智能體育教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

趙明

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 體育部，陜西 西安 710018）

體育教學(xué)本身屬于意象實踐性很強的教學(xué)模式，傳統(tǒng)的教學(xué)方式采用教師示范性的教學(xué)，學(xué)生往往很難以理解，雖然傳統(tǒng)的CAI系統(tǒng)將全部的教學(xué)內(nèi)容預(yù)置在課件中，但是缺乏必要的智能特性，師生之間無法進行交流，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)、人工智能及認(rèn)知觀的不斷發(fā)展，目前針對教學(xué)體系的研究集中在了智能教學(xué)體系中，將學(xué)生放在教學(xué)的中心位置，利用計算機改變傳統(tǒng)的CAI教學(xué)模式，便于知識的掌握和理解，本文主要研究一種基于知識的智能化體育教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計，希望能為相關(guān)人員帶來一些幫助。

1 智能體育教學(xué)系統(tǒng)的作用

智能化體育教學(xué)體系主要是利用多媒體等實現(xiàn)教學(xué)的一種教學(xué)方式，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，這種教學(xué)模式能夠更加有針對性的進行教學(xué)，可由依照學(xué)習(xí)能力的不同機型教學(xué)，不需要固定的教學(xué)時間或者是教學(xué)地點。由于體育課本身具有很強的實踐性，因此智能化體育教學(xué)體系更加具有適用性，另外學(xué)生在學(xué)習(xí)體育中心思維方式很活躍，需要師生之間的大量交流，智能化教學(xué)系統(tǒng)能夠滿足這個需求。

智能化體育教學(xué)體系的設(shè)計已研究了一段時間，在以往的教學(xué)體系設(shè)計中，功能較弱，將教學(xué)設(shè)計的重點內(nèi)容集中在了教學(xué)資料的展現(xiàn)方面，在教學(xué)中存在嚴(yán)重的灌輸式教學(xué)，教學(xué)系統(tǒng)的導(dǎo)學(xué)功能較差，且在教學(xué)中也難以做到因材施教，無法協(xié)調(diào)教學(xué)。因此，教學(xué)效果并不理想，且難以得到監(jiān)督和反饋。針對以上問題，文中提出采用智能體育教學(xué)系統(tǒng)。

智能化體育教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計主要是實現(xiàn)了師生之間的交流，學(xué)生能通過教學(xué)系統(tǒng)的訪問查詢相關(guān)資料，并能與教師進行溝通交流。教學(xué)系統(tǒng)在設(shè)計中可實現(xiàn)學(xué)生在線學(xué)習(xí)，從而提高教學(xué)效果，本設(shè)計的智能化體育教學(xué)系統(tǒng)能激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，并對學(xué)生的學(xué)習(xí)近況進行管理。

2 智能教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計準(zhǔn)則與設(shè)計目標(biāo)

任何一個項目的設(shè)計均需要有明確的設(shè)計準(zhǔn)則，來限制和規(guī)范操作，傳統(tǒng)的體育教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中能體現(xiàn)人體個性方面的要素較少，主要是教育技術(shù)的應(yīng)用，因此在本設(shè)計中關(guān)鍵部分在于人體個性與教育技術(shù)的融合，實現(xiàn)高水平的系統(tǒng)研究。

2.1 智能體育教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計準(zhǔn)則

智能化體育教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計不僅是為了滿足教學(xué)的需求，還需為了日后的設(shè)計考慮，即教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計需具有可擴展性。在設(shè)計中系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計需具有連續(xù)性，程序設(shè)計需能夠修改，便于后期的維護工作。

