基于全信息理論的智能授導系統(tǒng)創(chuàng)作應用綜合平臺研究.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，是人類所經(jīng)歷的最復雜的全信息過程之一：教學作為有目的的活動，達成教學目標依賴于每一次授課對學生產(chǎn)生的效用，教師必須觀察學生的學習狀況，動態(tài)調(diào)整教學過程，所有與教學相關(guān)的因素都是關(guān)心的對象，它們是廣泛而復雜的。對于教學中的復雜信息處理，機器智能和人類智能都有自身的長處和短處，本文的目的和意義，在于從智能授導系統(tǒng)創(chuàng)作應用綜合平臺的角度，建立讓它們和諧協(xié)作的全信息機制。 自從計

2、算機出現(xiàn)以來，智能授導系統(tǒng)就受到持續(xù)而廣泛的研究，正在逐漸進入社會應用，但仍有一些深刻的障礙尚未跨越：控制信息結(jié)構(gòu)過于復雜，不易創(chuàng)作和維護；和人類教師相比，其機器角色讓它們更難幫助學生保持良好的學習狀態(tài)。針對這些挑戰(zhàn)，本文提出了基于全信息理論的智能授導系統(tǒng)創(chuàng)作應用綜合平臺信息架構(gòu)。本文認為，智能授導系統(tǒng)創(chuàng)作工具技術(shù)的定位，是智能授導系統(tǒng)技術(shù)在開發(fā)模式、功能模式和應用模式上的全面延展。創(chuàng)作平臺為使用它創(chuàng)建的智能授導系統(tǒng)提供了統(tǒng)一基礎(chǔ)信息架

3、構(gòu)，而不僅僅是提供開發(fā)和質(zhì)量保障的途徑，創(chuàng)作平臺為多智能授導系統(tǒng)的協(xié)同服務(wù)提供了基礎(chǔ)，也為基于多智能授導系統(tǒng)協(xié)同服務(wù)的擴展功能提供了基礎(chǔ)。 首先，本文提出基于全信息理論的智能授導系統(tǒng)信息架構(gòu)，通過對教學過程的全信息內(nèi)涵的深入考察，提出由“狀態(tài)-概念-時機-效用”構(gòu)成的簡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慣自我養(yǎng)成輔助系統(tǒng)信息架構(gòu)，為提升學生學習狀態(tài)的

4、問題提供了一個創(chuàng)新的綜合解決方案；同時，通過提出和建立用戶自我時間管理輔助系統(tǒng)信息架構(gòu)，創(chuàng)造性地實現(xiàn)了多智能授導系統(tǒng)在同一應用平臺上的協(xié)調(diào)服務(wù)。然后，本文提出了一套基于統(tǒng)計特征選擇的智能知識發(fā)現(xiàn)綜合算法，在學生的自我時間管理和自我覺察數(shù)據(jù)上智能地發(fā)現(xiàn)有啟示和意義的知識，讓平臺真正成為了一個智能信息伴侶，為學生進一步提供自我管理上有價值的建議。 作為理論基礎(chǔ)，我們在此簡述全信息的概念。主體關(guān)于某事物的認識論層次信息，是指主體所感知

5、或表述的關(guān)于該事物的運動狀態(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：認識論層次的信息是從主體的角度出發(fā)，具有相對性，以主體的存在為條件，而后者則是該事物運動的狀態(tài)和狀態(tài)變化方式的自我表述，具有絕對性和普遍性。首先，主體具有感覺能力，能夠感覺到事物運動狀態(tài)及其變化方式的外在形式；其次，v主體具有理解能力，能夠理解事物運動狀態(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動狀態(tài)及

6、其變化方式對自己的目的而言有無價值。我們把僅僅計及其中形式因素的部分稱為“語法信息”，把僅僅計及其中的含義因素的信息部分稱為“語義信息”，把計及其中效用因素的部分稱為“語用信息”，把這樣一個豐富完整的認識論信息的定義稱為全信息。 本文把認知過程看作是主體能動地接收和處理信息的過程，而這里的信息是認識論層次的信息，也就是全信息。主體在認知目標的引導下，能動的挑選值得注意的語法信息；然后對這個子集加以能動的理解得到語義信息，在理解的

7、過程中利用了主體原有的知識和推理、聯(lián)想等思維方法；獲得語義信息造成知識的增加，對認知目標而言，信息的效用就是通過該認識過程達到的主體知識積累程度，可以描述為主體對事物認知狀態(tài)的改變。 教學是一個全信息過程，也是學生作為能動主體在老師指導下的認知過程。教師作學生認知活動中的外部信息提供者，以學生的認知活動為關(guān)注中心，其教學目標是指導和幫助學生達成認知目標，而學生借助老師提供的授課內(nèi)容完成認知過程。由于學生和教師的思維能動性，授課時

8、學生接收到老師想要表達的所有語法信息，但獲得的語義信息和教師的理解會不同，實際取得的效用也和教師的規(guī)劃不同，可把授課過程看作一種含有能動作用的全信息信道；教師關(guān)心的是教學目標的達成，而達成教學目標依賴于每一次授課對學生產(chǎn)生的效用。為了達成目標，教師必須觀察學生的學習狀況，動態(tài)調(diào)整教學過程。所有與教學相關(guān)的結(jié)果都是關(guān)心的對象，如學生吸收授課內(nèi)容后對學習進度的幫助、對各種關(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

