人工智能教学设计案例

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人工智能教学设计案例范文第1篇

2016年1月，美国佐治亚理工学院计算机学院的教授AshokGoel，借助IBM的Watson人工智能系统创建了一个在线机器人JillWatson，并将其作为课程教学助理。其目的是帮助教师回答学生通过在线论坛提出的大量课程问题。通过几个月的反复调试，JillWatson的回答已经能够达到97%的正确率。现在，机器人助教已经可以直接与学生沟通，不需要真人助教的帮助。这项人工智能在教育中的使用，解决了AshokGoel教授的助教人数不够，难以及时回答学生提问的困境，增加了学生参与在线学习的兴趣，提高了在线学习的留存率。

这只是人工智能在教育领域的小试牛刀。虽然有专家预测在未来十年内不会看到人形机器人替代教师进入课堂，不过地平线报告2016年基础教育版和2107年高等教育版都预测未来五年内人工智能将会在教育行业普及。

教育行业已有的人工智能研究和应用

Woolf等人在2013年提出了人工智能在教育领域应努力解决“五大挑战”：①为每一个学习者提供虚拟导师：无处不在地支持用户建模、社会仿真和知识表达的整合。②解决21世纪技能：协助学习者自我定位、自我評估、团队合作等。③交互数据分析：对个人学习、社会环境、学习环境、个人兴趣等大量数据的汇集。④为全球课堂提供机会：增加全球教室的互联性与可访问性。⑤终身学习技术：让学习走出课堂，进入社会。

过去十年，一些研究者对人工智能在教育领域中的应用做了大量的探索。相关的研究成果包括：①跟踪学习者的思维步骤和解决问题的潜在目标结构（Anderson等，1995）；②诊断误解和评估学习者的理解域（VanLehn，1988）；③提供及时的指导、反馈和解释（Shute，2008）；④促进高效学习的行为，如自我调节、自我监控和自我解释（Azevedo&Hadwin，2005）；⑤以合适的难度水平和最适当的内容来规划学习活动（VanLehn，2006）。

这些研究，基本上使用到了人工智能的每一项技术——自然语言处理、不确定性推理、规划、认知模型、案例推理、机器学习等。“智能导师系统”就是基于这些研究和技术而开发的人工智能教育应用。类似的成熟产品包括Tabtor（hellothinkster.com）、CarnegieLearning（carnegielearning.com）和FrontRow（frontrowed.com）。2014年，加拿大西蒙弗雷泽大学的一项试验发现用智能导师系统的学习者比使用其他教学方法的学习者获得的成绩更高。

人工智能在教育行业的新发展

教育行业的三种类型（内容、平台和评估）的服务商都在经历着一场变革。内容出版商面临纸质印刷到数字出版和开放教育内容的挑战。学习平台正试图区分自适应、个性化和数据分析的功能。评估供应商则继续探寻从多项选择题测试转向更具创新性的问题类型。人工智能将为这三种类型教育服务商带来新的发展思路和契机，同时也惠及教育生态系统中的所有利益相关者。学生通过即时反馈和指导提高学习效率，教师将获得丰富的学习分析和个性化指导经验，父母能够低成本地为孩子改进职业前景，学校能够规模化提高教育质量，政府能够提供负担得起的教育。2017年，人工智能将在以下领域发挥其效益。

1.人工智能批改作业

批改作业和试卷是一件乏味的工作，这通常会占据教师大量的时间，而这些时间本可以更多地用于与学生互动、教学设计和专业发展。

目前，人工智能批改作业已经相当接近真人教师了，除了选择题、填空题外，作文的批改能力已经大幅提高。美国斯坦福大学已经成功开发出一种机器学习程序，能够批改8～10年级的作文。随着图像识别能力的大幅提高，手写答案的识别也接近可能。就连占有美国标准化考试60%市场份额的全球最大教育企业——培生公司也认为，人工智能已经可以出现在教室并提供足够可信的评估。据培生公司近期的报告IntelligenceUnleashed推测，人工智能软件所具有的广泛的、定制的反馈能够最终淘汰传统测试。

2.人工智能实现一对一辅导

自适应学习软件已经能为学生提供个性化学习支撑。据2011年VanLehn的一项研究发现，人工智能在某些特定主题和方法上比未经训练的导师更具有效性。进一步的研究发现，人工智能导师能在学生出错的具体步骤上给予实时干预，而不是就整个问题的答案给予反馈（Corbett&Anderson，2001；Shute，2008）。

自适应学习在拉美地区正在兴起。AndréUrani市政学校的学生使用人工智能软件Geekie观看在线课程（视频和练习）。Geekie为学生提供每一步的实时反馈，并随着学习的进展来传授更为精细的课程内容。

早在1984年，本杰明·布卢姆的研究就提出一对一辅导能带来更好的学习效果。而人工智能技术可以模拟一对一辅导，以更好地跟踪、适应和支持个体学习者。这将是人工智能在教育中更高层次的个性化学习应用。例如，比尔·盖茨看好的人工智能聊天机器人或个人虚拟导师，能在学生面临挑战时提供强有力的支持，随时随地回答学生的提问；还可以为学生订制学习方案和规划职业发展路径，并引导学生走向成功。更重要的是，人工智能可以匹配聊天机器人或虚拟导师的面孔和声音来满足学生个人喜好。对比网页界面的自适应学习系统，这才是真正做到了一人一导师。

3.人工智能关注学生情感

2016年地平线报告高等教育版把情感计算列为教育技术发展普及的重要方向。也就是说，人工智能不仅限于模拟人类传递知识，还能通过生物监测技术（皮肤电导、面部表情、姿势、声音等）来了解学生在学习中的情绪，适时调整教育方法和策略。例如，机器人导师捕捉到学生厌烦的面部表情时，就可以立即改变教学方式努力激发他们的兴趣。这种关注情感的人机交流为学生营造一个更真实的个性化学习环境，更好地维持了学习者的动机。美国匹兹堡大学开发的AttentiveLearner智能移动学习系统就能通过手势监测学生的思想是否集中。突尼斯苏斯国家工程学院的研究人员正在研究开发基于网络的人工智能教学系统。该系统能够识别学生在任何地方开展科学实验的面部表情，以优化远程虚拟实验室的教学过程。