智能化體育教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計要具有實用性，要求設(shè)計功能全面，方便學(xué)校教育工作的改革，不能一味強調(diào)新穎，重在實用性及全面性。此外，還需注意系統(tǒng)的設(shè)計要方便理解和控制，避免出現(xiàn)資源浪費的現(xiàn)象。而在智能化體育教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計中還需注意安全性和穩(wěn)定性，這是最基本的原則，只有保證安全可靠才能確保每個功能區(qū)域的正常運行，在選擇相應(yīng)的產(chǎn)品以及技術(shù)時，要全面考慮到可能遇到的各種問題，從而最大程度上的提高智能化體育教學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 智能體育教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)

本設(shè)計的智能化體育教學(xué)系統(tǒng)以校園網(wǎng)為背景，應(yīng)用多媒體等進行設(shè)計，能實現(xiàn)用戶自主完成學(xué)習(xí)，可選擇合適的內(nèi)容進行，方便學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。另外，在設(shè)計中還要求確保教學(xué)過程的靈活性，不受時間和地點的限制，系統(tǒng)無需通過認(rèn)證得到用戶對CAI課件的使用，能自動處理教學(xué)中可能存在的歧義。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)能夠的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在本智能化體育教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計中采用B/S體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。師生可通過瀏覽器進行操作，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存放教學(xué)所需的數(shù)據(jù)庫及相關(guān)的管理軟件等，學(xué)生可在機房實現(xiàn)學(xué)習(xí)過程，Web服務(wù)器能通過學(xué)生的不同需求調(diào)整教學(xué)策略，并為不同學(xué)生提供相適應(yīng)的教學(xué)信息。而教師則可通過瀏覽器實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的更新、維護、組織資料及試題庫的信息修改等，也能通過此設(shè)計的智能體育教學(xué)系統(tǒng)來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)進度和考試成績。

圖1 智能化體育教學(xué)系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計Fig.1 Design of intelligent physical education systems agency

3.2 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端的設(shè)計與實現(xiàn)

服務(wù)器端的數(shù)據(jù)分為教學(xué)信息庫和學(xué)生庫，教學(xué)信息庫的設(shè)計又包括了知識庫、標(biāo)準(zhǔn)動作模型庫和學(xué)生庫等設(shè)計。知識庫的設(shè)計作用是保證系統(tǒng)的設(shè)計具有體育學(xué)科的知識，這是最基本的設(shè)計內(nèi)容，能有效的反應(yīng)出學(xué)科的知識體系，在設(shè)計中能實現(xiàn)不同學(xué)生教學(xué)資料的選擇。本文設(shè)計的知識庫主要由知識體系、教學(xué)策略以及CAI課件組成，形式為<前提一＞<前提二＞<結(jié)論一＞<結(jié)論二＞等；知識體系包括了知識點之間的練習(xí)，是課程的最小單元，在建立中依照體育學(xué)科的特點，賦予屬性、編號、重要程度等特點，如表1所示；CAI課件庫內(nèi)容與知識點的設(shè)計相對應(yīng)，課件的選擇在教學(xué)實踐中難以理解，因此是設(shè)計重點，要以教學(xué)實踐為中心展開課件內(nèi)容的設(shè)計。在教學(xué)策略庫主要是存在使用的各種教學(xué)方法等，依照學(xué)習(xí)的目標(biāo)及效果分為不同層次。

表1 知識體系庫Tab.1 Knowledge base

標(biāo)準(zhǔn)動作模型庫主要的設(shè)計內(nèi)容包括：體育規(guī)范性動作、類似性、名稱及圖像文件等。學(xué)生庫的設(shè)計主要內(nèi)容包括學(xué)生的個人信息、學(xué)習(xí)目標(biāo)以及掌握情況等。在設(shè)計中學(xué)生庫又可分為，資料庫和記錄庫。資料庫記錄的內(nèi)容包括學(xué)生的姓名、班級和及學(xué)號等基本信息；學(xué)習(xí)記錄庫則主要掌握的是學(xué)生的學(xué)習(xí)進展及掌握程度，這兩方面的信息；而答題檔案庫主要記錄了學(xué)生的成績資料。

