[發(fā)明專利]一種面向數(shù)學教育的情境仿真支持系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710691368.0
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107633111B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設計）人: 余小鵬
• 申請（專利權）人: 蘇州唐云信息技術有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/20;G09B9/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發(fā)明提供了一種面向數(shù)學教育的情境仿真支持系統(tǒng)，包括情境仿真支持模塊、問題情境仿真模塊、解題步驟糾錯與提示模塊、擴展的知識追蹤模型分析模塊EKT。情境仿真支持系統(tǒng)運用計算機網(wǎng)絡對信息自動管理來實現(xiàn)雙向交互的功能。它通過有效支持教師對數(shù)學問題的個性化定義，支持學生對該數(shù)學問題情境的個性化重現(xiàn)、列出算式；通過對學生一定問題情境下的計算步驟進行實時糾錯與提示；可對學生的學習過程和階段情況進行完整跟蹤記錄并進行分析，揭示學生題意理解與計算方面的知識掌握狀況，有利于教師對學生給出針對性的輔導與個性化的學習建議。本發(fā)明以直觀的動畫方式將題意理解與算式計算過程展示出來，激發(fā)學生的想象力，提高學生的理解能力。

技術領域

本發(fā)明涉及一種情境仿真系統(tǒng)，具體涉及一種面向數(shù)學教育的情境仿真支持系統(tǒng)。

背景技術

由于數(shù)學問題解決過程中，中小學生普遍存在著忽視問題情境、缺乏數(shù)學思考等問題，小學生的學習絕大多數(shù)情況下更依賴由直接觀察所獲得的具體化經(jīng)驗和理解。情境缺乏對中小學生的影響非常明顯，對經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)的中小學生尤其如此。

數(shù)學解題主要包括2個步驟：①理解題意、把數(shù)學問題轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學語句；②根據(jù)數(shù)學語句進行計算解題。其中①的實質(zhì)就是問題情境的理解。智能輔導系統(tǒng)等能在一定程度上支持學生解題，其主要功能是支持學生解題、反饋學生知識把握現(xiàn)狀(KT)。但是還存在如下問題：

(1)雖然當前研究也通過情境仿真來增加學生對問題情境的理解，例如游戲、動畫、ⅤR/AR等,但是不滿足教師與學生的個性化需要，導致他們不能真正參與。①由于廣大教師與學生情境不一定相同，而幾款仿真應用軟件，如果不能充分發(fā)揮教師與學生的情境化發(fā)揮，就很難發(fā)揮教師的個性化教學特色，也限制了學生的創(chuàng)造性。②雖然當前有一些簡易程序設計語言，但是它們與小學數(shù)學之間的關系還不是很緊密，F(xiàn)LASH版的LOGO，SMALLBASIC，易語言，C#等。對廣大教師而言，有一定難度；對學生而言，難度就更大了。③同時面對海量數(shù)學題，上述研究難以全覆蓋，否則會使得情境創(chuàng)設的工作量過重。

(2)在對計算步驟進行檢查、糾錯與提示時忽略了應用情境。當前的研究在一定程度上能對學生計算步驟進行檢查、糾錯與提示，但是①往往把計算步驟看作與應用情境獨立的純數(shù)學事件；數(shù)學計算其實與應用情境之間有一定映射關系的，割裂了二者之間的使得學生更難理解數(shù)理知識；②由于忽視應用情境，使得候選計算規(guī)則集龐大，進而使得計算時間代價、空間代價均較大，導致不能實時提供支持。

(3)研究學生知識追蹤模型時對應用情境重視不夠。①當前研究也能根據(jù)學生計算過程中的行為信息分析學生的知識追蹤模型，但是把知識點作為一個個離散的點，研究粒度太細。然而數(shù)學題總是存在于一定應用情境的，此時知識之間是相互聯(lián)系的，例如800-40*x比800-y要復雜，16-30比20-16要難，彼此之間應用情境不一樣。脫離了應用情境，則不能充分揭示學生的能力。②同時KT主要局限與計算過程的分析，忽視了題意理解方面的情況；而解題的2個步驟是統(tǒng)一的，只有結(jié)合問題情境，從題意理解角度進一步研究KT，才能更全面揭示學生的知識把握狀況。

根據(jù)上述分析，由于目前智能輔導、在線教育等計算機輔助教學領域情境方面的不足，導致系列痛點：對學生而言，由于缺乏情境支持，使得題目不好理解,做錯了不知道為什么，不能獲取提示，甚至答案看不懂；對教師而言，情境的缺乏，要全面了解每個學生的知識掌握現(xiàn)狀及原因，幾乎不可能,也迫切需要工具的支持來解決問題；對學校而言，由于師資與資金不足，也迫切需要互聯(lián)網(wǎng)以及情境工具支持，對不發(fā)達地區(qū)尤其如此；對當前解題支持工具而言，由于情境特征還不明顯，使得對學生解題的支持還不全面。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種面向數(shù)學教育的情境仿真支持系統(tǒng)，從情境仿真支持的角度，對中小學數(shù)學解題支持系統(tǒng)展開研究，解決當前學生、教師等在中小學學生數(shù)學解題時的困難。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術方案：