C语言智能计算机辅助教学系统模型设计

李春梅（青海大学，西宁，810016）

C语言智能计算机辅助教学系统模型设计

李春梅
（青海大学，西宁，810016）

本文概述了C语言ICAI的总体设计和系统工作流程，并介绍了C语言ICAI的知识库、学生模型和教师模型。

ICAI；认知能力；知识库

0 前言

解放出来，而学生可以自由学习领域知识。

根据《中国教育部教育信息化技术标准（CELTS）》中的定义，ICAI（intelligent computer-aided instruction）系统要具有以下三个作用：学科知识，即领域知识库；记录学习者的学习过程并能客观评价学习者的学习能力，并依照其能力给出建议、改变教学策略，即学生模型；可以选择不同的教学方法实现因材施教，即教师模型。因此，一个ICAI模型包括知识库、教师模型和学生模型三大基本部分。开发ICAI的目的是让计算机代替教师，学生能自主的学习领域知识，如此，可以将教师从繁琐的工作中

1 总体设计

本论文是程序语言C课程为例的进行ICAI系统的设计，其总体结构如下图1：

（1）知识库是用来存放某个领域的专业知识的数据库。本ICAI的知识库包括C程序设计语言课件库和试题库等相关信息。

（2）学生模型中存放有关学习者的各种信息，包括学习者的学号、姓名、性别、班级等相关的个人信息以及可以动态更新的学习情况的记录信息。

（3）教师模型主要包括两个子系统：神经网络和专家系统，神经网络是依据学习者对单元测试或综合测试的结果对学习者的认知能力进行评价，并将评价的结果写入学生模型的认知能力部分作为建议的依据；专家系统是依据学习结果和认知能力对学习者进行下一步学习的建议和意见，包括选择哪种类型的课件和对哪章知识的学习。

（4）学生界面是学习者进入系统的入口，在此界面学习者可以通过知识点导航的选择，决定对哪一章节进行学习的选择。

（5）教师界面是教师或管理者和系统交流的接口。

2 ICAI系统工作流程

本C程序设计语言ICAI系统中的学生模型是采用认知型学生模型。反映了学生对每个章节的知识点的认知情况和整个课程的认知状况。学生者从学生界面登录到系统后，在知识点导航部分选择知识点并按照系统的建议选择某类课件进行学习，学习结束后进行单元测试。初次登录时要求学生者将自己的个人信息输入到学生模型的静态信息部分的存储结构中；并接受初次认知能力评价，建立自己的学生模型库。然后按照认知评价结果的建议选择第一章第一个知识点的某类课件进行学习，然后抽题，进行单元测试，按照测试结果，系统将给出学生的认知能力评价，并将评价值写入学生模型中可更新的动态信息结构中；系统将按照评价值给出下一知识点继续的学习建议或本知识点重新学习的建议，包括建议选择哪类课件学习，并将这些信息写入学生模型，再次进行学生模型的动态更新。直到所有知识点学习完毕，可以进行综合测试，系统按照测试结果给出综合评价值及需要对哪些知识点再次学习的建议并写入学生模型。

3 知识库

3.1知识库

知识库，也叫领域模型，它是某个领域或学科知识的知识库结构，是ICAI系统的基础。本C程序设计语言ICAI知识库主要包括每个章节的三类学习课件和每个章节的单元测试题以及综合测试的综合测试题及其答案。这三类课件的设计均是采用布鲁姆知识分类法进行设计的，包括基础知识讲解类课件，简单习题讲解类课件和高级知识讲解类三类教学课件和对应的三类试题库及其答案。无论是课件的制作还是题库的设计，均依照布鲁姆教育分类法进行设计，进行课件的分类和试题类型的设置，以充分实现因材施教。

3.2学生认知能力

认知能力是个人在重构和应用知识时所具备的能力，它是由美国著名教育心理专家布卢姆在1956年在他的著作《教育目标分类学 ：认知领域》中最先提出来的。他指出认知领域的目标是指知识的结果，包括知识、理解、运用、分析、综合和评价六类。

知识，也就是对知识接受和记忆的能力。在C程序设计语言中，主要表现在对各种C程序设计语言语法的记忆能力。学习C程序设计语言时，学习者在记忆各种概念、理论、过程、函数等的基础上，首先通过多次模仿教材中提供的案例进行强化练习，以增强识记能力也增强理解能力。在试题库中以填空题或选择题的形式呈现。