进一步的研究发现，人工智能还可以关注学生的心理健康。当前已经有使用人工智能来为自闭症儿童提供有效支持的案例。例如，伦敦知识实验室在Topcliffe小学开展试验，让自闭症学生与半自动虚拟男孩安迪开展互动交流，研究人员发现患有自闭症的学生在社交能力方面有进步。

4.人工智能改进数字出版

教科书等课程材料并非总是完美，传统印刷出版让课程的修订变得过于缓慢。这不仅是生产工艺的问题，更主要的是纸质课程材料无法快速获取使用者的反饋来识别缺陷所在。而数字化出版在人工智能的支撑下能彻底改变这一现状。

人工智能可帮助使用者快速识别课程缺陷。大规模网络开放课程Coursera的提供者已经将这一想法付诸实践。当发现大量学生的作业提交了错误的答案时，系统会提示课程材料的缺陷，进而有助于弥补课程的不足。

另一项人工智能在数字化出版的应用是自动化组织和编写教材。这是基于深度学习系统能模仿人类的行为进行读和写。ScottR.Parfitt博士的内容技术公司CTI就依据这项技术帮助教师定制教科书——教师导入教学大纲，CTI的人工智能引擎能自动填充教科书的核心内容。

随着自然用户界面和自然语言处理在人工智能领域的成熟应用，课程材料的数字化出版也会有更新的形态——不再局限于书本或网页的形式，聊天机器人和虚拟导师将成为内容表达的更好的方式。

5.人工智能作为学生

多年的研究表明，教会别人才是更好的学习，即learning-by-teaching。美国斯坦福大学教育学教授DanielSchwartz正基于这一理念来开发新的人工智能产品。他联合了多个领域的专家一起开发了人工智能应用——贝蒂的大脑（Betty’sBrain），让学生来教贝蒂学习生物知识。试点研究发现，使用这一方法来学习的学生比其他学生成绩更好，且在科学推理上也更胜一筹。

类似的研究和开发还有瑞典隆德大学的TimeElf和美国卡内基梅隆大学的SimStudent，这两个人工智能产品也是基于learning-by-teaching而开发，让学生在教会机器人知识的过程中深化对知识的理解。

另外，人工智能还推动其他教育方法和技术更好实现。如让虚拟现实学习环境更具沉浸感；给学生带来更多动手实践的机会；提供基于丰富学习分析的仿真和游戏化学习场景等。

人工智能教学设计案例范文第2篇

随着计算机技术、互联网技术和人工智能技术的快速发展，大学计算机基础教学在人才培养中发挥着越来越突出的作用。美国卡内基·梅隆大学周以真（Jeannette M. Wing）教授于2006年提出了计算思维概念[1]，她认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会（以下简称教指委）于2010年7月发表了联合声明[2]，正式提出：要旗帜鲜明地把计算思维能力的培养作为计算机基础教学的核心任务，加强课程体系和教学内容的研究，要让学生像计算机科学家那样去思维。 

计算思维为计算机基础教学提出了新的机遇和挑战，有了计算思维的课程指导思想后，很多教育专家开始研究计算思维的落地问题[3-5]，专家们普遍认为：计算思维的落地就是如何在计算机教学内容与教学方法上提高学生用计算机解决实际问题的能力，即问题的求解、系统设计以及人类行为理解等[6]。基于此，構建适合引导和驱动计算机教学的项目和寻找更能激发学生兴趣、积极性的案例成为我们必须面对的问题。 

1 计算机博弈项目是计算思维培养的重要载体 

在2016世界人工智能科学诞生60周年之际，谷歌公司的AlphaGO围棋软件与世界围棋冠军李世石上演了“世纪人机大战”。2017年伊始，Master围棋网测又取得了60场全胜的战绩，随后，卡内基·梅隆大学的Libratus在德州扑克比赛中轮流击败了4名顶尖人类高手，人工智能再次引发了世界范围内的研究与开发热潮。目前很多学者认为：人类社会正在从“互联网+”向更高阶的“人工智能+”跃迁，智能科学与技术已经成为促进所有学科发展的重要因素，计算机博弈是人工智能领域的重要研究方向[7]。 

计算机博弈项目涉及的方法主要包括：博弈问题的提出、棋盘的数据描述、棋面的评估模型、搜索算法的选择、算法的实现与优化、人机交互处理等方面，这些内容刚好与计算思维的思想相一致，非常适合培养学生的计算思维能力。 

一段时间以来，学生网游上瘾困惑着家长和教育工作者，以何种方式引导青年学生远离网游以及网游的魅力一直是不解之谜。而多个高校的实践证明，计算机博弈项目能迎合青年学生的愉悦、冒险、好奇和高对抗需求，让他们在快乐中分析、编程、斗智，既长知识，也长能力，既培养了计算机实践与创新能力，也培养了计算思维、科研思维和团队合作精神。 

学会将人的思维过程用计算机来实现，学会处理相关的问题，学会做好最优决策，这对于所有学生来说都是有助益的。计算机博弈项目是培养学生实践与创新能力的应用型项目，更是培养大学生计算思维的重要载体。 

2 新课程体系与课程内容改革 

现有的计算机基础课程体系没有充分考虑计算思维和创新思维能力的培养，也没有突出宽、专、融的教学特点，并且课程内容陈旧。2015年教指委推出了新版的《大学计算机基础课程教学基本要求》（以下简称基本要求）[8]，指出了新的历史时期计算思维能力的培养将成为大学计算机基础教学的新常态，对课程体系、教学目标和内容进行了全面阐述。 

