本文作者：袁玉龙 发表期数：现代职业教育 2022年31期 本文字数：2723
[摘 要] 人工智能与课堂教学的结合往往基于对课堂教学行为数据的采集和分析。在大数据、机器学习、知识挖掘等技术的发展下，教师可以结合各种软硬件采集的数据来使课堂更加智慧。抛开传统的利用数据的方式，基于BOPPPS教学模型和人工智能领域中知识表征方向的Answer Set Programming（ASP），提出了一种新的教学设计模型。结合ASP中的内容，提供了一系列提高课堂效率的操作。分析了该教学设计模型对学生各方面能力培养的促进作用。以全等三角形为例，并结合了一种ASP语言（SPARC语言），展示了该全新教学设计模型的应用。该方法对人工智能与传统教学的结合提供了一个新的思路，具有重要的实践探索意义。[关 键 词] 人工智能;知识表征;BOPPPS;ASP;SPARC
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2022）31-0115-03
随着计算机技术的发展，各种各样的电子媒介开始进入课堂。课堂中师生会借助各种各样的软硬件设备来辅助教学，使得课堂变得越来越智能。人工智能、大数据、机器学习、知识挖掘、知识表征、知识图谱等技术的发展对教育起着潜移默化的推动作用，使得课堂变得更加智慧。但是当谈及智慧教学的时候，人们更多想到的是利用各种软硬件设备采集师生教与学的课堂行为数据，然后利用大数据、机器学习和知识挖掘等技术来分析数据、生成报告并最终反向指导教学。人们很少利用人工智能知识表征领域中的内容和工具来进行智慧教学。本文结合BOPPPS这一高效的教学模型，并利用知识表征领域里面的Answer Set Programming（ASP）创造性地提出了一种新的课堂教学设计。
一、BOPPPS教学模型的介绍
BOPPPS教学模型是一种高效的课堂组织形式，它是由加拿大ISW创办的。该模型通过将一堂课分解为六个不同的部分来达到高效教学的目的，这六个部分分别为：导入、学习目标、前测、参与式学习、后测、总结。在导入阶段，教师获取学习者注意力、构建学习动机，建立学习内容与现实或其他内容的相关性。同时，学习者可以找出学习内容对我有什么帮助，为什么该学习内容是重要的，以及为什么我需要学习这个内容。在学习目标阶段，教师明确学习目标。教师的教学内容需要围绕学习目标来讲授。学习者会知道在他们的课程学习中将会掌握什么内容。当学习者知道了他们的学习目标之后，他们的学习将会更加有目的性。在课程结束时，这个学习目标需要能够被检测。在前测阶段，教师对学习者的知识背景和兴趣进行评估，以及确定是否需要调整学习的进度和深度。学习者可以回顾之前的知识以及评估自己的优势和不足。在参与式学习阶段，教师围绕教学目标设计一系列教学活动让学习者尽可能地参与课堂。教师围绕教学目标进行教学，学习者通过积极学习加深对学习目标的理解。在后测阶段，教师和学生一起检测学习目标是否完成以及相应的知识掌握程度。在总结阶段，教师对学习内容进行归纳、总结和展望，使整个课程得以完整。在具体的实施过程中，这六个部分无需线性地进行，可嵌入式地递归进行（特别是在参与式学习部分），如有必要省去或弱化不重要的一两个部分也是可以的。
二、Answer Set Programming以及SPARC语言的
介绍
不同于一般的编程语言（无论是面向过程的编程语言还是面向对象的编程语言），逻辑编程是一种描述性编程语言，它不需要考虑好解决问题所需的过程，只需要考虑好问题的逻辑部分。它一般由拥有真假的描述语言构成，比如Prolog。ASP是逻辑编程语言，它在人工智能的一个分支（知識表征）领域运用得非常广泛。当然它本身也足够强大，可以用来解决很多问题，比如，动态领域建模、智能体规划、智能体诊断、概率推理等。
SPARC是一种ASP语言。SPARC程序由类别定义（sorts）、谓词定义（predicates）、程序规则（rules）三个部分构成。sorts、predicates和rules是SPARC程序的关键字，它们写在各个部分的开头。SPARC程序的符号空间是一个五元组，∑=（O，F，P，V，S）。其中，O代表的是对象常量，F代表的是函数常量，P代表的是谓词常量，V代表的是变量，S代表的是类别。规则是由符号空间中的这些符号组成，当然默认包括非负整数、算数函数和数量关系。规则的数学表示为：l0 or…or li ← l（i+1），…，lm，not l（m+1），…，not ln. 其中，li为p（t1，…，tn）或┐p（t1，…，tn）。在规则表达式中原子公式由项构成（项由变量、常量和函数构成），原子公式及其否定称之为文字。其中not修饰的否定称之为默认的否定，它表示相应的原子公式并不认为是真的。原子公式以及原子公式的否定的“与”构成一条规则的规则体。规则头则由原子公式的“或”构成。由规则体和规则头构成的规则表示如果满足什么条件那么就会出现什么结果。由这样构成的一条一条规则组成了SPARC程序的逻辑。知识的推理可以通过相应查询来完成。规则的集合则表示了相应的知识库。
三、BOPPPS教学模型并结合SPARC语言的课堂教学设计
SPARC语言作为一门描述性的语言，它可以进行知识库的建模，通过相应的查询语句可以查询知识推理的结果。它有很强的表达性，并且语法简单，理解容易。教学过程中所涉及的教学目标、知识点、操作等，，可以很容易使用SPARC语言中的类别、谓词和规则来表示。SPARC语言中使用一阶谓词逻辑来进行推理，但推理使用的规则需要自己写。利用这个特点，可以很容易地使用SPARC语言来检测自己对相应知识点是否能够理解。由于计算机推理是精确的推理，而人类的推理往往不那么精确。于是，我们可以很容易使用这一特性来检测和加强知识中理解得不是很好的部分。所以，可以将SPARC语言引入课堂中来提高教学效率。在课堂中，师生通过SPARC语言可以进行如下的操作：
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本文标题：一种基于人工智能的课堂教学设计
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