Chp.5 计算机辅助教学 主讲教师姓名 浙江师范大学教育技术系

提纲 …… 概念图工具及其应用 新技术的教育应用

概念图(Concept Map) 也称为思维导图（Mind Map），是一种组织与表征知识的可视化工具。

概念图的由来 概念图意义的挖掘与人类对大脑知识存储方式的探索不无关系 柯林斯&奎利恩认为大脑中的信息是层级存储的 企鹅 鸟类 金丝雀 动物 鱼类 企鹅 金丝雀 鲨鱼 鳟鱼

但是很多学者对这种具有严格层级结构的知识存储观点提出了质疑，认为知识是以特征联系网络的形式存储的 “喵喵”叫 有皮毛的 有四条腿 摇尾巴 “汪汪”叫

但无论哪种观点，都认可了人的认知系统是有特定的结构与层级的； 布鲁纳、奥苏贝尔等人认为知识构建就是概念网络的扩充与完善； 奥苏贝尔进一步发现，当在教学前先展示知识的概念地图（即“先行组织者”）时，会有利于学生学习； 奥苏贝尔 1970年，美国康奈尔大学的诺瓦克等人基于奥氏的学习论，提出了“概念图”这一概念，并受到广泛关注； 诺瓦克 2004年9月14日至17日在西班牙召开了第一届概念图国际会议，诺瓦克也受邀作了主题报告。

概念图的构成 就构成元素而言，概念图包括节点、连线与连接词3种元素。

概念图表征知识的方式 概念：对应一个节点，如“水”； 命题：两个概念节点通过某个连接词与连线构成的特定意义关系，如“水由分子组成”； 交叉连接：不同知识领域概念间的相互关系，如“运动决定状态”； 层级结构：指不同概念按其涵盖关系而构成的等级结构，如上图1至3个水平。

概念图的制作 常用流程 说明 从自己最熟悉的领域开始； 确定关键原理或命题，由此找出关键键念； 从最通用到最具体依次列出各概念间的层级性； 画出连接线，列出最初级的小概念图及连接线； 找出各小概念图之间的交叉连接； 不断地修正与完善 说明 制作概念图具体流程视主题及个人特点而定，并无定法 借鉴他人成功经验常能事半功倍，但“尽信书则不如无书”

常用的概念图工具 图标 软件名称 授权形式 简介 Mind Manager 商业软件 功能强大，声誉颇佳 Inspiration 界面生动，适合儿童使用 Mind Mapper 使用简单 Xmind 免费开源 基于跨平台的Java技术，界面美观 FreeMind 基于跨平台的Java技术，程序小巧，兼容性好

概念图工具推介：FreeMind 主要特色 官方网站 可以在Windows、苹果Mac OS等多平台上使用； 基于开放源代码协议发布，可以免费获得； 程序文件容量小，轻巧； 操作简单，键盘操作支持好，方便使用； 支持格式导入/导出，兼容性好 官方网站 http://freemind.sourceforge.net

FreeMind的安装 安装Java运行环境 安装FreeMind（当前最新:V0.9） 下载地址：http://www.java.com/zh_CN/download/ 安装FreeMind（当前最新:V0.9） 下载地址：http://freemind.sourceforge.net/wiki/index.php/Download 也可以在搜索 “Freemind 绿色版”并下载，即可免安装使用

Freemind常用操作 新建导图 节点操作 导入操作 保存与导出 文件/新建 或者 工具栏图标 鼠标操作（略） 键盘操作： 回车=插入同级; Ins=插入下级； 方向键=节点间移动 导入操作 导入MindManager文件、Freemind文件 导入本地文件夹（此功能可用于文档管理） 保存与导出 使用“文件/保存”或保存按钮，存储为Freemind格式 使用“文件/导出”可存储为Flash、网页、JPG等多种格式

别忘了 最常见、最方便、最简单的概念图制作工具

概念图的应用领域 第一届概念图国际会议主题 可见，概念图在人文、商业、科学研究等领域都得到了广泛应用，它的教育功用也在深入挖掘之中。 概念图评价 概念图在人文学科的应用 概念图在商业领域的应用 概念构图在外语教学中的应用 概念图作为研究工具 知识保存 概念构图在科学学科中的应用 小组构图 概念图在任务分析中的应用 可见，概念图在人文、商业、科学研究等领域都得到了广泛应用，它的教育功用也在深入挖掘之中。

概念图在教学中的应用 作为教学工具 作为教学策略 作为评价工具 用概念图将知识结构可视化，发挥“先行组织者”作用，提升学习效果 利用概念图工具辅助学生认知或开展头脑风暴、协作学习，引发意义学习、协作学习和创造性学习 作为评价工具 通常对学生制作的概念图进行分析，了解其对学习内容的掌握情况

提纲 …… 概念图工具及其应用 新技术的教育应用

虚拟现实（VirtualReality） 又称灵境技术。始于1962年，美国青年Morton Heilig发明的实感全景仿真机．1989年美国VPL Research Inc公司的J.Lanier正式提出“虚拟现实”这一概念。 虚拟现实系统利用计算机生成虚拟环境，通过多种传感设备使用户“融入”这一环境，并以自然的方式与这一计算环境产生交互。

VR的3I特性 Immersion Interactive Imagination 沉浸、交互、想像 沉浸：身临其境的感觉； 交互：用户与虚拟环境可以互动，用户的输入信息实时地改变虚拟环境； 想象：以视觉形式反映设计者思想（教材观点）。 沉浸、交互、想像