依据基本要求和部分学校的改革实践[9-10]，提出了适合沈阳航空航天大学应用型人才培养的宽、专、融相结合的大学计算机基础课程新体系（见表1）。新的课程体系以计算思维为主线，以培养学生的计算思维意识、计算思维方法和计算思维能力为目标，分为3个层次，每个层次设置不同的课程。随着课程体系的重新构建，各类课程的教学内容也重新进行了调整，例如：在第1层次，减少了Office方面的内容，增加了动手实验和Python内容；在第2层次，取消了VF内容，增加了C#内容；在第3层次增加了基于计算机博弈的科技创新平台的内容。 

2.1 大学计算机基础课程内容改革 

在大学计算机基础课程中，主要设置了4个模块：①计算机系统、网络与操作系统；②信息编码与信息处理技术；③数据库基础；④计算思维、算法与程序设计初步。在第4部分中，加入了排序算法、黎曼积分、机器博弈、旅行商、哥尼斯堡七桥等常用问题的算法。还特别增加了Python语言部分[11]，通过求解三角形面积，引出了顺序、选择和循环结构的基本用法；通过求解π的值，引出了蒙特卡罗方法和公式方法；通过蟒蛇的绘制，引出了Turtle库的使用方法。通过以上内容的学习，学生可以对程序设计的基础知识和利用计算思维解决问题的方法有一个初步的了解，初步培养学生程序设计的基本能力和计算思维意识。 

以全面开放的形式设置了3个专项实验：计算机拆装、操作系统安装和计算机组网，通过学生亲自动手实验，提高学生对计算机硬件的认知能力和计算机维护能力。 

2.2 计算机程序设计课程内容改革 

在计算机程序设计课程中，本着为专业服务、与时俱进的思想，将课程设置成3个模块：C#语言主要面向航空类专业和创新实验班学生；VB语言主要面向文管类和安全类专业学生；C语言主要面向电子、自动化、材料、机械类专业学生。在开课过程中允许学生跨专业选课，学生可以选择更适合自己的语言或多种语言同时学习。 

为了突出实践能力的培养，课程内容中增加了8个实验学时，专门用于综合性程序设计实验，该实验由3～4人组成的小组共同完成。在期初的时候进行动员，在期中的时候布置实验题目，在期末的时候进行答辩验收。通过综合实验，学生初步具备了利用所学知识解决实际问题的能力，培养了学生计算思维方法和团队协作精神。

    　2.3 将计算机博弈案例与教学内容深度融合 

为了调动学生的学习积极性，将学生喜欢的计算机博弈项目作为案例融入教学中[12-13]，使学生在兴趣与主动学习中领悟计算思维。 

在大学计算机基础课程中，讲授了计算机博弈的发展与竞赛概况、计算机博弈的空间复杂度与搜索复杂度、蒙特卡罗方法等。 

在计算机程序设计课程中，以具体项目的形式为学生讲授了计算机博弈的评估方法、搜索算法、棋盘的数据表示与可视化制作等内容。 

在计算机综合训练课程中，我们设计了与计算机博弈问题相关的课设题目，例如：爱恩斯坦棋的人人对弈平台设计、幻影围棋的开局设计、局面评估的建模方法等。通过博弈案例建模和典型算法设计，帮助学生掌握使用计算机技术解决博弈问题的途径和基本方法，为学生进一步开展计算机博弈科技活动打下坚实基础。 

3 新形态化的教材建设 

团队人员以《VB程序设计教程》为切入点，进行了新版教材的建设。教材的主要特点是新形态、立体化、数字化和案例式。除了纸质版教材，还在网络平台上了数字化教学资源，主要包括教学课件、案例素材、拓展案例、微视频、实验素材、参考资料等，这些资源非常有利于学生自主学习、协作学习和探究性学习。 

微视频资源是针对重要知识点建设的，每个微视频大约3～5min，微视频的二维码印制在教材的相应章节上，学生可以通过手机扫描访问，实现了基于移动互联网的学习方式。微视频特别适合学生利用碎片化时间进行辅助式学习。 

教材中的案例遵循5结合原则：①与数学知识相结合。例如：积分计算、矩阵运算、函数曲线等，都是学生熟悉的问题。②与趣味性题目相结合。例如：抽奖活动、分糖果游戏、开心农场等，都是学生喜欢的小项目。③与实际应用相结合。例如：高考录取、学生绩点计算、打气筒模拟、课堂点名等，都是学生经常面对的实际问题。④与专业知识相结合。例如：曲柄滑块机构，这是机械类专业学生应掌握的典型机构。⑤与計算机博弈知识相结合。例如：博弈搜索算法、棋盘的可视化设计等。通过有兴趣的教学案例引发学生深入学习与研究的积极性，也体现了寓教于乐的教学方式。 

4 开展计算机博弈科技活动 

沈阳航空航天大学从2011年引入计算机博弈项目以来，团队人员依托博弈项目，深入开展了寓教于乐、寓教于研、以研促教、以赛促学的创新人才培养模式[14]。 

1）开展博弈科技研究和“大创项目”工作。 

基于计算机博弈项目，很多老师开展了科技研究，并将科研成果应用于教学中。建立了博弈科研梯队，教师既能对博弈活动起到组织、指导和护航作用，又能在计算机博弈的科研中勇攀高峰，形成学科制高点，为科技攻关和实际应用创造条件。开展了计算机博弈科技社团工作，社团成员在老师的指导下，既可以参加科研课题，也可以组队申报大学生创新创业训练项目（简称大创项目）。学生与老师合作开展科技研究、撰写论文，形成了良好的学习与科研氛围。 

2）开展计算机博弈竞赛工作。 

计算机博弈项目具有喜闻乐见、挑战无穷的特点，深受学生喜欢。学校鼓励学生组成不断吐故纳新的代表队，支持学生参加各类计算机博弈竞赛（校级、省级、国家级和国际级）。到目前为止，共组织了6届校级计算机博弈比赛，平均每年参加人数达200余人。校赛选拔后组织集训，备战全国比赛，共组织学生参加了6届全国计算机博弈大赛和1次国际机器博弈大赛，营建了良好的校园计算机创新文化氛围。 

