可在www.sciencedirect.com上在线ScienceDirect电气系统与信息技术学报3（2016）282阿拉伯语语法智能教学系统莫娜·HMahmoudJ.， Sanaa H.Abo El-Hamayed埃及开罗电子研究所接收日期：2015年8月12日;接收日期：2016年2月13日;接受日期：2016年4月17日2016年8月3日在线发布摘要在这项研究工作中，智能教学系统（ITS）提出了模拟的教育过程中的行为。任何智能教学系统都包括一个教学模块、一个问题选择器、一个专家模块、一个学生模型和一个图形用户界面。这项工作是在执行一个名为“阿拉伯语语法导师”的项目的同时提出的本文对该项目的一部分内容进行了介绍和讨论这一部分包括智能交通系统的前三个模块这些模块是：导师模块，问题解答模块和专家模块。此外，还将进行知识库这些模块已得到实施和测试。埃及小学四年级的阿拉伯语语法课程被作为一种领域知识采用。此外，还将考虑进行某种文本分析。© 2016 电 子 研 究 所 （ ERI ） 。 Elsevier B. V. 制 作 和 托 管 这 是 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：智能教学系统;教学模块;提问模块;专家模块;领域知识;阿拉伯语语法1. 导言和相关工作不同的智能教学系统（ITS）在几个学科领域的实施这种系统的例子简要地提到如下：有两个ITS项目基于对话对话框运行：AutoTutor和Why 2-。阿特拉斯一些研究人员也提出了一些智能辅导系统。这些项目和系统背后的想法是，这些项目将从学生的引导性问题开始，并给出答案。*通讯作者。电子邮件地址：monah1957@hotmail.com（M.H. Mahmoud）。电子研究所（ERI）负责同行评审http://dx.doi.org/10.1016/j.jesit.2016.04.0012314-7172/© 2016电子研究所（ERI）。Elsevier B. V.制作和托管这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。M.H. Mahmoud，S.H.Abo El-Hamayed/Journal of Electrical Systems and Information Technology 3（2016）282283a) AutoTutor它是一个计算机导师，通过使用自然语言与学习者对话，模拟真实人类导师的课程模式和教育技术。它已经逐步开发，后者有一个3D交互式界面，并已使用Visual Basic实现。NET和C#编程语言。在这个项目中使用自然语言概念意味着辅导以对话的形式发生，使用语音或自由文本输入呈现人类输入。为了处理这些输入，Auto Tutor项目使用计算语言学算法，包括潜在语义分析，正则表达式匹配和言语行为分类器（AlEmran和Shaalan，2014）。b) Why 2-Atlas是一个ITS，将物理原理作为领域知识进行处理。学生们以段落的形式输入他们的作品，程序通过根据他们的解释对学生的信念进行假设，将他们的话转换为证明。在这样做时，误解和不完整的解释被强调。然后，系统通过与学生对话来解决这些问题，并要求学生纠正他/她的文章。在该过程完成之前可能发生多次迭代（Vanlehn等人，2002年）。c) 基于网络的智能语言教学系统（德语导师）是通过网络环境来形成德语课程的语法练习智能是通过一个分析器出现的，它分析学习者输入的德语语法。该系统的学生模型为学生提供了适应性反馈，适合他们的专业知识以及一些建议的练习。智能和自适应机制建立在一个单独的服务器端，在那里处理答案。该系统已通过测试，它与19名学生在1小时类进行了评估。84%的学生报告说，该系统非常强大，为他们提供了即时反馈和免费的语法练习（AlEmran和Shaalan，2014）。d) 甲壳虫II系统：是一个教程对话系统，旨在接受无限制的语言输入，有两种不同的教程规划和对话策略。该系统的领域是电力和电子的基础。一个自然语言的对话分析器已被用来分析任何输入的学生，以及从每个语句中提取一个适用的语义，并确定释义，可以承担类似的意义。