一个具有认知能力的智能课件系统的JAVA实现

 一个具有认知能力的智能课件系统的JAVA实现
林建兵
(福建莆田学院电子信息工程学系，福建莆田351100)
传统的教学课件系统是在单机或服务器上将
全部教学内容，以事先规定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，课件本身缺乏较强的互动性和灵活性，不
能够针对不同能力水平的学生进行因材施教。这
种课件系统由于缺乏必要的通信手段和综合判别
能力即智能特性，无法实现任课教师与学生之间的
交互，和按不同学生的不同认知能力而准备相应的
教案内容进行因材施教。随着计算机网络技术和
应用软件技术的不断发展，利用计算机课件进行互
动陛教学和智能化教学在许多领域取得进展，它们
为计算机在教学上的应用发展提供了新的空间和
手段。众多的专家和学者在智能课件和相关问题
在进行了研究，陈颖、何钦铭等人从超文本的角度
出发对智能计算机辅助教学系统进行了研究 J，
李继云曾经设计了一个智能CAI课件系统，用于
操作系统课程的远程教学 J，张晓清、肖建华等人
通过改进决策树数据挖掘算法而对学生的认知能
力进行了评估，从而实现智能教学 J。张震提出
了一种基于WEB的具有自适应能力的课件模型，
并对相应的开发模式进行了探讨 ，中科院的卫
凯、于兰等人利用知识表达工具概念网络为智能教
学系统构造知识模型，为学生提供个性化的教
学 J。本文将从人类认知能力水平差异出发，构
造具有不同层次认知能力的模型，并利用JAVA语
言设计一具有认知能力的智能教学课件系统，用于
日常的网络教学。由于JAVA语言具备的优异的
网络功能和跨平台的特性，使其对网络上不同的机
器软硬件有广泛的使用性，使得用其开发的智能课
件系统有着互动性强和广泛的平台适应性等如果
采用其他计算机语言进行开发所不可比拟的优
势 引。
1 认知能力水平的确定过程
众所周知，不同的人其认知能力是不一样的。
人的认知能力是一个逐渐发展的过程，在人类的学
习发展过程中，其认知能力得到不同程度的提高。
1．1 认知模型的建立
和传统的课件教学有所不同，智能课件系统强
调要按学生不同的认知能力水平，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能力模型。根据现实的情
况，本文大致将学生的认知能力模型，按其不同的
认知能力水平分成高、中、低三类。同一内容的教
案也按高、中、低三种难度组织，分别提供给具有相
应认知能力的学生学习使用。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，确定他的认知
能力，从而组织相应的教学内容供其学习和使用。
1．2 智能化教学过程的实现
通过借鉴专家系统的设计方法，实现智能课件
系统中的自动识别学生认知能力的功能。在该系
统中包含相应的规则库、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、文本教案、限制值及
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。规则库放置在Server端，学生历史库放置在
Client端。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，
则可以自行选择学习内容。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文件。在实际
应用过程中，根据客户端具体学生的认知能力或该
生的学习历史库，系统将从服务器端调用相应于该
生的教案文件，客户端软件将实现系统的推理机
制，这样可以有效减轻服务器端的压力，为系统的
大量用户使用提供合理的实现办法。


 


下载 (15.69 KB)
半小时前

1．3 认知水平的确定
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限制值时，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
较高的限制值。如何评价某一节课程在本门课中
的重要程度有多种方法，下面利用相关性原理给出
评价某一节在本门课中的重要程度的方法，根据如
下的式子确定某节的重要程度Important：
Important(i)=Imp(i)／Sum—Imp
其中：
Imp(i)=In(i)+Out(i)．
Sum— Imp=Imp(1)+Imp(2)+⋯ +Imp(N)．
Imp(i)——第i节知识在本课程中的重要影响数．
In(i)——本课程中，其余节知识中对第i节的知
识有相关影响的个数之和．
Out(i)——本课程中，第i节知识对其余节知识有
相关影响的个数之和．
Sumjmp—— 本课程各节所有重要影响总数．
当对本课程中所有的Important(i)计算完成
后，即可知道某一节的重要程度。设Right(i)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。根据Important(i)可以给出某一节的
Right(i)的限制值。一般而言，Important(i)的值越
大，其所对应的限制值也越大。再根据学生回答问
题的准确程度，可以确定不同学生的高中低认知水
平。表1列出了认知水平确定的一个具体例子数
据。


 