5 取得的成效 

1）学生课程成绩提升。 

以计算思维为主线的教学改革方案使学生受益颇多，每年有4 000名学生学习计算机课程，学生课程成绩提高较大，例如：计算机程序设计课程平均成绩提高15%，大学计算机基础课程平均成绩提高10%。在期末对学生进行问卷调查时，大部分学生表示学习收益较大，对计算机技术的理解和利用计算机技术解决问题的能力都有较大提升。 

2）学生竞赛成绩优异。 

随着研发能力的不断增强，学生参加的计算机博弈竞赛项目也越来越多，现已达到12项，包括六子棋、点格棋、苏拉卡尔塔棋、亚马逊棋、幻影围棋、不围棋、爱恩斯坦棋、军棋、国际跳棋、海克斯棋、斗地主、桥牌。近几年累计获省级以上奖项100余项，累计获冠亚季军20项，其中幻影围棋、亚马逊棋、军棋、六子棋项目都曾获得过全国冠军奖项，总体竞赛成绩位居全国前几名，既提高了大学生的计算机创新能力，也促进了我国计算机博弈事业的发展，在国内高校中产生了较好影响。 

3）学生科技成绩突出。 

基于计算机博弈项目，学生与老师合作在CCDC国际会议的机器博弈（Computer Game）专题上已25篇，表2是发表的部分学术论文。学生在老师的指导下申报了大创项目30多项，表3是部分大创项目。 

6 结 语 

计算思维的理论研究在我国已经走过了6年多，现在应该是全面落地的时候。我们本着与时俱进、为专业服务的指导思想，调整了各门课程的教学内容，引入了Python、C#等程序设计语言，将学生喜欢的计算机博弈项目作为教学案例与课程内容深度融合，实现了竞赛与教学相结合的教学新模式。计算机博弈项目具有喜闻乐见、挑战无穷的特点，特别能引发青年学生的好奇心与研究热情，广泛开展基于计算机博弈项目的科技与竞赛活动，较好地培养了学生的创新精神和科研思维。计算机博弈项目是非常好的培养学生计算思维的重要载体。笔者希望本文能对高校的计算机教学提供一种参考，更希望计算机博弈能在更多的高校生根、发芽、开花和结果。 

参考文献： 

[1] Wing J M. Computational thinking[J]. Communications of the ACM， 2006， 49（3）： 33-35. 

[2] 何钦铭， 陆汉权， 冯博琴. 计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养：“九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明”解读[J]. 中国大学教学， 2010（9）： 5-9. 

[3] 陈国良， 董荣胜. 计算思维与大学计算机基础教育[J]. 中国大学教学， 2011（1）： 7-11. 

[4] 李廉. 以计算思维培养为导向深化大学计算机课程改革[J]. 中国大学教学， 2013（4）： 7-11. 

[5] 冯博琴. 对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学， 2012（9）： 6-9. 

[6] 龚沛曾， 杨志强. 大学计算机基础教学中的计算思维培养[J]. 中国大学教学， 2012（5）： 51-54. 

[7] 王骄， 徐心和. 计算机博弈： 人工智能的前沿领域： 全国大学生计算机博弈大赛[J]. 计算机教育， 2012（7）： 14-18. 

[8] 教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会.大学计算机基础课程教学基本要求[M]. 北京： 高等教育出版社， 2016. 

[9] 王移芝， 金一， 周围. 基于“计算思维”能力培养的教学改革探索与实践[J]. 中国大学教学， 2014（3）： 49-53. 

[10] 刘光蓉. 融入计算思维的 C 语言实验教学设计[J]. 实验室研究与探索， 2015， 34（10）： 81-83. 

[11] 嵩天， 黄天羽， 礼欣. Python 语言： 程序设计课程教学改革的理想选择[J]. 中国大学教学， 2016（2）： 42-47. 

[12] 王亚杰， 王晓岩， 邱虹坤， 等. 基于爱恩斯坦棋的程序设计课程教学案例设计[J]. 计算机教育， 2012（18）： 75-77. 

[13] 李飞， 王亚杰， 尹航， 等. 基于幻影围棋的C语言课程教学案例设计[J]. 计算机教育， 2016（10）： 117-119. 

人工智能教学设计案例范文第3篇

    关键词信息技术教育模式信息化教学设计创新人才

    1信息化教育的概念和特征

    信息化教育是以现代信息技术为基础的新教育体系,包括教育观念、教育组织、教育内容、教育模式、教育技术、教育评价、教育环境等一系列的改革和变化。信息化教育具有以下显着特点:

    (1)教材多媒体化。教材多媒体化就是利用多媒体,特别是超媒体技术,建立教学内容的结构化、动态化、形象化表示。越来越多的教材和工具书变成多媒体化,它们不但包含文字和图形,还能呈现声音、动画、录像以及模拟的三维景象。

    (2)资源全球化。利用网络可以使全世界的教育资源连成一个信息海洋,供广大教育用户共享。它有许多类型,包括教育网站、电子书刊、虚拟软件库、新闻组等。

    (3)教学个性化。利用人工智能技术构建的智能导师系统能够根据学生的不同个性特点和需求进行教学和提供帮助。

    (4)学习自主化。以学生为主体的教育思想日益得到认同,利用信息技术支持自主学习成为必然发展趋向。事实上,超文本/超媒体之类的电子教材已经为自主学习提供了极其便利的条件。

    (5)任务合作化。学生通过合作方式完成学习任务也是当前国际教育的发展方向,信息技术在支持合作学习方面可以起重要作用。

    (6)环境虚拟化。教育虚拟化意味着教学活动可以在很大程度上脱离物理空间时间的限制,这是信息化教育的重要特征。包括虚拟教室、虚拟实验室、虚拟图书馆等等。

    (7)管理自动化。计算机管理教学(CMI)包括计算机测试与评分、学习问题诊断、学习任务分配等功能。

    2信息化教育的教学模式

    教学模式是指在一定的教育观念、教学理论和学习理论指导下的教学过程的稳定结构形式。教学过程中主要包含教师、学生、教科书和媒体四个因素,这四个要素相互关联、相互作用形成稳定的结构形式。

