计算机教育应用若干理论问题与前沿技术

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计算机教育应用若干理论问题与前沿技术

计算机教育应用若干理论问题与前沿技术

许骏广州·华南师范大学

2007 ， 10 ， 28 ，北京

许骏广州·华南师范大学

2007 ， 10 ， 28 ，北京

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计算机教育应用若干理论问题与前沿技术计算机教育应用若干理论问题与前沿技术

一、引言二、若干前沿问题与研究进展四、几点建议

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国家自然科学基金项目国家“十五”科技攻关计划项目省部级科技攻关计划项目横向合作项目专著 : 《计算机教育应用：若干理论问

题与前沿技术》


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一、引言二、若干前沿问题与研究进展三、几点建议

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( 一 ) 计算机辅助测评的理论、方法与技术 ( 二 ) 智能导师系统与智能学习环境 ( 三 ) 服务网格与 e-Learning Grid

—— 新型分布计算体系与中间件技术 ( 四 ) 复杂网络与协作社群 ( 五 ) 基于多主体的计算建模与仿真 ( 六 ) 无线移动技术与普适学习环境

二、若干前沿问题与研究进展二、若干前沿问题与研究进展

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二、若干前沿问题与研究进展二、若干前沿问题与研究进展

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利用形成性评价支持学生学习测评环境与自动阅卷

自动阅卷客观题惟一客观的地方是它的评分是客观的。

争议猜测问题，应试者通常由于幸运地猜测而得到虚假的高分能否测试高级认知能力 Bloom 认知分类：知识、领会、运用、分析、综合、评价

( 一 ) 计算机辅助测评的理论、方法与技术( 一 ) 计算机辅助测评的理论、方法与技术

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客观题能否测试高级认知能力客观题能否测试高级认知能力以选择题为代表的客观题，通常认为适合

于评估知识覆盖型和事实记忆型为主的课程，而不适合对介入了高级心理活动过程的解决问题能力的评价。这导致人们对 CAA 的批评，认为“如果利用计算机化的多项选择测试，只是为了减轻教师批改作业和试卷的负担，这是不可接受的”。


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对客观题测试的有效性提出质疑，认为它不适合测试高层次的技能。

结论：将客观题和解释性的短文一起包含在测评过程，也许能够解决目前 CAA 所面临的困境。

　有学者在试图论证利用客观题评估高层次技能的有效性，并对用于高级技能水平测试的客观题编写提出了一系列的原则和方法。

客观题能否测试高级认知能力客观题能否测试高级认知能力


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具有程序性特征，伴随问题解决过程有外显行为，即与外部环境有交互，例如 IT 技能、电路检修和医疗诊断等。这类技能的培养通常与实践教学有关。

　　　采用客观题测试这类技能显然是不科学的。尽管可以用多媒体描述和表现技能活动的动态过程，但它无法测量被试在特定情景中应用规则办事的决策能力，与实际技能水平并不显著相关。

技能测评技能测评


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短文写作、程序设计和 IT 技能均属于技能的范畴，在解决这类技能的测评问题时， CAA

遇到的困难在于测评环境的建构与非客观题的自动阅卷。

技能测评和非客观题自动阅卷是 CAA

研究的重点和难点。

技能测评技能测评


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技能测评自动化的一般性理论与方法提出技能任务解决的一般模型。提出技能结构的概念及其算法，给出技能测评自动化的一

般模型以及任务环境的建模方法，将对主体技能状态测评归结为马尔可夫链过程，解决了测评过程交互信息的形式化表示与自动推理问题。

提出三种信息获取方法在 CAA数据挖掘与知识发现研究取得新进展。


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二、若干前沿问题二、若干前沿问题

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传统的 ITS 模型 Domain Model; Learner Model; Teaching Model

学生模型是 ITS 的核心部件

以评测为基础建构学生模型 Affordance Model

供给模型供给模型

Situation Model情境模型情境模型

Process Model过程模型过程模型

Interaction Model交互模型交互模型

Domain Model领域模型领域模型

Learner Model学生模型学生模型

Teaching Model教师模型教师模型

( 二 ) 智能导师系统与智能学习环境( 二 ) 智能导师系统与智能学习环境

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Interaction ModelInteraction Model 交互模型交互模型