甲壳虫II已经实现，以检查是否自我解释可以处理的计算机支持的NLP技术。该系统已经开发，要求学习者说明他们的答案，以便给他们一个详细的反馈。 该系统有助于让学生进入正确的插图，而无需参考简答题，也无需在每次教程回答后参考导师（Dzikovska等人，2010年）。自然语言处理（Natural Language Processing，NLP）是人工智能领域中对人类自然语言进行解释和处理NLP研究人员旨在收集人类如何理解和使用语言的知识ITS的功能根据其组件和NLP工具的使用而有所不同。使用NLP工具的系统有能力评估学生的答案并诊断他/她的误解（Chowdhury，2003）。处理阿拉伯语的语言计算是一项艰巨的任务。困难来自多方面：（1）阿拉伯语句法的复杂性，（2）阿拉伯语“altashkiil”中元音的省略 由于这些原因，很少有研究涉及阿拉伯语为基础的辅导系统（Shaalan，2003年）。在这项工作中，我们的系统AG TUTOR模拟了教师和学生在教育环境中的行为AG TUTOR被认为是一种自适应学习系统，它使用计算机作为交互式教学机器。该系统根据学生对问题和任务的回答所表明的学习需要调整教材的呈现方式此外，该系统具有NLP分析学生答案的能力，以诊断他的错误并解决他的问题（Samuelis，2007）。教学系统是作为一系列教学任务来执行的。每项任务都是使用由示例和问题支持的课程解释来实施的（Nkambou等人， 2010年）。 为了以准确的形式表示阿拉伯语语法，咨询了埃及教育部的一位教育专家和一位领域专家。埃及小学四年级阿拉伯语语法的一个真正的学术数据课程被用作试验平台。在拟议的系统中，为知识库提供了一个框架，其中包括各种所需的知识（Mahmoud和AboEl-Hamayed，2015;Prentzas和Hatzilygeroudis，2009）。本文的组织如下：第2节介绍了AG TUTOR的领域知识，而第3节介绍了知识库。第4节和第5节分别讨论了辅导模块和问题处理此外，专家模块在第6节中介绍。最后，第七章对整个工作进行了总结。284M.H. Mahmoud，S.H.Abo El-Hamayed/Journal of Electrical Systems and Information Technology 3（2016）282Fig. 1.所采用领域的主要经验教训/概念。注：* 矩形表示一个课程或概念。* 椭圆表示课程的一部分2. AG TUTOR人工智能中的领域知识是关于目标系统运行环境的知识。创建领域模型是为了表示问题领域的词汇表和关键概念。域模型还标识问题域范围内所有实体之间的关系，并通常标识它们的属性。域模型的一个重要优点是它描述了问题域的范围（Brusilovsky和Cooper，1998）。采用的领域是埃及小学四年级的阿拉伯语语法课程该课程的知识来自阿拉伯语教师的成绩单。采用自适应超媒体技术设计了该领域的结构。在AG TUTOR中，域已经被转换成概念和片段，如图所示。1.一、M.H. Mahmoud，S.H.Abo El-Hamayed/Journal of Electrical Systems and Information Technology 3（2016）282285图的阿拉伯语语法的域的结构。 1被设计为这样的概念和片段（如果采取3个教训的样本）：概念名称：演讲其组成部分：名词、动词、小品词概念名称：名词性句子它的片段：发端，阐述概念名称：动词句子它的片段：，动词，主题等等，所有将要教授的语法都被转移到这个表格中，然后转移到计算机上的数据库表中。3. 知识库知识库（KB）是一种用于存储复杂的结构化和非结构化信息的技术， 一种用于人工智能领域的计算机系统。基于知识的系统由表示关于世界的事实的知识库和可以对这些事实进行推理并使用规则和其他形式的逻辑来推断新事实或突出不一致性的推理引擎组成（Roth等人， 1983年）。AG TUTOR知识使用产生式规则方法表示，包括：事实和规则。事实和规则的细节如下所示。3.1. 数据库事实通过关系数据库表示。该数据库使用Microsoft Access实现，包括11个表。下表列出了各表及其样本：1. 概念表：包含课程的名称，例如：（名词性句子，动词性句子，）。