    基于现代信息技术的教学模式是在教师指导下的、以学习者为中心的学习。学生是信息加工的主体,是认知结构的主动建构者;教师是学习主体的帮助者、引导者与促进者。由学生、教师、教学信息、学习环境构成了信息化教育的教学模式结构(见附图)。

    信息化教育的教学模式可描述为,以学生为中心,学习者在教师创设的情境、协作与会话等学习环境中充分发挥自身的主动性和积极性。在这种模式中,学生是知识的主动建构者和运用者;教师是教学过程的指导者与组织者,意义建构的促进者和帮助者;信息所携带的知识不全是教师传授的内容,而是学生主动建构意义的对象(客体);学习环境包括“情境”、“协作”、“会话”等要素。情境必须有利于学生对所学内容的意义建构,协作发生在学习过程的始终,学习小组的成员之间必须通过会话协商共同完成学习任务。教师和学生是互动关系,正所谓教学相长。信息化教学模式与传统的教学模式的区别如附表所示,传统教学模式是选择适合教育的学生,而信息化教学模式是选择适合学生的教育。教学模式的改革和创新与教学设计是密不可分的。信息化的教学模式必然要求有高质量的信息化教学设计与之相适应。

    3信息化教学设计

    在教育信息化环境下的教学设计,简称为“信息化教学设计”。具体说,信息化教学设计是运用系统方法,促进以学为中心的学习方式的转变,充分地、恰当地利用现代信息技术和信息资源,科学地安排教学过程的各个环节和要素,以实现教学过程的最优化。信息化教学设计包括教学计划的设计、教学计划的执行、教学活动的评价与反馈。信息化教学设计的目标是帮助全体教师在自己的日常课堂教学中充分利用信息技术和信息资源,培养学生的信息素养、创新精神和解决问题的能力,从而增强学生的学习能力,提高他们的学业成就。

    信息化教学设计方法很多,像基于信息技术的研究性学习、资源型学习、英特尔未来教育、苹果明日教室、WebQuest、“拾荒式”教学设计等,无论教学的方式方法怎样,信息化教学设计关注的基本点是,基于国家课程标准、基于教育信息化环境,充分利用信息技术和信息资源,培养学生的信息素养,培养学生的创新精神和实践能力,提高学生的学习兴趣、学习效率、学习成绩。信息化教学设计没有固定的模式,是教师发挥自己创造力的广阔天地。主要是通过案例学习来模仿、分析、移植、创新,反复实践、反思、总结,逐步掌握信息化教学设计的技能,提高教学质量。

    设计出高水平的信息化教案,不仅是技术的应用,更重要的是思想的体现和渗透。

    由上海师范大学黎加厚教授展示的中、美老师分别制作的同名课件《影子》,给笔者印象很深。由中国某师大附小老师制作的《影子》曾获全国“金海航”杯多媒体大奖赛二等奖。它采用office软件,以动画的形式,配以欢快的音乐、学生的朗读,将小学一年级的课文内容——人与影子的关系展示出来。其目的就是运用多媒体技术展示课文内容。而美国教师的《影子》课件就很简单,只有一天中影子变化的动画设计、影子变化的测量数据、影子的照片、有关影子的知识等内容,其界面也很简单。它给学生们留下了极大的思考余地,甚至使学生们立刻产生了一种愿望:到太阳上去,看自己的影子。《影子》的较量,关键不是技术,就在于开发思想。如果从开发平台、制作技术方面讲,与国外教师之间的差距并不大。国内课件多是再现书本知识的呈现式学习,学生足不出户通过多媒体技术的声音、图像、色彩了解许多课文的知识。虽然课堂容量大,精美的界面能吸引学生,但学生仍然在被动地接受教师的教育,没有发挥其主观能动性。

人工智能教学设计案例范文第4篇

为了促进虚拟教室在欧洲的推广和应用,欧盟委员会的Socrates Minerva开展了“教育机构中的虚拟教室”项目。本文主要介绍该项目的研究方法、过程、成果,以期引起研究者和实践者对虚拟教室的关注、研究和应用。

研究方法和过程

该项目的研究内容主要是调研虚拟教室在欧洲各培训机构的应用情况,调研的数据来自欧洲的28个国家。

项目的研究过程分为6个阶段,如下图所示。

研究成果

该项目完成之后,所作项目研究报告的内容不仅涉及虚拟教室的介绍、本次调研数据的分析和结论,还包括对虚拟教室中教学问题、课堂组织、内容设计、教学活动组织、教学交互以及教学评价等问题进行深入研究的成果。

1.调研结论

研究得出,在欧洲,调查对象虽然都知道虚拟教室,但对虚拟教室的了解甚少,也很少应用虚拟教室。当然,研究也获得了一些成功案例,如西班牙的加泰罗尼亚开放大学已经自主开发了虚拟教室系统――虚拟校园(Virtual Campus);匈牙利的布达佩斯大学经济和行政学院已在高层次的教育中广泛应用了虚拟教室。

2.虚拟教室中的交互问题

虚拟教室可以增强教学的灵活性和效率。它可以通过一些技术手段来促进参与者之间的交互。例如,分组讨论室、视频交互、文本聊天以及应用程序共享等。为了让学生更好地参与虚拟教室课堂,进行协作学习,提高虚拟教室的交互性,必须要注意以下教学原则。

①教师在设计虚拟教室中的教学时,要充分考虑学生对交互的需求。

②在进行虚拟教室教学前,要对教师和学生进行技术培训,让参与者能够熟练操作虚拟教室。

③在虚拟课堂中,要不断地增强交互。教师可以建立小组讨论室,组织分组讨论,同时参与者还可以通过文本、视音频进行交互。

研究得出,用虚拟教室、传统教室、非实时教学系统和视频会议系统等学习技术、平台结合进行混合学习将是未来学习方式发展的一种趋势。这种混合学习能够集合实时教学和非实时教学的优势,提高学生学习的灵活性,增强跨校园的交互,同时还能够加强师生之间的交互。

