智能教学系统：需求分析、功能设计与技术架构

摘 要 深入分析智能教学系统的概念内涵及核心需求，在此基础上阐述智能教学系统的功能设计与技术路线，旨在为当前智慧教育背景下的教学系统设计及教学环境构建提供参考与借鉴。

关键词 智能教学系统；智慧教育；教学需求

中图分类号：G712 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）06-0033-03

1 智能教学系统概念解读

狭义的智能教学系统即ITS（Intelligent Tutoring System），是指借助人工智能技术，在没有教师指导的情况下帮助学习者获取知识和技能，主要指软件系统。而若将其置于智慧教育的大背景下来看，智能教学系统是随着物联网、云计算、移动互联网等新一代信息技术的发展而产生的，是指基于云计算、无线网络和传感技术等，有机整合软件系统和硬件设备，由互动软件与智能化的传感设备、教学设备、终端设备、录播设备、中控设备等硬件设备构成的软硬件一体化的智能教学环境。其典型代表是近年来广受关注的智慧教室。

笔者结合在佛山市禅城区智慧校园项目中的研究实践，认为智能教学系统（环境）是一种“自适应”的学习环境，其核心是以新一代信息技术为手段，捕获、记录、分析学习者风格（包括学习者的能力、兴趣、水平、认知特点），并以学习风格为依据，推送差异化的学习内容，使每位学习者均能在各自的起点水平上获得知识、能力、情感的完善与发展。在学习方式上是以人（教师、学生）为主体，通过人与环境（设备环境、技术环境、资源环境）高效互动，促进知识建构，获得能力发展。

2 智能教学系统的核心需求

即时、便捷的教学资源获取及课堂生成性资源的捕获和存储 为破解课堂教学封闭的现状，应将教学系统资源平台统筹考虑，无缝对接。教师在讲课过程中可根据实际需求，在不打断原有思路的情况下直接进入资源平台，及时获取海量的优质教育资源，实时拓展教学内容，调整教学进度。另一方面，教学系统与资源平台的无缝整合，可将学生的笔记、作业、练习的作答，教师的反思、课件修改等在教学过程中产生的生成性信息实时存入资源库系统，为学生课外的复习、巩固、答疑，教师的观摩、反思提供资源支持，为其专业成长提供有效路径。

教学状态信息的收集、统计与分析，辅助教学决策 教学系统应对学生的学习状态信息进行及时的收集、统计与分析，辅助教师进行教学决策，实时调整扩展教学内容，调整教学进度。同时，系统应基于教学反馈信息的分析，诊断学生学习状态，提供智能化的筛选与分组功能，辅助教师进行分层教学、个性化教学，便于开展基于小组的多种自主学习模式。

为高效互动的课堂教学提供技术支持 互动是任何教学系统都应关注的重要因素。智能教学系统中的互动以教学主体为中心，通过新一代信息技术实现人与设备、资源、环境的多维度互动。智能教学系统可通过图像识别、语音输入、多点触摸等技术实现人与终端的自然互动；通过传感技术实现教学环境（灯光、温度等物理环境）的自适应；通过一体化的系统设计，实现便捷、实时的资源获取；通过实时的信息捕获和无线网络技术，实现教学状态信息的动态跟踪、捕获、分析、反馈；通过富媒体的内容呈现方式，营造情境化的教学环境，增强师生互动的体验感。

为开展以学生为主体的教学提供有效支持 首先，智能教学系统应与资源平台无缝整合，便于学生及时获取海量优质的学习资源，围绕优质资源开展自主学习；其次，系统应提供学习诊断功能，并根据诊断结果施行智能化的分组，为开展以小组为单位的研究性学习、协作学习提供有效支持；最后，系统应提供高效便捷的互动交流、协作分享的工具，为学生开展自主学习提供工具支持。

智能化的课堂实况录播 为支持教师的教学观摩和学生的课外自主学习，可部署智能教学系统，通过智能化的识别与跟踪拍摄技术，在不影响正常教学的情况下，将课堂教学实况完整记录、实时存储、发布，并可进行同步直播。