理解：能将此知识系统化和内在化，能用自己的方式来诠释所获得的信息的能力。具体体现为以下三种形式：一是转换，即用自己的语言或用与以前不同的方式来阐释所学的知识；二是解释，就是对一个信息给以说明或解说；三是推断，就是能利用所学知识对事物发展趋势进行预测。在题型库中多以判断题，选择题、改错题、阅读题等形式出现。

应用：将所学的知识应用于新情况中的能力。在C程序设计语言中，运用C语言编程来解决简单的问题，在题库中多以简单编程题的形式出现。

分析：能宏观把握问题、分析问题的能力，把大的问题进行分解为多个小问题，再对多个小问题进行细化，并找出这些问题之间的联系的能力。在C程序设计语言中，主要在函数、结构体、共用体、文件等章节的学习中体现得比较多。在试题库中也是以较复杂的函数调用关系或循环结构的多层嵌套等问题的解决。

综合：将相关的知识综合起来，形成新模式的能力。在C程序设计语言中，如何把抽象的实际问题，经过分析和细化，把它转化成C语言能够实现的问题。

评价：能够对具体的知识以及知识外化形式的事实、思想和方法作出科学的价值判断，根据已有知识或给定的标准对事物作出评价和鉴定的能力。在C程序设计语言中，主要体现在一题多解的问题中。针对一个问题，可以从多角度进行分析，比较每种方法的优劣等。或者，对一个复杂问题的一个解决方案进行评价其优点和缺点。

一般来说，综合能力，评价能力和应用能力强的学生，识记能力，理解能力和分析能力都是很强的，反之，则不然。

3.3课件库

对于知识点的学习，既要依照大纲要求，又要体现因材施教的目的。依据布鲁姆教育目标分类的方法，我们将各章节的知识点内容制作三类基础知识讲解，简单习题讲解，高级知识讲解存放在课件库中。基础知识讲解类课件，完全按照传统教学模式制作课件，通过此课件的学习让学习者掌握C语言程序设计课程中的基础知识。简单习题讲解类课件，主要是通过习题的剖析，引出基本概念，即，将基本概念融合在习题的过程中，让学生在做题的过程中掌握C程序设计语言总的基本概念、理论等知识。高级知识讲解类课件，每一个章节中选择典型案例进行分析和讲解，这是案例教学法，通过复杂问题的分析讲解，循序渐进地将理论知识溶解在问题中，在问题的解决过程中，掌握知识点的概念、理论并掌握其应用。使学生在刨析问题中学习C语言知识，也培养了解决实际问题的能力，并提高学生的综合和评价认知能力，培养学生的思维方式。

3.4测试

3.4.1题库

题库是知识领域中的一个重要组成部分，试题库结构主要包括，试题编号，所属章节，题型（填空，选择，程序分析，程序改错，程序设计等，综合分析题等），认知类型（识记，理解，分析，应用，综合，评价），难度系数，题目内容，正确答案，分值等。

3.4.2抽题

组卷过程采用遗传算法完成抽题过程。一套卷子里包含N道题，每一题作为为遗传算法中的基因，而一整套试卷为染色体，多套试卷为遗传算法中的种群。

4 学生模型和教师模型

学生模型存放静态信息和动态信息。静态信息是学习者在初次登录系统时自己录入。动态信息中的信息在学习者初次登录时通过测试初步录入一次，在后续每章节的学习过程中，经过单元测试后，依照测试结果不断的进行更新。更新过程是通过和教师模型中的神经网络系统和专家系统之间的不断交互中完成的。

测试结果送入教师模型中的神经网络进行评价，评价结果一方面送入教师模型的专家系统做进一步的分析，给出学习者进一步的学习建议，即实现学生模型的动态更新，另一方面将学习结果和认知能力也写入学生模型中的动态信息中，完成学生模型的动态更新。

周明.基于WEB的数控培训系统的智能化研究［d］.天津大学.2007

Design Of intelligent computer-aided instruction Model For C Language

Li Chunmei
（Qinghai university，Qinghai，xi’ning，810016）

We summarized the general design of the C language ICAI system and its workflow.we introduced the C language knowledge base of ICAI model，student model and teachers.

ICAI；cognitive ability

李春梅（1972—），女，青海西宁人，副教授，硕士，研究方向：人工智能。