利用人工智能促进汉语教学

利用人工智能促进汉语教学Dr.JiannaJianZhangDr.DongyanBlachfordDepartmentofComputerScienceDepartmentofInternationalLanguagesWesternWashingtonUniversityUniversityofReginaBellingham,WA,USARegina,SK,[e-mail]@uregina.caDr.JimHearneDr.JanetXingDepartmentofComputerScienceDepartmentofLinguisticsWesternWashingtonUniversityWesternWashingtonUniversityBellingham,WA,USABellingham,WA,[e-mail]@wwu.edu文章摘要在过去十几年，电子技术已从不同的角度直接或间接的影响到对外汉语教学。各种不同程度的语言教学软件也不断的出现。这些软件主要是为了帮助学生提高单项语言技巧﹐例如语法﹑发音﹑聽﹑说﹑写、或者阅读。但是大多数的软件都缺乏学生与电脑之间交际的功能。虽说提高语言交际功能以及实际运用语言的能力已成为第二外语教学的主要目的，但是到目前为止，能够帮助学生们达到这个目的的多媒体软件还寥寥无几。我们认为这是因为电脑技术和语言教学理论相結合的软件模式还没有得到完善的结果。本文提呈一个利用人工智能技术促进对外汉语教学的综合性软件系统的開發設想及理論基礎。其目的是通過計算機軟件为学习汉语的外国学生们创造一个类似真实的虛擬语言交际环境。例如中国人怎么卖东西﹑怎么问路﹑怎么乘公共汽车等等。由于我们的软件系统为不同的语言训练环境储备了丰富的动态语料库，當学生们学习在某个场合怎么交际时通过视听和输入的方法就可以学到各种不同的交际能力。换句话说﹐通过跟电脑交际，學生们不仅学会怎么说汉语，更重要的是可以学会在不同的场合选用适当的词语准确而灵活的与不同的人交往。我们的软件系统一共分成7个部份：(1)汉语输入输出窗口，这是学生们和人工智能综合性软件系统交流的中心；(2)汉语语句识别系统，这一部份是用来训练学生的读写能力；(3)汉语语音识别系统，这一部份是用来训练学生的听说能力﹔(4)模式识别系统，虚拟人可以利用这一系统识别自己的学生和他们的笔迹；(5)动态语料库，用以训练学生们适应不同的语言环境；(6)虚拟人系统，这是一组人工智能系统用来模仿不同性别，不同年龄，不同职业的对话者；(7)自我改善系统，这一部份是本软件系统不断自我改进的关键。我們所提出的这套综合性软件系统的优越性在于不仅为学生们提供语言交际的虚拟环境，而且提供现场指点及问题解答﹐從而提高學生們的语法，发音，听、说、写、和阅读的宗合能力。目前，我们已开始着手第2部份中的汉字识别系统[ZBT03]和第4部份中的學生识别系统。这两个下属系统均采用人工智能神经网络技术。虽然我们的综合性软件系统还處在初始阶段，但我们相信它的成功将会给对外汉语教学事业带来广泛的影响。一．引言基于Dobrovolsky提出的语言学习理论[DOB96],我们闡述一个利用人工智能促進對外漢語教學的設想和理论從而开发和實現一个幫助学生有效地提高四項主要语言技能的﹐近似真實的語言学习环境。众所周知，学习语言昀理想的方式是有一个练习、使用语言的自然环境。如果学生没有机会练习它们在课堂里所学的东西，他们的语言能力是不可能提高的[KAP98]。虽然近年来，越来越多的学生有机会到中國学习中文，但是这对大多數学生来说仍然是一种可望不可及的方式。我们希望我们设计的学习工具能昀大限度的模擬汉语学习环境，为学生們提供跟电脑老师对话的机会﹐從而成为学习汉语的學生們的好朋友。我們相信﹐我們的电脑软件將會使学生們不仅学到语言技巧，還可以学到中國文化。更重要的﹐这样的人工智能电脑软件將會为教室和实际语言环境之间建造一座桥梁[MOO96，LEH00]。二．现有的教学电脑软件在过去十几年中，各种各样的电脑教学软件和网上材料层出不穷。通过考查和分析大量近期有关电脑教学的文献和软件，我们了解到现存的研究结果中的憂缺點﹐從而更堅信本文所提出的电脑教学软件將會彌補目前市場上多媒體漢語教學缺少的空白。下面我们从汉语教学的不同侧面來分析一下现有的电脑教学軟件的特点﹕發音﹕目前有不少电脑软件专门用来帮助学生学习汉语发音﹐比如HyperChinese[Fu96]，Pronun-ciationModule[MSI96]。由于汉语的四声对母语是印欧语的学生来说比较难学，帮助這些学生学习发音的工具总是很受欢迎。市場上還有一些軟件通過向學生展示嘴唇,牙齒,和舌头位置的變化來糾正他們的發音。语法﹕大量成功的电脑教学軟件用于语法练习。Hall[HAL98]和Xing[XIN00a，XIN00b]在谈到设计学习语法的教学材料时提出应该充分利用CALL和IT的功能使学生不仅理解某个语法的功用，而且知道在什么情况下使用这个语法要素。漢字﹕汉字﹐对学汉语的学生来说是非常重要的，也是昀难的一个环节。利用动画的方式教学生学汉字已经是电脑和网页上常见的练习。