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带有自动推理功能的程序设计ICAI系统研究

熊宛皎  
【摘要】: 从七十年代以来,伴随着AI技术的深入研究,智能化CAI的研究逐渐兴起并得以蓬勃发展,取得了一系列可喜的成绩。然而,国内外各种比较成功的ICAI系统都普遍集中在数学、化学等科目,都不约而同地绕开了程序设计教学。同时,软件人才大量匮乏,单靠课堂教学的培养远远不能满足需求,而已有的软件与市场需求和智能化相距甚远,这就急需开发大量高质量的程序设计ICAI系统辅导学习者自学。程序设计ICAI系统的研究既是当前教育软件的薄弱环节,又是程序设计教学研究工作中的紧要任务。本文恰是从事这方面的工作,研究一个带有自动推理功能的程序设计ICAI系统。 我们从两方面着手来提高程序设计教学软件的质量:一方面从程序设计教学自身着手,选取合适的程序设计方法进行教学;另一方面从外部努力,改进教学的方法和技术。本系统选用薛锦云教授的PAR方法为主要教学内容,应用人工智能的知识表示和自动推理原理及泛型思想,使得系统具有以下核心功能:①展示几种典型例题的解;②以泛型思想为指导,实现了无限题库,可以自动生成与典型例题类似的问题给学生求解并给予提示;③对于这些题目,计算机可以自动推理出由问题到程序的全过程供学生学习;也可通过自动推理根据用户的实际做题情况实时给出提示,交互式地帮助学生学习算法程序设计;④学生可以从问题库中获得练习,并调用转换器,将自己的APLA程序转化为可执行语言程序,运行以检验其正确性;⑤对教师而言,可以对已有的实例库、问题库进行添加操作等。 在系统的研制过程中,我们深入研究了系统的各方面相关知识,并进行了多方面的创新:在教学内容方面,首次选用PAR方法为主要内容。PAR方法可以说清“问题→程序”的全过程,可以解决现有程序设计教学存在的根本问题,帮助学习者实质性地提高程序设计的能力;在实现技术方面,借鉴了当代流行的泛型思想,并将人工智能在知识表示、自动推理等研究中形成的思想方法和成果应用于程序设计ICAI系统的开发,使得系统具有一个既有问题又有解答的无限题库,这些解答是由自动推理产生的而不再是固定问题、答案的堆砌;在系统功能方面,充分体现了建构主义思想,具有良好的人机交互性、并发性和开放性。此外,系统还具有良好的可移植性和易维护性等特点;当然多媒体技术在本系统中也得到了充分的展现。至此,本文进行了一次程序设计ICAI系统开发的有效探索。


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