2. 成分表：包含每个规则的成分，例如：（动词句子由：动词和主语组成3. 类型表：包含类型的概念，如：在（代词课）。4. 例子表：包含每节课的不同例子，以帮助学生理解。5. 问题表：包含问题标题，如：（从括号中选择正确的单词6. 问题表：包含每个问题标题或问题下面的问题。7. 单词表：包含将呈现给学生的所有练习中包含的所有单词及其特征代码。这张桌子叫做字典。它有大量的单词，每个单词的特征。这些特征是类型，性别，计数和解剖结构。表88. 分类表：它包含了类型代码，这是一个代码的每一种类型的词，如名词，动词和粒子，分别采取代码1，2，3。9. 性别表：它包含每个单词的性别代码，主要是男性1和女性210. 计数表：它有一个代码，用于计数单词。编码分别为1、2、3，代表单、双和复数11. 解剖表：它有代码的类型的名词，如：人类，动物，行星，无生命（固体），形容词，采取代码从1到5分别。3.2. 产生式规则产生式系统（或产生式规则系统）是一种计算机程序，通常用于提供某种形式的人工智能主要由一系列关于行为的规则组成。这些规则，称为生产，是一个基本的表示发现有用的自动规划，专家系统和行动选择。生产系统提供了执行生产所需的机制，以实现系统的某些目标（Anon，2016a）。产生式由两部分组成：感觉前提（或如果生产的前提条件与世界的当前状态相如果一部作品286M.H. Mahmoud，S.H.Abo El-Hamayed/Journal of Electrical Systems and Information Technology 3（2016）282动作被执行，就说它已经被触发了。生产系统还包含一个数据库，有时称为工作内存，它维护有关当前状态或知识的数据，以及一个规则解释器。规则解释器必须提供一种机制，用于在触发多个产品时对产品进行优先级排序（Anon，2016 a;Anohina，2007）。在AG TUTOR系统中，规则通过所有模块的一大组规则来表示。该系统有许多类型的规则：辅导模块的一组规则，允许学生通过导师获得他/她需要的信息两组规则的问题模块。一个小组为特定的课程选择一个问题或更随机的问题，一个小组允许学生回答问题。• 专家模块的多组规则每种类型的问题一组。作为AG TUTOR规则的示例：··M.H. Mahmoud，S.H.Abo El-Hamayed/Journal of Electrical Systems and Information Technology 3（2016）282287图二.教学模块的设计。4. 辅导模块辅导模块是设计和调节与学生的教学互动的教学模块。辅导目标结构来自教师成绩单。评估是辅导模块的一个非常重要的功能辅导模块的功能本质上是对学生进行持续评估，从而与专家模块互动，以规定进一步的行动（Akbulut和Cardak，2012; Anon，2016 b）。4.1. 教学模块AG TUTOR中的辅导模块的输入是由阿拉伯语专家制作的脚本，他将课程的课程转换为可以在计算机上实现的形式。该模块的输出是一组相互链接的快照，并向学生提供非常有吸引力的课程解释，因此，他可以学习他选择的课程他可以进入下一个屏幕，回到上一个，进入其他课程或通过一组图标退出。如图 2、辅导模块包括以下内容：一个解释器，通过每个课程的许多屏幕来表示课程，每个屏幕都用高水平的图形解释课程的一部分：图片，声音和动画。一个例子模型：代表一组例子，为每一个教训在一个有吸引力的形式支持多媒体设施。• 图形用户界面：一个有吸引力的图形用户界面允许学生与系统进行交互图图3显示了指示名词（）课的一个快照。5. 问题解答模块提问模块的主要目标是随机选择一个问题，并根据学生选择的课程将其显示给学生，并给他回答的机会（Mills和Dalgarno，2007）。试题库模块的输入是数据库中的试题库这个问题库主要通过表5中的问题、表6中的问题表以及它们与数据库中其他表的关系来问题库包含大量的问题。银行被分成许多组的问题作为一组为每一课。在AGTUTOR中，主要有许多类型的问题：··288M.H. Mahmoud，S.H.Abo El-Hamayed/Journal of Electrical Systems and Information Technology 3（2016）282图三.