基于Client/Server 的課件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要：本文討論基于Client/Server的智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（ICAI）的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，據(jù)此采用VB、SQLServer、IIS等開發(fā)平臺(tái)，建立了一個(gè)用于高等數(shù)學(xué)教學(xué)的ICAI試驗(yàn)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：Client/ServerCAIICAI課件
TheDevelopmentTechniquesforClient/Server-basedICAISystem
WangChangda
DepartmentofComputerScience,JiangSuUniversityofScienceandTechnology
(ZhengJiangJiangSuProvince212003)
Abstract:ThepaperdiscussedthedevelopmenttechniquesofimplementationofClient/Server-basedICAIsystem.ByusingtheplatformsofVB,SQLServerandIIS,anetworkICAIprototypesystemforadvancemathematicsteachingisdeveloped.
Abstract:ThepaperdiscussedthedevelopmenttechniquesofimplementationofClient/Server-basedICAIsystem.ByusingtheplatformsofVB,SQLServerandIIS,anetworkICAIprototypesystemforadvancemathematicsteachingisdeveloped.
KeyWords:Client/ServerCAIICAICoursewareClient/ServerCAIICAICourseware
1引言
傳統(tǒng)的CAI課件系統(tǒng)是在單機(jī)上將全部教學(xué)內(nèi)容，以編程的方式預(yù)置于課件中。學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)，教學(xué)過(guò)程是按課件規(guī)定的路徑和內(nèi)容展開的。由于缺乏必要的通信手段和智能特性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)任課教師與學(xué)生之間的交互，和按學(xué)生的不同認(rèn)知能力準(zhǔn)備教案的因材施教教學(xué)。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日臻成熟，人工智能在專家系統(tǒng)領(lǐng)域取得的成功，它們?yōu)镃AI的發(fā)展提供了新的空間。我們認(rèn)為CAI的發(fā)展方向在于網(wǎng)絡(luò)化、智能化。
2ICAI的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)（IntelligenceComputerAssistedInstruction——ICAI）具有如下的一些特征[1]：
�、倌茏詣�(dòng)生成各種問(wèn)題與練習(xí)；
�、诟鶕�(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平與學(xué)習(xí)情況選擇與調(diào)整學(xué)習(xí)的內(nèi)容和進(jìn)度；
③在了解教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上自動(dòng)解決問(wèn)題，生成解答；
�、芫哂凶匀徽Z(yǔ)言生成與理解能力，以便實(shí)現(xiàn)比較自由的教學(xué)問(wèn)答系統(tǒng)以提高人機(jī)交互的主動(dòng)性；
⑤對(duì)教學(xué)內(nèi)容有解釋咨詢能力；
⑥能診斷學(xué)生錯(cuò)誤，分析原因并采取糾正措施；
�、吣茉u(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為；
�、嗄茉u(píng)價(jià)教師的教學(xué)行為[2]。
具備上述全部特征的ICAI系統(tǒng)是完美的，但實(shí)現(xiàn)是困難的。一般認(rèn)為只要具備上列一個(gè)或幾個(gè)特征，就可以稱之為ICAI。
3實(shí)現(xiàn)技術(shù)
3.1Client/Server的實(shí)現(xiàn)
將用于教學(xué)的內(nèi)容、刻畫學(xué)生的認(rèn)知模型所必需的數(shù)據(jù)資料保存在Server端。教師在教研室通過(guò)Client，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)Server端教學(xué)內(nèi)容的更新與維護(hù)。學(xué)生在多媒體教室通過(guò)Client與Server相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生客戶端軟件將依據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，為其自動(dòng)修改認(rèn)知模型。督導(dǎo)人員在教務(wù)處通過(guò)Client與Server相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)過(guò)程的監(jiān)督與引導(dǎo)。
3.2認(rèn)知模型的建立
ICAI強(qiáng)調(diào)要按學(xué)生不同的認(rèn)知模型，為其準(zhǔn)備不同的教學(xué)內(nèi)容，用以實(shí)現(xiàn)個(gè)別化教學(xué)與啟發(fā)式教學(xué)。受認(rèn)知心理學(xué)與教育學(xué)發(fā)展的制約，目前還無(wú)法準(zhǔn)確地建立出單個(gè)人的認(rèn)知模型。
