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基于Client/Server 的课件系统的设计与实现

作者:未知 来源:应用文写作网 加入时间:2005-12-29 月光软件站

基于Client/Server 的课件系统的设计与实现
作者:王昌达--江苏理工大学计算机科学系(江苏镇江)
摘 要:本文讨论基于Client/Server的智能计算机辅助教学(ICAI)的实现技术,据此采用VB、SQL Server、IIS等开发平台,建立了一个用于高等数学教学的ICAI试验系统。

关键词:Client/Server CAI ICAI 课件

The Development Techniques for Client/Server-based ICAI System

Wang Changda

Department of Computer Science, JiangSu University of Science and Technology

(ZhengJiang JiangSu Province 212003)

Abstract: The paper discussed the development techniques of implementation of Client/Server-based ICAI system. By using the platforms of VB, SQL Server and IIS, a network ICAI prototype system for advance mathematics teaching is developed.

Abstract: The paper discussed the development techniques of implementation of Client/Server-based ICAI system. By using the platforms of VB, SQL Server and IIS, a network ICAI prototype system for advance mathematics teaching is developed.

Key Words: Client/Server CAI ICAI Courseware Client/Server CAI ICAI Courseware

1 引言

传统的CAI课件系统是在单机上将全部教学内容,以编程的方式预置于课件中。学生学习时,教学过程是按课件规定的路径和内容展开的。由于缺乏必要的通信手段和智能特性,无法实现任课教师与学生之间的交互,和按学生的不同认知能力准备教案的因材施教教学。随着计算机网络技术的日臻成熟,人工智能在专家系统领域取得的成功,它们为CAI的发展提供了新的空间。我们认为CAI的发展方向在于网络化、智能化。


2 ICAI的评价标准

智能计算机辅助教学系统(Intelligence Computer Assisted Instruction——ICAI)具有如下的一些特征[1]:

① 能自动生成各种问题与练习;

② 根据学生的学习水平与学习情况选择与调整学习的内容和进度;

③ 在了解教学内容的基础上自动解决问题,生成解答;

④ 具有自然语言生成与理解能力,以便实现比较自由的教学问答系统以提高人机交互的主动性;

⑤ 对教学内容有解释咨询能力;

⑥ 能诊断学生错误,分析原因并采取纠正措施;

⑦ 能评价学生的学习行为;

⑧ 能评价教师的教学行为[2]。

具备上述全部特征的ICAI系统是完美的,但实现是困难的。一般认为只要具备上列一个或几个特征,就可以称之为ICAI。

3 实现技术

3.1 Client/Server的实现

将用于教学的内容、刻画学生的认知模型所必需的数据资料保存在Server端。教师在教研室通过Client,负责实现对Server端教学内容的更新与维护。学生在多媒体教室通过Client与Server相连,实现对教学内容的学习,学习结束后,学生客户端软件将依据学生对知识点的掌握情况,为其自动修改认知模型。督导人员在教务处通过Client与Server相连,实现对教学过程的监督与引导。

3.2 认知模型的建立

ICAI强调要按学生不同的认知模型,为其准备不同的教学内容,用以实现个别化教学与启发式教学。受认知心理学与教育学发展的制约,目前还无法准确地建立出单个人的认知模型。

我们粗略地将学生的认知模型,按其不同的认知能力分成高、中、低三类。同一内容的教案也按高、中、低三中难度组织,分别提供给具有相应认知能力的同学学习使用。学生在学习完每节的教学内容后,系统将要求他回答一定数量的相关问题,并根据其回答问题的准确率,确定他的新认知模型。



3.3 智能化教学过程的实现

我们借鉴专家系统的设计方法,实现ICAI课件系统中的智能功能。在该系统中组织了相应的规则库、事实库(学习历史纪录库)和推理实现机制,如图1所示。下面对推理实现机制做简要的介绍。规则库由册、章、节、超文本教案地址、阀值及多个前提组成,反映对该节的学习应满足的前提条件。学习历史库由册、章、节、认知等级、已学次数组成,反映学生对该节的认知能力。规则库的内容由教师负责修改。学生的学习历史纪录,在库中按每个人一张表组织,其内容在每次学习之后,由学生客户端软件依据该生对知识点的掌握情况自动修改。推理过程由专用的推理模块,按规则库提供的规则与学生学习历史纪录库提供的事实做出判断。我们通过学生在每节教学内容学习完成之后,对所附习题回答的准确率,将其认知能力划分成高、中、低三个层次,并将这个结果保存在学生学习历史纪录库中。学生下一次使用该系统进行学习时,该系统会按其不同的认知能力,为他准备相应难度的教学内容。不难看出,这种对认知能力的衡量是动态的。若学生不想按系统默认的进度学,则要求学生自行选择学习内容。若所选内容已经学过,则根据其当时所获得的等级为他准备学习内容;否则将视规则库及学习历史纪录中的内容,判断其是否可学而定。例如:规则库中限定在学习第一章第一节之前不能学习第一章第二节,某生试图越过第一章第一节学习第一章第二节时,系统会给出警告。为了使学生能在系统的控制下学习,无论是高、中、低难度的教案均是一节一个超文本文件,其中不含有链。