3.虚拟教室的内容设计和活动组织

在虚拟课堂中,所有的学习内容和学习活动都将在虚拟教室中进行。因此,对于虚拟教室的内容和活动的设计显得尤为重要。

虚拟教室的内容和活动的设计以教学目标为导向,传统教室和非实时教学系统的内容和活动设计也遵循这一原则,但虚拟教室的内容和活动的设计要更加严谨和精确,因为虚拟教室对内容和活动的连续性要求更高。

同时,还要为学生提供课程大纲或课程介绍文档,告诉学生在上课之前必须具备哪些先行的知识,以消除学生顺利、快速进入学习的障碍。在学习内容的制作上,教师或者内容设计者可以充分利用已有的教学材料,并使用自己较熟悉的工具整合已有材料,创建新材料,同时还要附带学习帮助、学习指导等材料,为学生的学习提供尽可能多的学习支持服务。

此外,研究还得出,为了让学生保持较集中的注意力,虚拟教室中一节课的时间应该要比在传统教室的时间短,同时教师还需避免单调的教学方式,要提供丰富媒体形式的教学材料,语调要抑扬顿挫,引发学生参与讨论。在课后,教师要充分听取学生的反馈,修订和完善教学设计方案。

4.虚拟教室的教学评价

不同于传统教室,虚拟教室中的教师和学生在地理位置上是分离的,教师只能通过观察学生在虚拟教室中的行为和表现或者倾听学生回答问题来获得学生学习的情况反馈,而如何做到客观、公正地对学生进行评价呢?

研究提出了几种对学生进行评价的方法:利用虚拟教室的“问题和测试”功能,设计问答题和小测试,学生作答之后,系统会自动统计结果;基于音频的评价;基于视频的评价;基于文本聊天室的评价;利用“应用程序共享”功能,观看学生的任务操作步骤,对学生掌握的技能进行观摩和评价;通过对虚拟课堂进行录制和存档,教师可以回过头来很清晰地观看课堂全过程,从而可以对学生进行较客观、准确的评价。

带给我们的启示

第一,我们要加强对远程教育虚拟教室的研究,特别是加强对虚拟教室中教学设计与教学策略的研究。这两方面是相辅相成的,理论的研究可以指导和促进虚拟教室的应用;而反过来,虚拟教室的应用又可以给理论的研究提供实验案例以及丰富的研究题材。因此,在虚拟教室的研究中,要多做理论研究和实际应用相结合的研究。

第二,现有的远程教育教学系统只是陈列了一些课件、资源,缺乏及时的实时交互,忽略了教学情境和教学交互的创设。严格来说,我们还仅仅满足于“网上电子资源展示”,因此,我们需要积极探索利用虚拟教室开展教学实践的方法和策略,虚拟教室的研究既需要有关技术设计和开发的研究,也需要教学设计和策略的研究。开发面向远程教育应用的虚拟教室系统,一开始关键并不在于内容和资源如何丰富,而是应该针对现代远程教育的特点,重点关注教学交互与教学情境的创设,重点关注对硬件条件要求不高的相应软件系统的开发应用。

第三,我们在研究和应用虚拟教室时,还需考虑与传统教室、非实时教学系统等学习技术、平台的结合。集合不同学习技术、平台进行混合学习将是未来学习方式发展的一种趋势。混合学习试图寻找既能发挥网络学习的优势,同时又能获得最高的效率而投入最低的学习方式。混合学习通过选择“恰当媒体”,找出解决特定教学问题的独特而有效的方法,从而使网络学习能在最合适的地方使用,解决了速度、规模和效果的协调问题。

第四,随着计算机和网络技术的发展,我们还应关注和引进新技术在虚拟教室的应用。人工智能技术、虚拟现实技术等新技术的引入可以提高虚拟教室的交互性、场景真实性以及智能性,能够创设一个能真实模拟课堂教学情境的虚拟教室,提供多通道的、自然的交互方式。此外,我们还可以借鉴网络游戏的激励机制,激发学习者的学习兴趣,给予学习者更强的参与感和沉浸感,从而更有效地促进网上学习。

人工智能教学设计案例范文第5篇

论文摘要:学习对象是教育技术领域的一个全新理念。作为理论，学习对象研究影响教学资源可重用性的各种因素间的最佳结构状态;作为技术，学习对象是教学资源的抽象与封装，教学资源以学习对象的形式存在，教学设计者通过重用学习对象来共享教学资源。本文介绍了学习对象的特征、分类、粒度和元数据语义模型，分析了在教学资源库系统中引入学习对象的优势，讨论了基于学习对象的教学资源库系统中学习对象粒度定位、类的封装与继承及其xML绑定。

一、引言

自20世纪90年代E-Learning逐渐兴起以来，教学媒体发生了改变，教学资源的形态也随之发生了变化，数字化教学资源作为教育信息化背景下的现代教学要素，己经成为支持信息化教学活动的重要基础和保证。

但是，教学资源普遍存在难以重用、互操作性差、共享困难、利用率低下等诸多问题。因此，教学资源的共享与重用越来越引起教育技术学界的关注。受到计算机科学中面向对象思想的深刻影响，学习对象的理念逐渐形成并得以快速发展。

本文探析学习对象的理论及其在共享型专业教学资源库中的应用。

二、学习对象的理论

(一)面向对象思想

20世纪70年代末，针对导致软件危机的根源，即用Von Neumann机求解的问题域结构与解域结构的不一致性，形成了面向对象的思想。

面向对象(Object-oriented ， 00)思想的基本内容是:1、系统由对象组成;2、对象具有标识唯一性且相互关联;3，对象由属性和方法组成，属性刻划了对象的状态，方法刻划了对象的作用、运动及其相互关联;4、对象的属性变化反映了系统的状态变化。5、系统中各个对象之间的相互作用关联，形成对象方法之间的相应动态组合，从而完成系统任务。

