拥有认知和情感智能的计算机导师——Auto Tutor

十年前的某一天……

我在家学习课本上的知识。枯燥，烦闷和困倦纷纷向我袭来，那时候的我，有了这样的遐想：要是有一个能和我用对话进行交流的计算机老师，他可以教我知识，能够发现我知识的漏洞，帮助我查漏补缺，那该多好！要是这个老师拥有情感，可以发现我的困扰和沮丧，从而安慰我，鼓励我继续学习，那简直是再好不过了！然而在十年前，这不过是一个饱受困扰的学生的美梦。今时今日，我惊喜地发现，我的美梦将要成真了。

下面我将为大家介绍一个拥有认知智能和情感智能的计算机导师Auto Tutor——一个由孟菲斯大学的人工智能研究所发明的人工智能导学系统。

科普小百科：人工智能导学系统，也称为ITS系统，是一个利用计算机技术，对学生的知识水平进行评估，再根据评估结果对学生进行个性化辅导的系统。

认知智能

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Auto Tutor 的认知智能主要由两个部分组成：①评估学生的知识水平②制定个性化的教学策略。Auto Tutor是如何实现这两个功能的呢？ 让我们从人类教师说起, 想象一下，如果一个初来乍到的家教老师想要了解一下学生的知识水平，通常采取对学生进行考试的方式。然后，他就可以根据考试反应出的学生水平来制定针对学生的教学方案。

Auto Tutor 成功地模仿了这个过程，首先，系统内部有一个数据库，数据库里包含了教学问题和问题对应的答案。一开始，系统会从数据库中调取问题让学生回答，学生给出答案后，系统将会将学生的答案和正确的答案进行对比，学生答案和正确答案较相似的，判定学生回答正确，不太相似的，会被判定为回答错误。这样，Auto Tutor就可以了解学生对某一知识点的掌握程度了。

那么Auto Tutor 又是如何根据学生的知识水平，制定个性化的教学方案的呢？

其实很简单，让我们再来想象一下人类教师会怎么做，如果人类教师认为学生的知识是较薄弱的，他会向学生提供更多的指导和帮助，会让学生回答更简单的问题帮助学生建立信心。

类似的，当Auto tutor 检测到学生的知识水平较低时，系统会提供给学生更多的提示和帮助，同时系统也会给学生较为容易的题目；当系统检测到学生的知识水平比较高时，就会减少对学生的提示，并会给学生难度更高的题目。这就是Auto tutor 实现个性化教学的方式。

情感智能

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更有趣的是，Auto Tutor还是一个“读心专家”，“他”可以了解学生当前的心理状态。是不是觉得很神奇？又或者你已经开始疑惑了，心想不可能吧，怎么做到的？

还是让我们从人类教师说起，大家都知道，情感状态是影响学习效果的重要因素，你有没有上课听不懂而感到困扰气馁的时候？你有没有觉得老师讲的内容太简单而分心的时候？一旦情感状态不佳，就会影响我们的学习效果，对于人类教师来说，往往会通过观察学生的表情动作神态，分析学生的语气语调等方式来了解学生的情绪。

Auto tutor也采用了同样的方式，“他”可以通过检测学生的面部表情，肢体动作，分析学生的语气语调等了解学生的情感状态，除此之外，他还可以用更加先进的手段——通过对学生周边生理指标的检测，分析学生的情感状态，实现准确的“读心”。

了解了学生的情绪之后，Auto Tutor就可以对学生进行情绪的调整。那么，Auto Tutor是如何调整学生的情绪的呢？其实很简单，系统主要采用“移情，激励，增加挑战，增加帮助”等手段实现对情绪的调整，举例来说，如果系统发现学生正处于厌烦无聊的情绪时，就会作出判断认为学生对当前的教学内容感到厌倦，这个时候系统就会采用“移情”的策略，换一个教学内容，或者换一种教学方式，让学生重新获得新鲜感，不再感到厌倦。而“激励和增加帮助”都是针对那些因为学习内容难度过大而感到气馁的学生，增加挑战则是调节那些感觉教学内容太简单而松懈的情绪。这就是Auto Tutor识别和调整学生情感的过程。

交互界面

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说了这么多，大家可能还不知道Auto Tutor到底是如何向学生传递知识的。下图展示的就是Auto Tutor的一个界面窗口。我们可以看到整个窗口总共有五个部分组成。

①最上面的空白框内，是当前学习的主要问题/主要内容

②中间左边的窗口,是Auto Tutor导师的动画形象,教学内容就通过这个虚拟形象的话语,表情传达给学生

③中间右边的,是一个辅助图,图的内容与当前教学的内容相关

④下面左边是”历史记录”,显示学生和教授的历史对话内容

⑤下面的右边的空白框内,是学生当前输入的内容

以上就是关于人工智能系统Auto Tutor的介绍，感谢大家的阅读~

参考文献：

D’Mello, S. K., Graesser, A. C.. 2012. AutoTutor and Affective AutoTutor: Learning by Talking with a Cognitively and Emotionally Intelligent Computer that Talks Back. ACM Trans. Interactive Intelligent. Syst. X, X, Article XX (Month 2011), X pages.

作者：杨江峰

题图转自网络

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