3.3.1 阀值的给定

当学生完成对某一节的内容学习之后,回答系统提问所得的分数小于该节所具有的阀值时,系统并不会将该节标志为已学。所以该生下次登录时,系统将强制他对该节的内容进行重新学习。通常,那些在本学科中具有特殊重要地位的章节具有较高的阀值。下面给出评价某一节在本门课中的重要程度的方法:

Important(N)=IN(N)+OUT(N)

Important(N)——第N节(将全书中的节以流水形势编排号码)知识在本课程中的地位;IN(N)——本课程中,其余节知识中对第N节的知识有影响的个数之和;OUT(N)——本课程中,第N节知识影响其余节知识的个数之和。当对本课程中所有的Important(N)计算完成后,即可据此给出某一节的阀值。阀值Valve(N)以百份数形势表示,小于1且与Important(N)成正比。

设Right(N)表示某生在学习完第N节的知识后,回答系统所提问题的准确率。变量Ruler=1-Valve(N)。给定认知模型的修改规则如下:

If Right(N) If Valve(N)≤Right(N) If Valve(N)+Ruler*(1/3)≤Right(N) If Valve(N)+Ruler*(2/3)≤Right(N) Then 认知能力定为“高”

3.3.2 系统的安全技术

由于ICAI会针对用户不同的认知模型(高、中、低)准备不同的教学内容,所以为确保对用户认知模型刻画的准确程度,要求学生在使用学生客户端软件时,需用自己的姓名和口令向系统登记。当验正该生是系统的合法用户后,将到学生资料库中读取相应的资料,送给ICAI的分析模块用以构建该生的认知模型,作为教学的依据。如不是系统的合法用户,将要求学生进行简单的注册,如实填写部分信息后成为系统的合法用户,并在学生资料库中为其分配一个缺省值,作为他第一次使用该系统时构建认知模型的依据。

用户初次登录时,口令即为用户名,登录成功后系统立即要求对当前缺省口令进行修改。以后,用户能对自己的口令做任意的修改。

3.3.3 教学评价

我们用下述方法实现了对学生个人学习水平的评价。n:该系统用户的总人数;Xi:第i个学生的考试成绩。

定义:



由定义知,S是学生整体成绩的标准差。Zi反映了第i个学生 的成绩与平均成绩的差是标准差的几倍。用Zi来衡量考试成绩不会受考卷难度值的影响,比Xi更有说服力。因为标准分(Zi)是一种参考零点(平均分)位置固定、单位长度(标准差)一样的统计量。不同次测验的原始分数换算成标准分后,就可以做互相比较。如某生两次测验的成绩原始分数分别为:80、90,标准分分别为2.5、2。不能由第二次考试的原始分比第一次高而断定该生的学习进步了,正确的断言是:因为第二次考试的标准分比第一次低,所以该生学习成绩退步了。经验表明,标准分的数值一般在-3~+3间。当标准分数值为正时,表示其学习水平在团体水平值上;反之,则表明学习水平在团体之下。


4 一个试验性系统

我们根据上述思想建立了一个基于Client/Server模式,用于高等数学教学的ICAI试验系统。该系统的Server端采用SQL Server 6.5组织管理“学生库”(用来存放学生资料、答题档案、学习历史纪录)和“知识库与规则库”(含问题库、试题库、规则库、通讯库与试卷备份库)。用于教学的教案被组织成超文本形势,由服务器上运行的Windows NT Server 的IIS(Internet Information Server)管理。Client端采用VB 5.0中文企业版作为开发平台。

它的主要特点是具有智能性,技术先进、结构清晰、交互能力强、界面友好、操作方便、扩充性强等。提供给学生学习的内容采用先进的超媒体组织结构,利用WWW上处理图、文、声、像等多媒体数据的能力和优势,并配有鼠标选中区域高亮、背景声效等多种形式化的表现方式,使设计出的系统以生动、灵活、逼真的方式吸引学生学习《高等数学》,充分调动学生学习的积极性和主动性,加深学生对课程的印象及重点、难点的理解。在试验班级中取得了良好的教学效果。教师客户端与督导客户端的引入,使学生、教师、督导人员能互通信息,协作教学,故该系统具有很强的生命力与实用性。


参考文献

1、 周竹荣、张小真,ICAI与超文本的综合集成,计算机研究与发展,Vol.35,No.8 Aug.1998

2、 王昌达,基于Client/Server的CAI课件系统的设计与实现,1999年江苏理工大学硕士学位论文,指导教师詹永照副教授

3、 陈颖、何钦铭、王申康,基于超文本结构的智能计算机辅助教学系统,计算机研究与发展,Vol.35,No.5 May.1998

4、 Stephen Wynkoop,Special Edition Using Microsoft SQL Server 6.5 Second Edition,Copyright 1997 By Que Corporation



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