80年代，随着OOP的迅速发展，00思想及其方法与技术不仅在软件工程领域得到深人研究和广泛应用，还深刻影响了系统工程、知识工程、人工智能、计算机体系结构等众多领域。到了90年代，00在高度(思维科学)、广度(应用领域)和深度(形式描述)三个维度的研究不断扩展和深人，成为计算机科学的一个研究热点。

(二)学习对象的概念

00思想运用到教育技术领域，提出了可重用教学构件((reusable instructional components)的概念。1994年，H. Wayne Hodgin;在《Learning Architec-tures， API’ s， and Learning Objects》一文中首次使用学习对象(Learning object ， LO)一词来描述这种易组合、可重用的教学构件。

1996年，美国IEEE学习技术标准委员会(LTSC， IEEE P1484)成立。该委员会采纳了学习对象术语，2000年，委员会下设的学习对象元数据工作组(P1484.12)给出了学习对象的一个十分宽泛的定义:学习对象是可以在技术支持学习的过程中被使用、重用或引用的任何数字或非数字的实体。

一些研究机构和学者也相继提出了学习对象的定义，但基本上都是针对上述定义的限制性界定和具体描述，最典型的是:学习对象是支持学习的可重用的数字化资源(any digital resource that can bereused to support learning }。这些限定和描述刻划了学习对象的特性，从而进一步明确了学习对象的含义和范畴。

学习对象概念的三个显著特性是:

1、教学性。学习对象是针对学习而设计、在学习过程中被使用、为达到学习目的而存在的特定实体。

2、可重用。学习对象可以被教学设计者针对不同的教学对象、出于不同的教学目的、基于不同的教学策略、在不同的教学情境下重新组合和重复利用。

3、数字化。学习对象是数字化实体，能够传输和共享。

学习对象概念还具有其它一些特性，如自包含(self-contained)、自足(self-sufficient)、内聚(cohesion) ，可聚合(can be aggregated)、互操作(interoperable)等，但教学性、可重用、数字化是最重要的三个特性。教学性是学习对象的首要任务，可重用是学习对象的核心目标，数字化是学习对象与传统教学资源的根本区别。

(三)学习对象与教学资源

建立在非数字化教学媒体基础上的传统教学资源，其形态是固化的、物化的和静态的。随着信息技术的发展和信息技术教育应用的普及，以网络为载体、以多种媒体来呈现的数字化教学资源，从一开始就表现出传统教学资源所无法比拟的巨大优势，并逐渐成为教学资源的主流形态。但是，仅仅只是教学资源的形态发生变化还远远不够，这是因为:1、它所包含的教学内容(或教学材料)仍然是固定的，难以被教学设计者解构和重组;2、它不具备一致的组织结构及其描述信息，难以互操作和共享。

学习对象是教学资源的抽象与封装，教学资源以学习对象的形式存在，教学设计者通过重用学习对象来共享教学资源。因此，学习对象是构件化的教学资源，能有效的检索、发现、管理、重用和共享，具有现代教学资源的全部特征。

(四)学习对象的分类

学习对象的内在固有特性包括:组合元素的个数、内含对象的类型、可重用的构件对象、一般功能、外部依赖性、逻辑类型、不同情境下可重用的潜力、同一情境下可重用的潜力。学习对象按上述固有特性分为5类:基本型((fundamental)、组合封闭型(tom-biped-closed)、组合开放型(combined-open)、生成呈现型(generative-presentation)和生成教学型(genera-tive-instructional)}Z}o

学习对象按组织结构分为原子、集合、线性、层次和网状类型叭按聚合度分为4个聚合层次。

(五)学习对象的粒度

粒度(granularity)是关于对象的大小、尺度及其详细程度等特征的描述。学习对象的粒度决定了学习对象的重用频率与效率，粒度过大会降低重用频率，粒度过小则会降低重用效率。

一方面，根据00思想，对象的粒度要满足“高内聚，低藕合”。另一方面，学习对象不同于软件工程学中的抽象数据类型，教学性是其首要特性，因此，学习对象的粒度要以能表达一定独立教学意义为原则。

(六)学习对象元数据

元数据是关于数据的数据，用于描述数据的属性。学习对象元数据(Learning objects metadata ， LOM)的作用在于，为教学设计者和学习者查找、获取、使用、评价、互换、共享、管理学习对象提供支持。学习对象元数据是学习对象的关键技术之一。

目前，国际上相对完备的LOM标准是IEEE((Draft Standard for Learning objects metadata}) (IEEEP1484.12.1)a IEEE LOM标准定义了学习对象的一个语义模型，其结构是一个4层语义树。该语义模型将学习对象的属性组合成9类，分别是:general ， lifecycle ， meta-metadata ，technical ， education } rights ， rela-tion ，annotation ，classification。该语义模型的数据元素分为必须数据元素(mandatory data element)与可选数据元素(optional data element)，全体必须数据元素组成LOM核心集，全体可选数据元素组成LOM可选集。特别的，第9类数据元素classification组成LOM分类扩展集，为特定领域的学习对象提供了一个简单的扩展机制。

我国《教育资源建设技术规范》是IEEE LOM标准在教学资源领域的扩展和本土化。《教育资源建设技术规范》以LOM核心集为基础，抽取LOM可选集的一个必要子集，利用LOM分类扩展集对九类教学资源规定了扩展属性。

三、基于学习对象的教学资源库

教学资源库是面向教学的教学资源数据库系统，它利用信息技术对教学资源进行开发与整合，以计算机网络为传输载体与共享手段，实现优质教学资源的共建共享。教学资源库是示范性高等职业院校的主要建设内容之一，它主要包括专业教学目标与标准、精品课程体系、教学内容、实验实训、教学指导、学习评价等要素。