虚拟现实系统的分类 按实现技术分 专业虚拟现实：由专用硬件设备实现 桌面虚拟现实：在个人计算机上实现 头盔式显示器 按实现技术分 专业虚拟现实：由专用硬件设备实现 输出设备：头盔式显示器、环绕音响、力反馈装置，等 输入设备：数据手套、红外线侦测仪，等等 桌面虚拟现实：在个人计算机上实现 输出设备：显示器、音响等 输入设备：键盘、鼠标、操纵杆等 位置侦测仪 力反馈数据手套

按虚拟环境中有无人际交互分 单人虚拟现实系统 人与虚拟环境交互 分布式虚拟现实系统 人与其他用户交互

常见的桌面虚拟现实技术 全景技术 VRML 是基于照片处理而模拟360度环视效果的一种简易虚拟现实技术 包括：场景全景、物体全景 场景全景：浙师大桃源楼 全景技术 是基于照片处理而模拟360度环视效果的一种简易虚拟现实技术 包括：场景全景、物体全景 VRML 虚拟现实建模语言的简称，这种技术利用VRML代码构建虚拟模型来创建虚拟环境 VRML支持用户与虚拟环境的交互，一些3D软件也支持输出VRML模型。 物件全景：老款Audi TT

虚拟现实系统的应用 场景与物件展示：景区、教具展示 虚拟训练:F1模拟器 虚拟社区：SecondLife 网上商城展示 美国海军伞兵虚拟训练系统

人工智能(Artificial Intelligence) 戴维是一个11岁的男孩 他体重60磅 高4英尺6英寸 他有一头棕黄的头发 他的感情是真实的 但他却是不存在的 对大多数人而言，获知人工智能的来源是科幻电影。

人工智能技术 是旨在揭示人类智能活动规律，研究、开发用于模拟和延拓人的智能的理论、方法及应用系统的技术科学； 研究如何应用计算机软硬件来模拟实现人类某些智能行为，如学习、推理、思考、规划等； 和基因工程、纳米科学一道被认为是21世纪的3大尖端技术； 天马行空的科幻电影让我们慨叹人工智能离我们之远，但其实它也离我们很近。

示例：Google搜索中的AI 现在的搜索引擎绝非是一个简单的全文搜索工具，而是包含词语切分、自然语言理解、多语种互译等多种人工智能技术，本页三图分别表示Google在处理拼音、错误输入以及数学运算时的处理结果。

示例 示例名称：电脑对联 出品：微软亚洲研究院自然语言计算组 地址：http://duilian.msra.cn/default.htm “电脑对联”是微软亚洲研究院自然语言计算组于2009年春节推出的一个智能在线程序，相比其它类似的应用，这一系统对中文字词切分、中国文化习俗、对联体的独有句法等方面具有很大的优势。电视上有个叫“红连天”的家具商在征下联，不妨课堂演示下，上联是：“仙游仙游骑石马看家具

常见应用：专家系统 是一种利用智能推理技术，模拟专家解决问题思维方式的系统； 1960年代, 斯坦福大学DENDRAL计划以及MIT的MACSYMA计划开发首批专家系统；此后世界各国相继开发农业、灌溉等不同的专家系统； 特点： 启发性：不仅能使用逻辑性知识，也能使用启发性知识； 透明性：能向用户解释它的推理过程，回答用户的问题； 灵活性：知识库的知识便于修改、补充和精练。

专家系统结构 人——机 界 面 知识获取部分 解释部分 工作 记忆区 知识库 推理机 示例： http://www.expertise2go.com/shop/desktop.htm

常见应用：自然语言处理 让计算机理解与生成自然语言的技术； 主要研究内容： 应用领域： 手写、语音文字识别； 书面语言的理解 多语种互译 人机交互：手写输入、语音输入、语音合成 机器翻译：在线翻译 搜索引擎：如Google的AI 人机对话:iGod 试一下百度首页在线输入法中的手写输入法；有可能的话也可以试一下Windows自带的TTS语音技术，即语音合成技术

智能计算机辅助技术 是以认知科学和思维科学为理论基础，综合人工智能技术、教育心理学等多门学科的知识对学生实施有效教育的一门新的教育技术。 构成：三个基本模块 知识库：包含学科知识和教学知识； 学生模型：指明学生知道什么和不知道什么，代表了学生的智能活动； 教师模型：提供教学策略，负责指导系统如何向学生呈现教材，代表了教师的智能活动。 外加智能人机接口：一个具有自然语言处理功能的人机界面。

ICAI的结构

ICAI示例：ADELE ADELE系统向学生提供某一特殊的医学条件和病例，让学生通过练习和ADELE系统适当的引导来学习临床医学知识。

智能计算机辅助教学的优点 通过智能系统的搜索与推理，动态生成适合于个别化教学的内容与策略； 通过智能诊断机制判断学生的学习水平，分析学生产生错误的原因，并向学生提出学习建议； 通过对学生资料库中全体学生出现错误分布的统计，智能诊断机制向教师提供教学重点与方式、测试重点与方式，以及题型的建议； 为教师提供友好的教学内容、测试内容维护界面，无需改变软件的结构即可调整教学策略； 通过对学生模型、教学内容、测试结果的智能分析，向教学督导人员提供对任课教师教学业绩评价的参考意见。

常见应用：智能代理 在环境中自主地搜集信息并合理运作，有效地完成用户给定的任务。 智能代理在教学中的主要应用有： 教师代理：运用自身的推理机制，在了解学生实际情况的前提下，产生恰当的教学策略，以便实施因材施教，有的放失地指导学生。 学生代理：充当学习者的学习伙伴或知心朋友，与学习者进行平等的讨论、交流，从而克服网络教育环境中学习者之间交流不足的缺点，提高网络教学的效率。 智能化信息服务：发挥其主动性、智能性和协作性等特征，为用户提供方便、简单的信息搜索和处理手段，提高学习者的信息获取与处理能力。

结束