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The Design and Development of Electronic Homework

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The Design and Development of Electronic Homework Powered By Docstoc
					The Design and Development of an
    Intelligent Tutoring System
      智能教學軟件
         的
       設計與發展

               李芳樂
      香港中文大學課程及教學學系
•   為什麼要應用資訊科技於教育
•   現存的資訊科育模式
•   資訊科技如何達到教與學的目的
•   人工智能與資訊科技教學
•   智能教學軟件與識知心理學
•   電子家課的設計
•   相關技術
•   效果與期望
 為什麼要應用資訊科技於教育
• 適應個別差異, 適合作個別教授,輔導
 – 電腦輔助教學軟件
 – 個別學習與合作學習
• 對學生要求的轉變:
 – 資訊發達,知識瞬息萬變, 學生必須具備自學能力, 解難能
   力, 終身學習的習慣, 與別人溝通的能力, 以應付將來的社
   會.
 – 現存的教育模式並不能提供這種機會
• 教師角色的轉變:
 – 網上資源豐富, 教師再不是主要的知識的主要來源, 引致角
   色的改變, 從知識提供者 (Provider) 轉為 輔助者
   (Facilitator).
    現存的資訊科育模式
• 電腦輔助教學
 – 教學工具
  • 包括Word, Excel, 數學計算, 繪圖軟件,資源庫,地
    圖集等
  • 優點是方便, 節省時間, 空間.
  • 缺點是只能作輔助工具, 須由教師指導才能使用
 – 模擬軟件
  • 模擬真實環境, 讓學生自由摸索,從中學習.
  • 例子包括SimIsland, 一些物理, 數學繪圖軟件
    (Sketchpad).
  • 優點: 學習更為深入;學生可以在安全環境下探索.
  • 缺點: 缺乏動機的學生得益不大
• 傳統電腦輔助教學軟件
 – 電子書本,黑板, 輔以聲光畫及練習.
 – 作用是以聲光畫引起學生的學習動機, 再以
   大量的練習以提高學生的成績.
 – 缺點為對學生的錯誤不能作出適當的指引;
   不注重概念的學習.
  資訊科技如何達到教與學的目的
                   技能習得skill
 學習並非單             acquisition: 學習是要
 方向的資訊
 傳遞,而是要
            教師的輔   將描述性知識片段
                   declarative knowledge,
 學生從已有      助工具    經過練習轉變為程序
 知識基礎上             性知識procedural
 建構新的知             knowledge
 識

     建構主義              識知理論
                                  傳統電
模擬性教                              腦輔助
學軟件, 網                            教學軟
上學習                               件
   人工智能與資訊科技教學
建構主義                  識知理論
         人工智能
自由探索                 操練必須熟習部份


          ICAI,ITS
                          CAI
          智能電腦教           電腦輔助軟件
          學軟件, 教學
          系統


 Agent
 代理人
智能教學軟件與識知心理學


教師如何教授   教師如何輔助,改錯
理想中的
電腦教師


因應學生的程度,      如學生學習過程
興趣,將內容以適      中產生錯誤,能
當的節奏,方式傳      夠指出所犯錯誤
授給學生.         ,並協助改正.

       為何犯錯   如何改正
      智能教學軟件
知識如何學習,貯藏,提取
教學能力是什麼?
學生犯錯的原因




               Analyzing
                           What can I
                           do for you?
Intelligent Tutoring System
        智能教學軟件



 識知心               電腦
 理學                科學
            ITS



         科目知識
   電子家課設計目標

• 電腦補習老師: 以協助學生解決
  家課困難.
• 教師助手: 協助教師收集,評改及
  紀錄學生的家課.
 電腦知識            人類知識
            電子
            家課
                 學生的可
 人機介面:           能錯誤
 的設計
                  正確的
 電腦知識與人           學科知識
 類知識互換
                 教師如何協助學
                 生改錯的知識
學生功課錯誤,
紀錄, 統計,分析        如何分辨練習
                 題目的深淺
       電子家課的使用過程

教師輸入家課題目
貯入磁碟
分派給學生
            Electronic
            Homework




 lc n
Ee tro ic
 o eo
Hmwrk
學生在家裏在電腦導師的指導下做功課

         你剛才輸入的這一段, 由於…

         的關係,所以有點偏差, 請參
         考…., 下面是一個例子:
教師用電腦檢核學生家課

學生這次的表現一般還不錯,
但在這裏稍為差一點,我是不
是應該在下一課加強一下.


        Electronic   Electronic   Electronic
        Homework     Homework     Homework
        Student A    Student B    Student C



        Electronic   Electronic   Electronic
        Homework     Homework     Homework
        Student D    Student E    Student F
      學生家課記錄

                  No. of Qs.
No.    Name                    Errors
                   correct
1     Student 1       7          1
2     Student 2       4          2
3     Student 3       5          1
4     Student 4       6          2
           學生犯錯報告

No.           Errors           Ss made this
                                  error

1     log(A+B)=log A + log B       1;3

2     log(AB)=(log A)*B            2;4
  電子家課如何協助教師
• 節省評分及改卷的工作
• 即時產生的學生表現記錄及錯誤記錄幫
  助教師了解個別學生及整體的表現, 從而
  改善教學工作.
  電子家課如何協助學生
• 將練習題編排,由淺入深,引發學生的學習
  動機.
• 學生個別練習時可以得到即時的診斷及
  回饋
• 當需要時,電腦可即時提供協助.
• 電腦可按學生表現而提供適當的練習
• 學生稍有犯錯,電腦即時作出提示.因此學
  生可以避免學到錯誤的概念.
     電子家課背後的研究
• 學生錯誤分析
 – 測驗, 面談,整理成為549誤則(Mal-rule),例如
   log(2+3)->log2+log3
 – 分類歸納成為5原誤則(Primary Mal-rule),探
   究原誤則形成的原因
• 協助學生改錯的研究
 – 根據原誤則的成因,加上經驗教師的意見,形
   成一方法 (Conceptual Dissonance),
 – 實驗結果證明比較其他方法較優,
• 排序: 實驗找出影響題目深淺的原因, 輸
  入電腦系統, 預測結果與實驗結果相若.
       EH
               電子家課的組成部份


教師助手        電腦導師

 解題模塊       題目排列模塊   專家模組
            即時提示模塊
            診斷模塊     學生模組
家課評分模塊
            輔導模塊     教導模組
學生錯誤模塊               傳意模組
            人機介面
               所用電腦語言

   EH
                Visual Basic:
                Interface




Amzi Prolog:
Inference
      遇到的困難
• 當前學習理論未能充份解釋學生犯錯的
  原因及如何協助學生改錯
• 需要大量人力物力.
• 學習系統是否有效,受很多因素影響,要證
  明系統是否有效,並不容易.
       未來發展
• 加入聲音,圖畫以提高部份學生的學習興
  趣.
• 加深學習理論,錯誤發生的研究, 以使改錯
  部份更有效率.
• 包含更多的學科領域
• 網絡教學
將來的網上教學:
•電子導師
•電子同學
系統展示
                 例子

  0.4771
          0.4771 4.771
   4.771


2  0.4771 0.9542
                  0.9542  0.602
2  0.301   0.602

				
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