基于Client/Server 的課件系統的設計與實現
摘要：本文討論基于Client/Server的智能計算機輔助教學（ICAI）的實現技術，據此采用VB、SQLServer、IIS等開發平臺，建立了一個用于高等數學教學的ICAI試驗系統。關鍵詞：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
傳統的CAI課件系統是在單機上將全部教學內容，以編程的方式預置于課件中。學生學習時，教學過程是按課件規定的路徑和內容展開的。由于缺乏必要的通信手段和智能特性，無法實現任課教師與學生之間的交互，和按學生的不同認知能力準備教案的因材施教教學。隨著計算機網絡技術的日臻成熟，人工智能在專家系統領域取得的成功，它們為CAI的發展提供了新的空間。我們認為CAI的發展方向在于網絡化、智能化。
2ICAI的評價標準
智能計算機輔助教學系統（IntelligenceComputerAssistedInstruction——ICAI）具有如下的一些特征[1]：
①能自動生成各種問題與練習；
②根據學生的學習水平與學習情況選擇與調整學習的內容和進度；
③在了解教學內容的基礎上自動解決問題，生成解答；
④具有自然語言生成與理解能力，以便實現比較自由的教學問答系統以提高人機交互的主動性；
⑤對教學內容有解釋咨詢能力；
⑥能診斷學生錯誤，分析原因并采取糾正措施；
⑦能評價學生的學習行為；
⑧能評價教師的教學行為[2]。
具備上述全部特征的ICAI系統是完美的，但實現是困難的。一般認為只要具備上列一個或幾個特征，就可以稱之為ICAI。
3實現技術
3.1Client/Server的實現
將用于教學的內容、刻畫學生的認知模型所必需的數據資料保存在Server端。教師在教研室通過Client，負責實現對Server端教學內容的更新與維護。學生在多媒體教室通過Client與Server相連，實現對教學內容的學習，學習結束后，學生客戶端軟件將依據學生對知識點的掌握情況，為其自動修改認知模型。督導人員在教務處通過Client與Server相連，實現對教學過程的監督與引導。
3.2認知模型的建立
ICAI強調要按學生不同的認知模型，為其準備不同的教學內容，用以實現個別化教學與啟發式教學。受認知心理學與教育學發展的制約，目前還無法準確地建立出單個人的認知模型。
我們粗略地將學生的認知模型，按其不同的認知能力分成高、中、低三類。同一內容的教案也按高、中、低三中難度組織，分別提供給具有相應認知能力的同學學習使用。學生在學習完每節的教學內容后，系統將要求他回答一定數量的相關問題，并根據其回答問題的準確率，確定他的新認知模型。
3.3智能化教學過程的實現
我們借鑒專家系統的設計方法，實現ICAI課件系統中的智能功能。在該系統中組織了相應的規則庫、事實庫（學習歷史紀錄庫）和推理實現機制，如圖1所示。下面對推理實現機制做簡要的介紹。規則庫由冊、章、節、超文本教案地址、閥值及多個前提組成，反映對該節的學習應滿足的前提條件。學習歷史庫由冊、章、節、認知等級、已學次數組成，反映學生對該節的認知能力。規則庫的內容由教師負責修改。學生的學習歷史紀錄，在庫中按每個人一張表組織，其內容在每次學習之后，由學生客戶端軟件依據該生對知識點的掌握情況自動修改。推理過程由專用的推理模塊，按規則庫提供的規則與學生學習歷史紀錄庫提供的事實做出判斷。我們通過學生在每節教學內容學習完成之后，對所附習題回答的準確率，將其認知能力劃分成高、中、低三個層次，并將這個結果保存在學生學習歷史紀錄庫中。學生下一次使用該系統進行學習時，該系統會按其不同的認知能力，為他準備相應難度的教學內容。不難看出，這種對認知能力的衡量是動態的。若學生不想按系統默認的進度學，則要求學生自行選擇學習內容。若所選內容已經學過，則根據其當時所獲得的等級為他準備學習內容；否則將視規則庫及學習歷史紀錄中的內容，判斷其是否可學而定。例如：規則庫中限定在學習第一章第一節之前不能學習第一章第二節，某生試圖越過第一章第一節學習第一章第二節時，系統會給出警告。為了使學生能在系統的控制下學習，無論是高、中、低難度的教案均是一節一個超文本文件，其中不含有鏈。
3.3
.1閥值的給定
當學生完成對某一節的內容學習之后，回答系統提問所得的分數小于該節所具有的閥值時，系統并不會將該節標志為已學。所以該生下次登錄時，系統將強制他對該節的內容進行重新學習。通常，那些在本學科中具有特殊重要地位的章節具有較高的閥值。下面給出評價某一節在本門課中的重要程度的方法：
Important（N）=IN（N）+OUT（N）