9、際效用集。 教師設(shè)計授課內(nèi)容的過程，首先需要根據(jù)學生的認知效用狀態(tài)和教學目標，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，進一步設(shè)計授課內(nèi)容的細節(jié)，如組織足夠的教學材料等，但直到授課時，這些才轉(zhuǎn)化為語法信息。一般人類教學中，教師所設(shè)計的教學單元實際上隱含的包括了這些內(nèi)容，教師們根據(jù)經(jīng)驗掌握了這些教學單元應該在怎樣的條件下被使用，并產(chǎn)生怎樣的綜合效用。而對于智能授導系統(tǒng)的創(chuàng)作，則要求教學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系統(tǒng)全信息架構(gòu)中，系統(tǒng)從整體上看是一個松散的分子結(jié)構(gòu)。每一個授課單元如同一個獨立的分子，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測效用，以及具體授課內(nèi)容。它們共享同一個狀態(tài)空間，在這個狀態(tài)空間上定義了元概念集，用于表達各種條件。授課內(nèi)容中不再單獨含有控制結(jié)構(gòu)，僅僅是內(nèi)容呈現(xiàn)，所以，只要設(shè)計該智能授導系統(tǒng)的教師們公開了這些狀態(tài)和概念的意義，那么其他的教師就會很容易讀懂系統(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，智能授導系統(tǒng)領(lǐng)域開始關(guān)注一個很有意義的問題，就是如何控制學生在接受智能教學過程中的不良行為，提升學生學習狀態(tài)。主要使用的方法有：系統(tǒng)對用戶的這些行為獨立地加以建議、在特定情況下拒絕完成某些任務(wù)、提高軟件人機交互設(shè)計質(zhì)量等。本文認為，學生是否在智能授導系統(tǒng)上高效學習，一方面取決于系統(tǒng)的教學設(shè)計是否合理，另一方面則取決于學生自身是否具備良好的學習習慣。習

12、慣對學生學習的影響是全局性的、更深刻的，也是中國青少年素質(zhì)教育的要求，而智能系統(tǒng)具有的運算和精確優(yōu)勢、時空優(yōu)勢、角色優(yōu)勢，讓它能夠和人類教師互補地承擔一部分輔助或陪護學生進行良好習慣的自我養(yǎng)成的任務(wù)。本文提出的是一個自我管理輔助系統(tǒng)，它和智能授導系統(tǒng)在教育上的側(cè)重不同，前者作為一個學生的信息陪伴者，理解學生的行為特征，幫助學生自我養(yǎng)成良好的習慣，而后者作為教學者，懂得如何傳授各學科知識，兩種角色協(xié)同工作，成為和諧的學習生活“信息伴侶群”

13、。 在輔助學生養(yǎng)成良好習慣的方法上，本文認為，良好習慣的形成依賴于自我覺察，同時，時間管理也是一個必要基礎(chǔ)。對于習慣養(yǎng)成的目標，語用信息是那些表達某一次或某一段時間的實踐對學生某個習慣養(yǎng)成的效用，需要系統(tǒng)對學生的各種記錄做知識抽取才能獲得；語義信息則是系統(tǒng)關(guān)注輔助學生習慣養(yǎng)成的目標時，從某個經(jīng)驗中所感受到的意義；基本自我管理模型包含的信息，比如關(guān)于學生在什么時候做了哪一些事情，學生的日常生活包含了哪些事情，學生完成某件事情后針對

14、某個覺察屬性的自我覺察記錄等，是進行更復雜、更高層次信息抽取的來源，總體上屬于語法信息。學習狀態(tài)支持系統(tǒng)的功能是：讓用戶對自己的時間有預先的計劃，從而避免因為一時的熱情而臨時決定使用智能授導系統(tǒng)學習，然后又很容易地中途放棄；幫助用戶綜合使用多個智能授導系統(tǒng)，而它作為智能授導系統(tǒng)的服務(wù)信息中心，即本系統(tǒng)中的信息伴侶控制中心；幫助用戶進行自我管理和自我良好習慣養(yǎng)成，如觀察學生所使用的智能授導系統(tǒng)中那些正在完成的學習計劃，以便在學生制定的時間

15、計劃不符合智能授導系統(tǒng)要求的時候，能夠提示學生做一些時間管理上的調(diào)整；在信息伴侶控制中心提供各具特色的智能知識發(fā)現(xiàn)服務(wù)，進一步幫助用戶對自己的生活習慣提升覺察的廣度、提高自我管理水平。 整體系統(tǒng)是一個基于全信息理論的智能授導系統(tǒng)創(chuàng)作應用綜合平臺，提供雙向支持：教師使用智能授導系統(tǒng)創(chuàng)作工具子系統(tǒng)進行面向各種課程知識的智能授導系統(tǒng)創(chuàng)作，而學生在智能授導系統(tǒng)應用綜合平臺上，協(xié)調(diào)使用多個智能授導系統(tǒng)，進行多學科的學習，同時也在應用平臺的

16、輔助下進行自我管理和良好習慣的自我養(yǎng)成。 本文首先綜述全信息理論、智能授導系統(tǒng)創(chuàng)作工具等相關(guān)基礎(chǔ)；第二章進入信息科學和技術(shù)哲學視角，提出研究定位；接下來的一章提出基于全信息理論的智能授導系統(tǒng)創(chuàng)作工具；第四章討論機器教學廣泛面臨的學生學習過程中不良行為問題，提出學習狀態(tài)支持系統(tǒng)理論；第五章深入提出基于全信息理論的學習狀態(tài)支持系統(tǒng)綜合信息架構(gòu)；第六章討論智能授導系統(tǒng)應用綜合平臺中的智能知識發(fā)現(xiàn)問題；第七章對本智能授導系統(tǒng)創(chuàng)作應用綜合