Context上下文环境上下文环境

Learner’s actions学生的行动学生的行动

Learner’s Cognitive states

学生的认知状态学生的认知状态

Process Model

过程模型过程模型

Interaction Model交互模型交互模型（（ tt11 ））

Interaction Model交互模型交互模型（（ ttii ））

Interaction Model交互模型交互模型（（ ttnn ））


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突破了制约 ITS（ Inte

lligent Tutoring System ，智能导师系统）的交互测评与适应性决策问题，解决了长期困扰计算机教育的技能训练与考核问题。


提出技能获取过程评价模型，研究开发新一代 ITS 软件 iTutor

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18InternetInternet 发展演化发展演化 Evolution of the InternetEvolution of the Internet

资源共享资源共享Resource SharingResource Sharing

The GridThe Grid分布式访问、认证和数据迁移的标准分布式访问、认证和数据迁移的标准Standards for distributed access,Authentication, data migrationLeads to a “world wide grid”

信息共享信息共享Information SharingInformation Sharing

The World Wide WebThe World Wide Web基于基于 HTMLHTML 、、 HTTPHTTP 与与 WebWeb 浏览器的文档交换浏览器的文档交换HTML page format, HTTP protocol, and Web browser for document exchangeInitially in universities; worldwide adoption

网络共享网络共享 Networking SharingNetworking Sharing

网络互连与网络互连与 InternetInternet 采用采用 TCP/IPTCP/IP 协议实现区域网络之间的互连协议实现区域网络之间的互连在全球范围的得到应用在全球范围的得到应用 IInter-Networking of regional networks with TCP/IPWorldwide adoption

联网联网NetworkingNetworking

网络网络 ((NetworksNetworks))计算机互连形成的多个区域网络计算机互连形成的多个区域网络Multiple regional networks linking computersInitially at universities and national labs

( 三 ) 服务网格与 e-learning Grid( 三 ) 服务网格与 e-learning Grid

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技术推动技术推动 : : 采用面向服务的计算模式采用面向服务的计算模式

大型机

浏览器/服务器

客户机/服务器

Web服务

1992

1998

2002


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银行宿舍管理科

① 交纳学费，办理助学贷款等事宜

② 住宿登记

③ 利用选课系统选课


以数字校园建设为例

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数字校园门户

学生信息库

迎新服务

安全及身份认证

服务注册机构

银行

宿舍

网上银行

宿舍管理服务

选课服务

绑定

绑定

绑定发布

发布

发布：WSDL+UDDI

查找

WSDL+UDDI

①① 登登录录

②② 身份认证身份认证 ③③ 启动服务启动服务

④④ 完成服务完成服务


以数字校园建设为例

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以服务为中心的数字校园以服务为中心的数字校园 SODC: SODC: Service-Oriented Digital CampusService-Oriented Digital Campus

SODC=SOD+SOC SOD: Service-Oriented Design 面向服务的设计（理念与方法） SOC: Service-Oriented Computing 面向服务的计算（技术与实现）

以服务为中心的数字校园以服务为中心的数字校园 SODC: SODC: Service-Oriented Digital CampusService-Oriented Digital Campus

SODC=SOD+SOC SOD: Service-Oriented Design 面向服务的设计（理念与方法） SOC: Service-Oriented Computing 面向服务的计算（技术与实现）

网格 Grid SODCg ?


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Towards the Learning Grid

可复用学习对象

教学平台

教师

学习者

学习资源库

概念/知识映射图

当前学习水平

期望学习水平

标准学习路径

其他学习路径

测评

协作学习资源共享环境资源共享环境

协作学习环境协作学习环境

个性化学习支持服务个性化学习支持服务

过程过程


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网格之父网格之父 :Ian Foster:Ian Foster —— —— 美国阿岗实验室美国阿岗实验室网格之父网格之父 :Ian Foster:Ian Foster —— —— 美国阿岗实验室美国阿岗实验室 The Grid:The Grid: Blueprint for a New Blueprint for a New Computing InfrastructureComputing Infrastructure, 1998, 1998.. The Grid2:The Grid2: Blueprint for a Blueprint for a New Computing Infrastructure New Computing Infrastructure (2nd Edition), 2004(2nd Edition), 2004. . Service-Oriented ScienceService-Oriented Science,,Science, Science, 6 May 2005: 814-8176 May 2005: 814-817..