Important（N）——第N節（將全書中的節以流水形勢編排號碼）知識在本課程中的地位；IN（N）——本課程中，其余節知識中對第N節的知識有影響的個數之和；OUT（N）——本課程中，第N節知識影響其余節知識的個數之和。當對本課程中所有的Important（N）計算完成后，即可據此給出某一節的閥值。閥值Valve（N）以百份數形勢表示，小于1且與Important（N）成正比。
設Right（N）表示某生在學習完第N節的知識后，回答系統所提問題的準確率。變量Ruler=1-Valve(N)。給定認知模型的修改規則如下：
IfRight(N)IfValve(N)≤Right(N)IfValve(N)+Ruler*(1/3)≤Right(N)IfValve(N)+Ruler*(2/3)≤Right(N)Then認知能力定為“高”
3.3.2系統的安全技術
由于ICAI會針對用戶不同的認知模型（高、中、低）準備不同的教學內容，所以為確保對用戶認知模型刻畫的準確程度，要求學生在使用學生客戶端軟件時，需用自己的姓名和口令向系統登記。當驗正該生是系統的合法用戶后，將到學生資料庫中讀取相應的資料，送給ICAI的分析模塊用以構建該生的認知模型，作為教學的依據。如不是系統的合法用戶，將要求學生進行簡單的注冊，如實填寫部分信息后成為系統的合法用戶，并在學生資料庫中為其分配一個缺省值，作為他第一次使用該系統時構建認知模型的依據。
用戶初次登錄時，口令即為用戶名，登錄成功后系統立即要求對當前缺省口令進行修改。以后，用戶能對自己的口令做任意的修改。
3.3.3教學評價
我們用下述方法實現了對學生個人學習水平的評價。n：該系統用戶的總人數；Xi：第i個學生的考試成績。
定義：
由定義知，S是學生整體成績的標準差。Zi反映了第i個學生的成績與平均成績的差是標準差的幾倍。用Zi來衡量考試成績不會受考卷難度值的影響，比Xi更有說服力。因為標準分（Zi）是一種參考零點（平均分）位置固定、單位長度（標準差）一樣的統計量。不同次測驗的原始分數換算成標準分后，就可以做互相比較。如某生兩次測驗的成績原始分數分別為：80、90，標準分分別為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習進步了，正確的斷言是：因為第二次考試的標準分比第一次低，所以該生學習成績退步了。經驗表明，標準分的數值一般在-3~+3間。當標準分數值為正時，表示其學習水平在團體水平值上；反之，則表明學習水平在團體之下。
4一個試驗性系統
我們根據上述思想建立了一個基于Client/Server模式，用于高等數學教學的ICAI試驗系統。該系統的Server端采用SQLServer6.5組織管理“學生庫”（用來存放學生資料、答題檔案、學習歷史紀錄）和“知識庫與規則庫”（含問題庫、試題庫、規則庫、通訊庫與試卷備份庫）。用于教學的教案被組織成超文本形勢，由服務器上運行的WindowsNTServer的IIS（InternetInformationServer）管理。Client端采用VB5.0中文企業版作為開發平臺。
它的主要特點是具有智能性，技術先進、結構清晰、交互能力強、界面友好、操作方便、擴充性強等。提供給學生學習的內容采用先進的超媒體組織結構，利用WWW上處理圖、文、聲、像等多媒體數據的能力和優勢，并配有鼠標選中區域高亮、背景聲效等多種形式化的表現方式，使設計出的系統以生動、靈活、逼真的方式吸引學生學習《高等數學》，充分調動學生學習的積極性和主動性，加深學生對課程的印象及重點、難點的理解。在試驗班級中取得了良好的教學效果。教師客戶端與督導客戶端的引入，使學生、教師、督導人員能互通信息，協作教學，故該系統具有很強的生命力與實用性。
參考文獻
1、周竹榮、張小真，ICAI與超文本的綜合集成，計算機研究與發展，Vol.35,No.8Aug.1998
2、王昌達，基于Client/Server的CAI課件系統的設計與實現，1999年江蘇理工大學碩士學位論文，指導教師詹永照副教授
3、陳穎、何欽銘、王申康，基于超文本結構的智能計算機輔助教學系統，計算機研究與發展，Vol.35,No.5May.1998
4、StephenWynkoop，SpecialEditionUsingMicrosoftSQLServer6.5SecondEdition，Copyright1997ByQueCorporation
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