来自辅导模块的快照。1. 多项选择题（MCQ）2. 匹配相关的正确句子3. 压在某物上（例如）4. 用括号5. 找出一个动词，一个名词，或者一个小品词。. ......你好。. . ..6. 分析句子7. 将名词性句子重新排序为动词性句子，反之亦然。8. 生成名词5.1. 试题库模块如图4所示，问题处理模块包括：1. 图形界面：包含所有问题所需的所有图形组件，包括表单图片、标签图片和字体。2. 数据库：一组包含大量问题的表。3. 问题需求定义器：一个子模块，用于分析问题需求，并将所有相同的参数，属性，事件图形传递到主程序表单。见图4。 提问模块。M.H. Mahmoud，S.H.Abo El-Hamayed/Journal of Electrical Systems and Information Technology 3（2016）282289245–145111111211表1概念表。概念概念ID概念名称概念描述此表中的主键是（概念ID）（概念或课程编号）并且与表2-6中的c代码相关。表2组分表。c code comp code type code compp Name compp Desc445512121111此表中的主键为（组件代码）（组件或片段编号） 并且与表3和表4中的（comp ID）相关。表3类型表。c code Comp ID Types ID Types Name2 1 12 2 22 3 3该表中的主键是（类型ID）（概念的类型），并且分别与表2、5和6中的（类型代码）或表3和4中的（类型ID）相关表4示例表。示例c ID Comp ID类型ID ex no示例此表中的主键是（C ID）（课程编号）并且与表1中的（概念ID）相关。4. 主窗体：此窗体处理运行时事件，并对学生的操作做出响应在AG TUTOR中，使用Java Netbeans IDE 7.0、ODBC API unlaces API、SQL和Microsoft Access作为知识库，实现了问答模块该模块的知识库包括数据库中的概念、问题和问题表（表1、5和6）学生在windows环境下通过友好的图形用户界面与系统进行交互。图图5显示了来自问题提示模块的快照，该模块显示了指示名词（）课程中的问题。290M.H. Mahmoud，S.H.Abo El-Hamayed/Journal of Electrical Systems and Information Technology 3（2016）282表5问题表。问题c代码类型代码P没有问题头111411此表中的主键是（P no）（问题标题编号）并与表6中的（P no）相关。表6问题表。问题c代码类型代码P noq号问题1111111241114112表7单词表。话w码词类型性别计数解剖1481112149111515011141511114152111115312111541215表8分类表。分类类型类型代码123表9性别表。性别性别性别代码12M.H. Mahmoud，S.H.Abo El-Hamayed/Journal of Electrical Systems and Information Technology 3（2016）282291表10计数表。计数计数计数码123表11解剖表。解剖解剖代码12345图五.来自问题分析模块的快照。6. 专家模块不同的系统使用不同的技术来建模专家模块。在AG TUTOR中，专家模块使用课程的可用规则来获得问题的答案它模拟决策中的人类专家或教育中的教师该模块包含有助于获得问题正确答案的领域知识规则在这一阶段，专家模块是为包含九课的课程的两个部分的领域知识实施的（Brusilovsky，2002;Ramesh和Rao，2010）。专家知识模块包括要传达给学生的特定领域的事实和规则即专家的知识，通常来自于在该领域具有多年经验的人在AG TUTOR中，专家模块使用产生式规则来表示回答问题的知识库。专家模块使用这些知识来指导系统的其他部分。292M.H. Mahmoud，S.H.Abo El-Hamayed/Journal of Electrical Systems and Information Technology 3（2016）282分析仪问题过程搜索正确答案问题一个问题提问代码字样数据库字典词特征见图6。 