我們粗略地將學(xué)生的認(rèn)知模型，按其不同的認(rèn)知能力分成高、中、低三類。同一內(nèi)容的教案也按高、中、低三中難度組織，分別提供給具有相應(yīng)認(rèn)知能力的同學(xué)學(xué)習(xí)使用。學(xué)生在學(xué)習(xí)完每節(jié)的教學(xué)內(nèi)容后，系統(tǒng)將要求他回答一定數(shù)量的相關(guān)問(wèn)題，并根據(jù)其回答問(wèn)題的準(zhǔn)確率，確定他的新認(rèn)知模型。
3.3智能化教學(xué)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)
我們借鑒專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)ICAI課件系統(tǒng)中的智能功能。在該系統(tǒng)中組織了相應(yīng)的規(guī)則庫(kù)、事實(shí)庫(kù)（學(xué)習(xí)歷史紀(jì)錄庫(kù)）和推理實(shí)現(xiàn)機(jī)制，如圖1所示。下面對(duì)推理實(shí)現(xiàn)機(jī)制做簡(jiǎn)要的介紹。規(guī)則庫(kù)由冊(cè)、章、節(jié)、超文本教案地址、閥值及多個(gè)前提組成，反映對(duì)該節(jié)的學(xué)習(xí)應(yīng)滿足的前提條件。學(xué)習(xí)歷史庫(kù)由冊(cè)、章、節(jié)、認(rèn)知等級(jí)、已學(xué)次數(shù)組成，反映學(xué)生對(duì)該節(jié)的認(rèn)知能力。規(guī)則庫(kù)的內(nèi)容由教師負(fù)責(zé)修改。學(xué)生的學(xué)習(xí)歷史紀(jì)錄，在庫(kù)中按每個(gè)人一張表組織，其內(nèi)容在每次學(xué)習(xí)之后，由學(xué)生客戶端軟件依據(jù)該生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況自動(dòng)修改。推理過(guò)程由專用的推理模塊，按規(guī)則庫(kù)提供的規(guī)則與學(xué)生學(xué)習(xí)歷史紀(jì)錄庫(kù)提供的事實(shí)做出判斷。我們通過(guò)學(xué)生在每節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)完成之后，對(duì)所附習(xí)題回答的準(zhǔn)確率，將其認(rèn)知能力劃分成高、中、低三個(gè)層次，并將這個(gè)結(jié)果保存在學(xué)生學(xué)習(xí)歷史紀(jì)錄庫(kù)中。學(xué)生下一次使用該系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)按其不同的認(rèn)知能力，為他準(zhǔn)備相應(yīng)難度的教學(xué)內(nèi)容。不難看出，這種對(duì)認(rèn)知能力的衡量是動(dòng)態(tài)的。若學(xué)生不想按系統(tǒng)默認(rèn)的進(jìn)度學(xué)，則要求學(xué)生自行選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容。若所選內(nèi)容已經(jīng)學(xué)過(guò)，則根據(jù)其當(dāng)時(shí)所獲得的等級(jí)為他準(zhǔn)備學(xué)習(xí)內(nèi)容；否則將視規(guī)則庫(kù)及學(xué)習(xí)歷史紀(jì)錄中的內(nèi)容，判斷其是否可學(xué)而定。例如：規(guī)則庫(kù)中限定在學(xué)習(xí)第一章第一節(jié)之前不能學(xué)習(xí)第一章第二節(jié)，某生試圖越過(guò)第一章第一節(jié)學(xué)習(xí)第一章第二節(jié)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給出警告。為了使學(xué)生能在系統(tǒng)的控制下學(xué)習(xí)，無(wú)論是高、中、低難度的教案均是一節(jié)一個(gè)超文本文件，其中不含有鏈。
3.3
.1閥值的給定
當(dāng)學(xué)生完成對(duì)某一節(jié)的內(nèi)容學(xué)習(xí)之后，回答系統(tǒng)提問(wèn)所得的分?jǐn)?shù)小于該節(jié)所具有的閥值時(shí)，系統(tǒng)并不會(huì)將該節(jié)標(biāo)志為已學(xué)。所以該生下次登錄時(shí)，系統(tǒng)將強(qiáng)制他對(duì)該節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行重新學(xué)習(xí)。通常，那些在本學(xué)科中具有特殊重要地位的章節(jié)具有較高的閥值。下面給出評(píng)價(jià)某一節(jié)在本門課中的重要程度的方法：
Important（N）=IN（N）+OUT（N）
Important（N）——第N節(jié)（將全書中的節(jié)以流水形勢(shì)編排號(hào)碼）知識(shí)在本課程中的地位；IN（N）——本課程中，其余節(jié)知識(shí)中對(duì)第N節(jié)的知識(shí)有影響的個(gè)數(shù)之和；OUT（N）——本課程中，第N節(jié)知識(shí)影響其余節(jié)知識(shí)的個(gè)數(shù)之和。當(dāng)對(duì)本課程中所有的Important（N）計(jì)算完成后，即可據(jù)此給出某一節(jié)的閥值。閥值Valve（N）以百份數(shù)形勢(shì)表示，小于1且與Important（N）成正比。
設(shè)Right（N）表示某生在學(xué)習(xí)完第N節(jié)的知識(shí)后，回答系統(tǒng)所提問(wèn)題的準(zhǔn)確率。變量Ruler=1-Valve(N)。給定認(rèn)知模型的修改規(guī)則如下：
IfRight(N)IfValve(N)≤Right(N)IfValve(N)+Ruler*(1/3)≤Right(N)IfValve(N)+Ruler*(2/3)≤Right(N)Then認(rèn)知能力定為“高”
3.3.2系統(tǒng)的安全技術(shù)