3.3 Web服務(wù)器端的設(shè)計實現(xiàn)

Web服務(wù)器端的設(shè)計主要是提高教學(xué)策略方便教學(xué)，設(shè)計主要內(nèi)容包括：用戶管理模塊及教學(xué)策略模塊。用戶管理模塊的設(shè)計主要是實現(xiàn)學(xué)生的登錄和管理功能，并可存儲學(xué)生的登錄信息；課件內(nèi)容展示模塊在設(shè)計時，需依照學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，包括瀏覽順序及時間等。

教學(xué)策略調(diào)整模塊是設(shè)計的關(guān)鍵部分，由于學(xué)生在身體素質(zhì)及體育基礎(chǔ)上存在較大差別，因此在學(xué)習(xí)中需有針對性的教學(xué)。在此設(shè)計學(xué)習(xí)記錄庫中設(shè)置了學(xué)習(xí)策略，能保證學(xué)生根據(jù)自身的需求進行學(xué)習(xí)，提高教學(xué)效果。教學(xué)策略調(diào)整模塊的設(shè)計由教學(xué)策略發(fā)展而來，基于知識推理的計算機實現(xiàn)，采用的教學(xué)策略包括正向推理和反向推理兩種：

1）正向推理策略主要是教師起主導(dǎo)作用，過程為先從知識庫和學(xué)生庫獲得學(xué)生以及所學(xué)知識的特點，找到滿足兩種參數(shù)的教學(xué)方法，形成各種教學(xué)動作，這是在教學(xué)中教師常用的一種教學(xué)手段；

2）反向推理控制策略針對的問題主要是某個知識點的教學(xué)，即這種教學(xué)模式更加具有針對性，能夠根據(jù)學(xué)生自身的需求來調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。在具體的推理中，假設(shè)學(xué)生提出某個知識點的教學(xué)，進而從知識庫中查詢該知識點其的前序點集合，再檢查學(xué)習(xí)狀況。若是學(xué)生的學(xué)習(xí)情況符合要求，便屬于正向推理控制策略，若發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識掌握情況并不滿足要求，則以該知識點為目標(biāo)，再次檢查前序知識點的集合。

標(biāo)準(zhǔn)動作分析和學(xué)習(xí)模塊能提供查詢及統(tǒng)計信息等功能，師生可通過系統(tǒng)查詢體育項目的類別與名稱，并可通過瀏覽器的指定動作實現(xiàn)打印。復(fù)習(xí)測試反饋模塊的設(shè)計可及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所存在的錯誤及原因，進而調(diào)整教學(xué)策略，測試中可根據(jù)學(xué)生的能力與認(rèn)知心理來調(diào)整相應(yīng)的體育技術(shù)，從而大幅提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，在本設(shè)計中還增加了在線討論庫，不受時間和地點的限制，最大限度的體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的自由性。

3.4 關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)

在智能體育教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)中，關(guān)鍵技術(shù)主要包括實現(xiàn)環(huán)境和Web與數(shù)據(jù)庫之間的連接問題?？蛻舳嗽谠O(shè)計中可采用微軟的Internet Explore，Web平臺采用IIS3.0。系統(tǒng)中的Web與數(shù)據(jù)庫之間的連接可通過ASP實現(xiàn)，該環(huán)境下Web應(yīng)用性能更高。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文主要針對目前體育教學(xué)以及CAI系統(tǒng)存在的各種不足，設(shè)計了一種基于體育教學(xué)動態(tài)性特點的智能化體育教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使教學(xué)更為靈活，且教學(xué)過程中不受時間和地點的限制，并能滿足不同情況學(xué)生的需求。此外，系統(tǒng)還可實現(xiàn)教師對學(xué)生信息、教學(xué)信息的在線管理等功能，使學(xué)生能進行不同程度的學(xué)習(xí)。因此，本設(shè)計與其他系統(tǒng)相比更具有針對性。

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