专家模块的设计。6.1. 专家模块本模块的方法论是建立在为将向学生展示的练习中使用的单词定义一些特征的想法上的这些词和它们的特点如前所述被收入词典这些特征通过表7（词典）中所示的每个特征的特定代码表示（Ramesh和Rao，2010）。举个例子：““（pupil）”具有名词性、男性性、单身性、人性等特征。它将接受一个代码：定义每个词的特征的想法是有价值的，因为：这个模块可以处理单数，双数和复数名词，男性和女性。此外，一个阿拉伯语单词可能是不同类别和类型之一其类型有可以添加更多问题并向学生展示，而无需更改模块。这个想法将帮助我们在下一阶段实现学生模块，该模块将检查学生的答案并解决他的问题。这可以增强系统识别学生信念在程序运行过程中，问题管理器选择一个随机问题并将其显示给学生。此外，将问题编码作为输入发送到专家模块。这个模块的输出是正确答案。如图 6、专家模块主要由多个组件组成：数据库：是由表5-11组成的一组表。 这些表格包含了向学生提出问题的主要数据以及问题结构之间的一些关系。字典：如前所述，字典是存储在表7中的单词的集合，其中有大量的单词，每个单词都有其特征代码到目前为止，这本词典大约有700个单词。问题分析器：它把问题，分析它的话，并通过搜索数据库得到该问题的话的特征搜索过程：有两个搜索功能：- 通过查询数据库表，获取问题代码;Question的输出;以获得问题- 在分析问题之后，系统搜索词典以获得问题中每个词的特征。因此，系统可以得到与这些特征匹配的正确答案。图7示出了来自专家模块的快照，其示出了图5中的相同问题，具有正确的答案······M.H. Mahmoud，S.H.Abo El-Hamayed/Journal of Electrical Systems and Information Technology 3（2016）282293见图7。 来自专家模块的快照。7. 结论与讨论在这项研究工作中，智能辅导系统的一部分，以提高教育过程。 这项工作是献给那些在埃及小学四年级的学生。该工作主要涉及三个主要模块：辅导模块、问题选择模块和专家模块。开发和实施辅导系统以增加和/或增强学生在所采用的领域中的技能该系统简要地解释了所选择的领域，这是四年级学生的阿拉伯语语法该系统支持使用图像、声音、动画和文本等多媒体设备的解释过程。该系统还涉及问题分析以及领域知识专家。专家模块的知识该系统还支持一个图形用户界面，以方便与学生的互动。这项工作被认为是原型，因为它可以扩大规模，以涵盖其他学科课程。最后，在PC机上实现了系统的Access数据库设计。使用Java，C#编程语言，以及Photoshop和Illustrator软件包进行图形和多媒体活动。引用Akbulut，Y.，Cardak，C.S.，2012年。适应学习风格的教育超媒体：2000 -2011年出版物内容分析。Comput. Educ.58，835 -842，Elsevier.Al Emran，M.，Shaalan，K.，2014. 智能语言教学系统综述。在：国际会议上的先进计算，通信和信息学（ICACCI），德里，印度，页。393-399.Anohina，A.，2007. 智能教学系统之研究进展：问题解决模式与提示模式。国际计算机Commun. ControlII（1），48-55.https://en.wikipedia.org/wiki/Production系统（计算机科学）。https://en.wikipedia.org/wiki/Intelligent辅导系统。Brusilovsky，P.，库珀，D.W.，1998年 ADAPTS：基于Web的性能支持系统的自适应超媒体。在：第二次世界适应性系统和用户建模的研讨会在世界范围内，美国，汉堡。Brusilovsky，P.，2002. 开发适应性教育超媒体系统：从设计模型到创作工具。信息科学学院，匹兹堡大学，宾夕法尼亚州15260，美国。Chowdhury，G. 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