由于ICAI會(huì)針對(duì)用戶不同的認(rèn)知模型（高、中、低）準(zhǔn)備不同的教學(xué)內(nèi)容，所以為確保對(duì)用戶認(rèn)知模型刻畫的準(zhǔn)確程度，要求學(xué)生在使用學(xué)生客戶端軟件時(shí)，需用自己的姓名和口令向系統(tǒng)登記。當(dāng)驗(yàn)正該生是系統(tǒng)的合法用戶后，將到學(xué)生資料庫(kù)中讀取相應(yīng)的資料，送給ICAI的分析模塊用以構(gòu)建該生的認(rèn)知模型，作為教學(xué)的依據(jù)。如不是系統(tǒng)的合法用戶，將要求學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單的注冊(cè)，如實(shí)填寫部分信息后成為系統(tǒng)的合法用戶，并在學(xué)生資料庫(kù)中為其分配一個(gè)缺省值，作為他第一次使用該系統(tǒng)時(shí)構(gòu)建認(rèn)知模型的依據(jù)。
用戶初次登錄時(shí)，口令即為用戶名，登錄成功后系統(tǒng)立即要求對(duì)當(dāng)前缺省口令進(jìn)行修改。以后，用戶能對(duì)自己的口令做任意的修改。
3.3.3教學(xué)評(píng)價(jià)
我們用下述方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生個(gè)人學(xué)習(xí)水平的評(píng)價(jià)。n：該系統(tǒng)用戶的總?cè)藬?shù)；Xi：第i個(gè)學(xué)生的考試成績(jī)。
定義：
由定義知，S是學(xué)生整體成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)差。Zi反映了第i個(gè)學(xué)生的成績(jī)與平均成績(jī)的差是標(biāo)準(zhǔn)差的幾倍。用Zi來(lái)衡量考試成績(jī)不會(huì)受考卷難度值的影響，比Xi更有說(shuō)服力。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)分（Zi）是一種參考零點(diǎn)（平均分）位置固定、單位長(zhǎng)度（標(biāo)準(zhǔn)差）一樣的統(tǒng)計(jì)量。不同次測(cè)驗(yàn)的原始分?jǐn)?shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)分后，就可以做互相比較。如某生兩次測(cè)驗(yàn)的成績(jī)?cè)挤謹(jǐn)?shù)分別為：80、90，標(biāo)準(zhǔn)分分別為2.5、2。不能由第二次考試的原始分比第一次高而斷定該生的學(xué)習(xí)進(jìn)步了，正確的斷言是：因?yàn)榈诙慰荚嚨臉?biāo)準(zhǔn)分比第一次低，所以該生學(xué)習(xí)成績(jī)退步了。經(jīng)驗(yàn)表明，標(biāo)準(zhǔn)分的數(shù)值一般在-3~+3間。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)值為正時(shí)，表示其學(xué)習(xí)水平在團(tuán)體水平值上；反之，則表明學(xué)習(xí)水平在團(tuán)體之下。
4一個(gè)試驗(yàn)性系統(tǒng)
我們根據(jù)上述思想建立了一個(gè)基于Client/Server模式，用于高等數(shù)學(xué)教學(xué)的ICAI試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的Server端采用SQLServer6.5組織管理“學(xué)生庫(kù)”（用來(lái)存放學(xué)生資料、答題檔案、學(xué)習(xí)歷史紀(jì)錄）和“知識(shí)庫(kù)與規(guī)則庫(kù)”（含問(wèn)題庫(kù)、試題庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、通訊庫(kù)與試卷備份庫(kù)）。用于教學(xué)的教案被組織成超文本形勢(shì)，由服務(wù)器上運(yùn)行的WindowsNTServer的IIS（InternetInformationServer）管理。Client端采用VB5.0中文企業(yè)版作為開發(fā)平臺(tái)。
它的主要特點(diǎn)是具有智能性，技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)清晰、交互能力強(qiáng)、界面友好、操作方便、擴(kuò)充性強(qiáng)等。提供給學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容采用先進(jìn)的超媒體組織結(jié)構(gòu)，利用WWW上處理圖、文、聲、像等多媒體數(shù)據(jù)的能力和優(yōu)勢(shì)，并配有鼠標(biāo)選中區(qū)域高亮、背景聲效等多種形式化的表現(xiàn)方式，使設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)以生動(dòng)、靈活、逼真的方式吸引學(xué)生學(xué)習(xí)《高等數(shù)學(xué)》，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，加深學(xué)生對(duì)課程的印象及重點(diǎn)、難點(diǎn)的理解。在試驗(yàn)班級(jí)中取得了良好的教學(xué)效果。教師客戶端與督導(dǎo)客戶端的引入，使學(xué)生、教師、督導(dǎo)人員能互通信息，協(xié)作教學(xué)，故該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的生命力與實(shí)用性。
參考文獻(xiàn)
1、周竹榮、張小真，ICAI與超文本的綜合集成，計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，Vol.35,No.8Aug.1998
2、王昌達(dá)，基于Client/Server的CAI課件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，1999年江蘇理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，指導(dǎo)教師詹永照副教授
3、陳穎、何欽銘、王申康，基于超文本結(jié)構(gòu)的智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，Vol.35,No.5May.1998
4、StephenWynkoop，SpecialEditionUsingMicrosoftSQLServer6.5SecondEdition，Copyright1997ByQueCorporation
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