下载 (20.21 KB)
半小时前

2 智能课件系统的JAVA实现
2．1 系统的关键设计
根据现实情况，智能课件系统采用三层结构的
模式，其中第一层为数据库服务器，第二层为前端
机，前端机主要起着应用服务器的作用，第三层通
常是客户机。通常把用于教学的内容、刻画学生的
认知模型所必需的数据资料保存在数据库服务器，
把具体的数据处理和进程或线程调用的功能放于
前端机，具体的用户使用界面主要在客户机上实
现，系统的结构如图2所示。图中的服务器端包括
数据库服务器和前端机，数据库服务器专门用来存
放智能课件系统相关的数据，前端机用来处理客户
机的请求并从数据库服务器取得相应的数据并通
过线路发给对应的客户机。如果系统的用户数不
是非常多，也可以将数据库服务器和前端机二机合
一
，即由一台机器完成数据库服务器和前端机的所
有功能。


 


下载 (20.05 KB)
3 分钟前

为使智能课件系统有着更广泛的平台适应
性，系统利用JAVA语言进行实现。该系统的服务
器端采用Oracle组织管理学生资料、答题档案、学
习历史纪录、知识库与规则库。用于教学的教案也
存放在服务器端，由JAVA语言编写的服务器端程
序负责处理同客户端的程序进行通讯并对数据库
进行操作。服务器端运行的操作系统平台可以是
基于Windows的服务器操作系统或Linux或Unix
操作系统，客户端也采用JAVA语言作为开发平
台，以实现最大程度适应不同平台的能力。
智能课件系统的主要特点是具有智能性，能够
根据不同学生对不同章节的掌握情况而采取相应
的措施。该系统具有技术先进、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
生学习的内容采用图、文、声、像等多媒体数据，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
式吸引学生学习相关的课程，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。教师和督导人员也能够非常方便对
系统进行及时的内容补充和修改，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。
2．2 系统的通讯措施
在实际的具体应用中，系统的三层结构有两类
不同的工作方式，它们有不同的工作特点。基于客
户／服务器的方式是客户方发出访问请求后，直接
在客户端的事件代码中获取服务方返回的结果；而
对于浏览器／服务器方式的应用则必须在所有客户
方的浏览器发出请求后，服务器通过Web服务器
自有的消息监听线程和另外设计的JAVA应用程
序去获取和处理数据，再把结果传回给相应的客
．
户
端浏览器正确显示。从实现的机制和效率上考虑，
这两类应用不宜共用一条Socket通道。本系统采
用了双Socket通路的办法。在服务方设立两个
Socket端口，分别是10010和1001 1，所有客户端要
分别针对两个端口建立Socket连接。为避免创建
过多线程，并将两类应用端口分开，系统在通道的
使用上作了一些特殊处理，具体情况说明如下：
在系统的客户端，如果是三层结构的第一种方
式，使用客户端10010端口发送消息，使用1001l
口接收数据库访问结果并接收所有其它消息，下面
给出客户端创建和启动线程并和服务器进行通讯
的部分代码。

SOC=new Socket(add—txt．getText()，1234)；

System．out．println(SOC)；

dis=NOW DatalnputStream(SOC．getlnputStream())；

dos=new DataOutputStream(SOC．getOutputStream())；

String infos=new String(”INFO：”)；

String userinfo=name

_ txt．getText()+”：”+

InetAddress．getLocalHost()．toString()；

dos．writeUTF(infos+userinfo)；

client=new Thread(this)；

复制代码
2．3 系统的安全技术
由于智能课件系统会针对用户不同的认知模
型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进行登记。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，送给智能课件系统的分析模块用
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，
系统自动将用户名作为其口令，登录成功后系统立
即要求对当前缺省口令进行修改。以后，用户可以
对自己的口令做任意的修改。
2．4 系统的运行结果
按照上述的设计，对于某一具体的课程，在用
户回答一定数量的问题之后，智能课见系统将确定
该用户的认知能力水平，并组织相应难度的内容供
其练习或进行测试。图3是系统确定用户的认知
能力水平为中级，自动调出相应水平的初级阶段的
练习供用户使用，用户在做完初级阶段的练习后，
还可以进行中级认知能力水平的中级和高级阶段
的练习.


 

下载 (27.57 KB)
1 分钟前



3 结束语
客服模式的智能课件系统的一个不利之处是
需要在每个客户端都要安装客户端软件，这对于普
通用户的使用带来了一定的不方便，也为系统的维
． 护带来了一定的困难。因此可以通过将客服模式
的智能课件系统转变成浏览器服务器的模式，达到
克服上述的缺点，但是浏览器服务器的模式将使得
系统的运行速度下降，而客服模式在速度上是浏览
器服务器的模式所无法比拟的，因此客服模式的智
能课件系统在适时性要求教强的场合具有较大的
竞争力。

(本文来自:www.nba114.com 转载请保留出处)