Service-Oriented ComputingService-Oriented Computing, Publisher: John Wiley & Sons, 2005


示范工程应用研讨会示范工程

应用研讨会

从 Learning Grid

到教育服务网格

从 Learning Grid

到教育服务网格

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教育服务网格关键技术与示范工程广州市基础教育服务网格工程


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体系结构融合网格、服务计算和 P2P 技术，通过技术集成创新提出新的分布计算体系结构，有效支持广域、跨组织、开放、知识与数据密集应用以及通过服务组合按需动态集成应用系统等。

核心中间件研究现代服务业的共性服务及其实现机制与关键技术，

研发一系列核心中间件，特别关注媒体服务技术，解决海量多媒体数据的分布存储、高效检索与按需点播等流媒体网格关键技术。

应用示范工程开展具有典型示范意义和行业带动性的服务网格示范工程建设与实践。


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将统计学习理论、支持向量机与核函数方法引入协同计算研究，突破同类研究停留在定性分析的局限，并将 CSCW (Computer Supported

Cooperative Work，计算机支持的协同工作 ) 研究从实体型社群拓展到兴趣型社群，从理论与算法两方面研究以相似关系为基础的协作社群形成与演化机制，建构了相似关系可计算判定和度量的理论与算法。

( 四 ) 复杂网络与协作社群( 四 ) 复杂网络与协作社群

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对等科研协作网络研究以网络为基础的科学活动环境研究复杂网络研究从 Internet 到 WWW 、从电力网络到交通网络、从科研协作网络到各种经济、社会关系网络等，复杂网络研究已成为一个极其重要而且富有挑战性的前沿科研方向。


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科研协作网络是一种典型的复杂网络，相关研究具有明显的学科交叉特色，涉及计算机科学、图论、统计物理、非线性动力学和社会网络理论等。

科研协作网络的基础理论研究包括：大规模网络拓扑结构的统计描述；复杂网络的演化和动力学机制等。


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对等科研协作网络研究对等科研协作网络研究突破和掌握支撑科研协作的网格体

系结构、中间件、协议和安全机制等关键技术，初步建立起支持示范应用的科学活动环境试验平台，为跨地域和跨学科的大型科学研究活动提供基于网络的协同应用支撑环境，支持多个节点间的高性能协同计算、大规模数据存储与分布、信息与软件服务资源的高效共享。


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协作与交流：科学研究对象不是简单孤立的系统，所涵盖范围更广，学科交叉特色明显，需要科研人员更密切的合作与交流

数据密集和基于仿真的科学：科研信息、数据的实时获取与处理，仿真与大规模计算成为分析、发现和预测的主要手段之一

实验仪器共享使用：先进的技术带来创新的实验仪器设备，高速网络使得仪器设备可以无缝地整合到科学问题解决过程中


科研协作平台 :科研协作平台 :

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数字图书馆高性能计算资源和仪器设备

远程使用

协作交流

访问共享

访问

群件服务

科研数据库


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国家中长期科学和技术发展规划纲要（ 2006-2020年）把自组织网络技术列入重点发展前沿技术。

移动自组织网络与无线传感网络技术研究与产业化自组织网络具有无中心、自组织、网络拓扑动态变化、多跳路由等特点，在军事、工业、商业以及社会信息化服务等方面有广泛的应用前景。

无线传感网络是一种新的信息获取和处理技术，在国防、环境监测、运输、医疗、智能家庭和教育领域有着广泛的应用前景。

( 六 ) 无线移动技术与普适学习环境( 六 ) 无线移动技术与普适学习环境

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无线传感网络拓扑生成无线传感网络拓扑生成

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无线传感网络拓扑生成无线传感网络拓扑生成

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( 六 ) 无线移动技术与普适学习环境( 六 ) 无线移动技术与普适学习环境

Ubiquitous computing in education: invisible technology, visible impact

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一、引言二、若干前沿问题与研究进展三、几点建议

谢谢！谢谢！

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