)勢(shì)，讓它能夠和人類(lèi)教師互補(bǔ)地承擔(dān)一部分輔助或陪護(hù)學(xué)生進(jìn)行良好習(xí)慣的自我養(yǎng)成的任務(wù)。本文提出的是一個(gè)自我管理輔助系統(tǒng)，它和智能授導(dǎo)系統(tǒng)在教育上的側(cè)重不同，前者作為一個(gè)學(xué)生的信息陪伴者，理解學(xué)生的行為特征，幫助學(xué)生自我養(yǎng)成良好的習(xí)慣，而后者作為教學(xué)者，懂得如何傳授各學(xué)科知識(shí)，兩種角色協(xié)同工作，成為和諧的學(xué)習(xí)生活“信息伴侶群”

13、。 在輔助學(xué)生養(yǎng)成良好習(xí)慣的方法上，本文認(rèn)為，良好習(xí)慣的形成依賴(lài)于自我覺(jué)察，同時(shí)，時(shí)間管理也是一個(gè)必要基礎(chǔ)。對(duì)于習(xí)慣養(yǎng)成的目標(biāo)，語(yǔ)用信息是那些表達(dá)某一次或某一段時(shí)間的實(shí)踐對(duì)學(xué)生某個(gè)習(xí)慣養(yǎng)成的效用，需要系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的各種記錄做知識(shí)抽取才能獲得；語(yǔ)義信息則是系統(tǒng)關(guān)注輔助學(xué)生習(xí)慣養(yǎng)成的目標(biāo)時(shí)，從某個(gè)經(jīng)驗(yàn)中所感受到的意義；基本自我管理模型包含的信息，比如關(guān)于學(xué)生在什么時(shí)候做了哪一些事情，學(xué)生的日常生活包含了哪些事情，學(xué)生完成某件事情后針對(duì)

14、某個(gè)覺(jué)察屬性的自我覺(jué)察記錄等，是進(jìn)行更復(fù)雜、更高層次信息抽取的來(lái)源，總體上屬于語(yǔ)法信息。學(xué)習(xí)狀態(tài)支持系統(tǒng)的功能是：讓用戶對(duì)自己的時(shí)間有預(yù)先的計(jì)劃，從而避免因?yàn)橐粫r(shí)的熱情而臨時(shí)決定使用智能授導(dǎo)系統(tǒng)學(xué)習(xí)，然后又很容易地中途放棄；幫助用戶綜合使用多個(gè)智能授導(dǎo)系統(tǒng)，而它作為智能授導(dǎo)系統(tǒng)的服務(wù)信息中心，即本系統(tǒng)中的信息伴侶控制中心；幫助用戶進(jìn)行自我管理和自我良好習(xí)慣養(yǎng)成，如觀察學(xué)生所使用的智能授導(dǎo)系統(tǒng)中那些正在完成的學(xué)習(xí)計(jì)劃，以便在學(xué)生制定的時(shí)間

15、計(jì)劃不符合智能授導(dǎo)系統(tǒng)要求的時(shí)候，能夠提示學(xué)生做一些時(shí)間管理上的調(diào)整；在信息伴侶控制中心提供各具特色的智能知識(shí)發(fā)現(xiàn)服務(wù)，進(jìn)一步幫助用戶對(duì)自己的生活習(xí)慣提升覺(jué)察的廣度、提高自我管理水平。 整體系統(tǒng)是一個(gè)基于全信息理論的智能授導(dǎo)系統(tǒng)創(chuàng)作應(yīng)用綜合平臺(tái)，提供雙向支持：教師使用智能授導(dǎo)系統(tǒng)創(chuàng)作工具子系統(tǒng)進(jìn)行面向各種課程知識(shí)的智能授導(dǎo)系統(tǒng)創(chuàng)作，而學(xué)生在智能授導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用綜合平臺(tái)上，協(xié)調(diào)使用多個(gè)智能授導(dǎo)系統(tǒng)，進(jìn)行多學(xué)科的學(xué)習(xí)，同時(shí)也在應(yīng)用平臺(tái)的

16、輔助下進(jìn)行自我管理和良好習(xí)慣的自我養(yǎng)成。 本文首先綜述全信息理論、智能授導(dǎo)系統(tǒng)創(chuàng)作工具等相關(guān)基礎(chǔ)；第二章進(jìn)入信息科學(xué)和技術(shù)哲學(xué)視角，提出研究定位；接下來(lái)的一章提出基于全信息理論的智能授導(dǎo)系統(tǒng)創(chuàng)作工具；第四章討論機(jī)器教學(xué)廣泛面臨的學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中不良行為問(wèn)題，提出學(xué)習(xí)狀態(tài)支持系統(tǒng)理論；第五章深入提出基于全信息理論的學(xué)習(xí)狀態(tài)支持系統(tǒng)綜合信息架構(gòu)；第六章討論智能授導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用綜合平臺(tái)中的智能知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；第七章對(duì)本智能授導(dǎo)系統(tǒng)創(chuàng)作應(yīng)用綜合