有效拓展教学时空 为克服当前课堂教学的时空局限，智能教学系统应嵌入电子作业系统、辅导答疑系统，并与资源平台无缝整合。充分利用移动互联网技术和学生移动终端，随时随地进入资源系统点播教学视频，下载学习资源，开展自主学习。同时可通过辅导答疑系统寻求问题解答，通过电子作业系统查阅、下载、提交。

3 智能教学系统的功能设计

智能教学系统旨在利用先进的信息技术服务课堂教学，拓展教学时间和空间，提升教师的教学效能，提高学生的学习效率。综合以上分析，并结合智慧教室的构建实践，从系统应满足的核心功能这一角度，认为智能教学系统的功能设计应包含学习内容呈现、资源获取、高效互动、学习信息收集与分析、实时录播、智能控制、课堂延展等功能模块。具体包括智能备课系统、互动课堂系统、答疑评价系统、电子作业系统和综合评价系统等五个紧密关联的子系统，其功能框架如图1所示。

智能备课系统基于强大的教育资源平台，提供了教学流程定义、备课资源智能汇聚、轻松编辑素材、快速制作教案、自动生成教学网站的智能备课功能，可将教师从繁杂的资源搜索、加工中解放出来，而将精力集中于教学流程设计和教学策略制定。

互动课堂系统为教师开展互动教学提供了智能化、一体化解决方案，包括教师端的交互式电子白板、短焦投影、实物展台，学生端的电子书包及实现互联、互操作的讲课软件和无线网络。可在课时部署自动录播系统，实现授课实况智能录播。利用智能讲课系统，教师可以按备课的教学流程在电子白板上演播素材、任意调整播放窗口、任意书写，既像写黑板一样轻松自如，又能随时保存，并可借助虚拟教具进行高效教学。同时，通过讲课软件可实现学生端和教师端的内容同步。教师也可根据学生的具体情况将不同的学习内容有针对性地发送至学生终端，实现个性化教学。系统还提供了学生学习分析功能，可对学生的作业、课堂练习的结果进行综合分析，并且将分析结果在电子白板进行可视化呈现，教师可据此实时掌握教学情况，调整教学策略。

答疑评价系统整合了功能强大的QQ和微信平台，构建了师生、生生间的信息交流通道，学生可随时随地通过移动终端开展学习交流，获取疑难解答。

电子作业系面向教师提供了作业布置、批改和统计分析功能，面向学生提供了作业提醒、查看、作答及个人作业的记录与统计分析功能。此外，教师既可利用系统中海量优质的试题资源自动生成作业，也可自主编辑发布。

综合评价系统全面收集学生的课堂练习、课程作业、考试成绩以及学生的考勤、奖惩、业绩等信息，并制定科学的评价指标体系，全面诊断学生的学习情况，为教师教学决策提供重要依据，为家长全面了解孩子的情况提供有效渠道。

4 智能教学系统的技术架构

智能教学系统采用与学校其他信息化系统一体化的层次设计模式，包括网络层、硬件层和软件层三个层次。各类用户可通过单点登录系统进入系统进行操作。同时，智能教学系统基于SOA的架构体系，实现与资源平台及其他业务系统的无缝对接；提供独立接口，与第三方平台兼容、对接，整合第三方服务，实现系统动态扩展。智能教学系统技术架构如图2所示。

网络层 网络层提供了智能教学系统各类软硬件设备间互联、互通、互动、互操作的基础条件。教师端通过有线网络与资源平台、其他子系统及外部网络相连，通过WiFi与电子书包互联，电子书包间可通过WiFi实现互联。传感网实现了对课室内的温度、湿度、照度等环境数据的感知、捕获、传输与分析，实现教室环境的智能控制。

硬件层 硬件层包括提供学习内容呈现、传达，教学情境创设、教学互动功能的教师终端、电子书包、电子白板、实物展台等设备；提供智能跟踪、自动录制、一键存储、同步直播的智能录播系统；提供各类设备整合、集中控制的智能讲台。

软件层 软件层面向最终用户，提供教育教学的各类应用和服务，包括面向课前的备课系统，面向课中的讲课系统、电子作业系统，以及面向课后的辅导答疑、综合评价系统三部分。

参考文献

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