基于学习对象的教学资源库是指:基于学习对象所包含的教学设计理论、面向对象思想、可重用性核心理念，运用学习对象的元数据技术和面向对象的程序设计技术，描述、组织、管理、、运用教学资源的数据库系统。

基于学习对象的教学资源库具有以下优势:

第一，由于学习对象的可重用性，在学习对象理论指导下构建的教学资源库能以最大效度提高资源的使用效率;

第二，由于学习对象元数据的标准性，使教学资源的分类组织及其特征描述符合一定规范，同时也是资源数据库的设计依据;

第三，由于学习对象的潜在智能性，在某种教学策略或认知策略的引导下，系统能够自适应教学目标并生成相应的学习对象序列，从而使系统具有一定程度的智能化或通过结构实现智能。

(一)教学资源的分类

教学资源按内容可分为三大类，即标准类、素材类和课程类，其中素材类和课程类属于学习对象。各类教学资源界定如下:

1标准类包括职业标准、岗位能力标准、人才培养方案和课程标准等。

(1)职业标准是根据职业的活动内容，对从业人员工作能力水平的规范性要求。

(2)岗位能力是从业人员在具体工作岗位上应具备的能力，是职业能力的具体化。岗位能力标准一般从普通岗位能力、基本岗位能力、核心岗位能力三个层面描述工作岗位的能力体系，每个层面由若干能力素质类别构成，每一类别根据行为表现的不同而划分为多个级别，每个级别代表不同处理事件能力的程度。

(3)人才培养方案是人才培养目标与培养规格的具体化、实践化表现形式，是学校实施人才培养工作的指导性文件，是组织教学和进行教学管理的主要依据。人才培养方案包括培养目标、培养规格、培养模式、课程目标、课程体系、实践实训教学体系、学习评价等方面的内容。 (4)课程标准是教材编写、教学实施、评价测量的依据，是学校管理和评价课程的基础。课程标准阐述课程的性质、价值与功能，明确三个维度(知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观)的课程总目标和学段目标，描述学习领域的内容标准和学习目标(结果性目标和体验性目标)，给出实施建议(教与学建议、教材编写建议、评价建议、课程资源开发与利用建议等)。

2.素材分为媒体素材、试题、试卷、课件、案例、常见问题解答、文献资料、资源目录索引等。

(l)媒体素材是传播教学信息的基本材料单元，素材类型分为文本、图形图像、音频、视频、动画五大类。

(2)试题是测试中使用的问题、选项、正确答案、得分点和输出结果等的集合。题库是按照一定的教育测量理论，在数据库系统中实现的试题集合。

(3)试卷是用于测试的典型成套试题。

(4)课件是针对若干知识点实施相对完整教学的软件。

(5)案例是指由各种数字媒体元素组合表现的有现实指导意义和教学意义的代表性事件或现象。

(6)常见问题解答是针对某一领域最常出现的问题给出的全面解答。

(7)文献资料是有关教育教学方面的政策、法规、条例、规章制度和专业文章、书籍、音像资料、事件记录等。

(g)资源目录索引是某一领域中相关的网络资源URL链接和非网络资源的索引气

3.课程类包括网络课程、精品课程、课程包等。

(1)网络课程是通过网络表现的某专业的教学内容以及所实施的教学活动的总和，包括按一定的教学目标、教学策略组织起来的教学内容和网络教学支撑环境。

(2)精品课程是指具有“五个一流”的示范性课程，即具有先进的教育思想、丰富新颖的教学内容、精湛的教学艺术、现代化的教学手段、严格的教学管理及评价等特点的示范性课程。“精品课程要使用网络进行教学与管理”，从这个意义上讲，精品课程的网络表现形式是网络课程。

(3)课程包是针对课程实施完整教学的软件。

(二)学习对象粒度的定位

教学资源的上述分类是依据内容分类，因此，学习对象的粒度取决于教学内容的规模。

知识点是教学内容的核心单元，知识点之间的关联关系体现了知识体系的内在联系，所以知识点及其关联关系是构建完整知识体系的基础。同时，一个知识点又是具有原子特性的不可分单元。因此，知识点属组合封闭型，围绕一个知识点的相关素材属基本型，由关联知识点组成的课程属生成教学型。

设计学习对象时，其粒度定位如下:

1、单个课件被一个学习对象封装;

2、其它素材类教学资源按照知识点分组，每个分组被一个学习对象封装;

3、一门课程对应一个学习对象序列。

(三)学习对象类的封装与继承

将教学资源分类后，提取每一类教学资源的共性特性和个性特性，这些特性在基于学习对象的教学资源库系统内部定义为一个抽象数据类型--一学习对象类(Learning objects class，LOC)。 LOC是教学资源在系统内部的抽象与封装，每个具体的教学资源是LOC的一个实例。

LOC与LOM都是教学资源的抽象与封装，LOC用于系统内部对教学资源的各种加工处理，LOM用于系统对外呈现教学资源，LOC与LOM是动态对应的。

位于顶层的LOC是一个抽象类，它的属性与必须数据元素一一对应，方法至少包括构造器、set，get等方法。各类LOC继承顶层类，重载顶层类的属性与方法，其扩展属性与可选数据元素、分类数据元素一一对应，属性的赋值可以在构造时通过构造器由元数据库中初始读取，也可以通过set方法由元数据库中动态读取。

为了实现学习对象的序列化和智能，还要考虑LOC实例的持久化，在LOC实例的整个生存周期内保持有状态会话。

(四)学习对象元数据的XML绑定

为了实现元数据的XML绑定，基于学习对象的教学资源库系统需要具备:1、一个完备的资源命名空间;2、一套完整的XML标记，并通过DTD约束以符合规范，使用XSL设置显示格式;3、元数据字典和元数据编辑器等元数据管理工具;4，XML文档生成器。

注册教学资源时，在元数据字典和元数据编辑器向导下，提取教学资源的元数据，创建相应的LOC实例，存储到元数据库。教学资源时，XML文档生成器读取元数据库，用XML描述、封装元数据，生成XML文档格式的虚拟资源库。

四、结束语