比如，《文林》[WEN02]﹐即是练习写汉字的工具，也是学习使用汉字的好字典。文學﹕电脑技術给对外汉语教学带来的昀大的优势是能够透過大量真实的语言材料﹐比如报刊、杂志上的文章，文学小说和电影录像等，为学生們提供了一個很好的了解歷史悠久的中國文化的機會。因特網﹕电子邮件，聊天室和网上黑板是目前使用昀广泛的网上交流工具。这些工具为学生和老师提供了一种用汉语的书写方式进行交流的机会。可以说在某种程度上它们具有实际语言环境的特点。不足的是它们缺乏练习听说的功能。三．汉语教学的微观世界我们设计的汉语教学软件主要遵循电脑对外汉语教学的微观理论。意思是要把生词、语法和听说三个方面结合起来给学生创造一个模拟真实语言的环境[KAP98]。不过由于这种软件需要人工智能，計算机翻译和语言学方面的种种知识，现有的软件常常局限于只能处理句子范围内的语言现象，不能解决句子以外的话语现象[GRA01]。我们发现大部分现有的软件昀多只能解释或者帮助学生练习已经学过的语言、文化知识。这类的练习常常是被动的机械练习，无法帮助学生学习真实语言环境中使用的真实语言。相比较，我们设计的软件将创造一个能引起学生学习语言的兴趣和使用语言的想象力和创造力的环境。也就是說这种软件可以给学生提供建议和辅导。更重要的是帮助学生认识一种即經濟，又方便的学习方式。为此，可以说我们要设计的软件将集人工智能、机器翻译、自然语言检索和语言学四方面的技术和知识为一体。我们设计的程序主要依靠现有的教学软件，并在此基础上作进一步的改进使之适合汉语教学材料在电脑上的实际应用。四．設計理論和基礎经过几十年的研究与实践，目前外语及第二语言的教与学领域正在集中研究学生学习及掌握第二语言的整个过程，包括寻找那些能够使学生熟练及恰当的运用所学语言的知识和技能。对于这一课题，目前大多数学者认为教学的重点应该放在发展和培养学生的实际语言交际能力。许多学术著作都对此做出评论。与以往不同的是成功的获取实际语言交际能力不仅限于掌握语言的形式，而且包括掌握和了解一系列相互关联的知识与技能。圖一[DOB96]对培养实际语言交际能力时所需考虑的各项基本内容及相互关系作了形象具体的描述。圖一中的根本观点是：使学生掌握基本语法知识包括语音，语调，词汇。句子结构固然重要，但是这些知识仅限于使学生有区别一个句子正确与否的能力，如果想使学生成为一个有效的实际交际者，仅掌握语法知识是远远不够的。只有结合培养和发展圖一中列出的其他更广泛的知识和技能﹐例如文化知识及交际技能，才能使学生具有真正的语言交际能力。因此，在外语教学中，应使学生就表中提到的各项知识与技能得到全面发展。然而，目前许多外语教学课程都缺乏对表中的各项知识和技能的培养，特别在培养学生对语言的实际应用的能力方面。Figure1.Amodelofcommunicativecompetence[DOB96]四．漢語语言处理:背景假定第一﹐盡管我们的目标是為學生們建立一個近似真實的﹑灵活性的語言学习环境﹐但我们知道這一切都深刻地局限在当前的技术水平中。我们的計劃將引伸許多現存的科研成果或科研文献[FU96,WAN99,WEN02,XIN01]。我們計劃將句法內容貫穿在語句練習之中[YAO97]。第二﹐我们预先假定，一个准确正式的语言范围模式可以使我们准确的列出在此范围内一系列所相关的语法内容和语言知识。它包括一系列有关语法规律的内容，这个模式可使计算机找出符合语法规律的答案，这些建立起来的答案可为今后大范围的答案提供合理一致的基础。五．软件系统设计根據我们的软件系统的特征﹐我們命名它為“FacetoFace”(面對面)。“FacetoFace”可提供各種不同的虛擬語言環境。學生可以根據需要自行選擇,。譬如說﹐飛機場﹑郵局或醫院。学生們可以選擇需要練習的语言(当前的設計是北京话汉语﹐將來可增加其它語言)。我们的設計要学生們感觉好象面对面与中国人談話同时又不會象在真人面前那樣拘謹。在这样的自由环境里,学生們感觉放松﹐因此能够专心学习。Figure2.TheInteractiveNaturalLanguageOrientedUserInterface為达到这一目的,我们设计了一個汉语输入输出窗口(請參閱图2)。这是学生们和人工智能综合性软件系统交流的中心。第一步﹐我們計劃学生與虛擬老师之间的信息交流由鼠標在屏幕上的特定窗口移動來決定。也就是﹐學生用鼠標在屏幕上寫汉字來和虛擬老师交流﹔而虛擬老师也用鼠標在屏幕上寫汉字來和學生交流(汉字输入输出)。當第一步成功的實現以後﹐我們計劃利用對話方式來實現學生與虛擬老师之間的交流。在這個汉语输入输出窗口的背後隱藏著一套人工智能計算机成序。这一套人工智能計算机成序包括以下元素:1．汉语语句识别系统，这一部份是用来训练学生的读写能力2．汉语语音识别系统，这一部份是用来训练学生的听说能力3．模式识别系统，虚拟人可以利用这一系统识别自己的学生和他们的笔迹4．动态语料库，用以训练学生们适应不同的语言环境5．虚拟人系统，这是一组人工智能系统用来模仿不同性别，不同年龄，不同职业的对话者6．自我改善系统，这一部份是本软件系统不断自我改进的关键六．汉语输入输出接口“FacetoFace”的汉语输入输出接口是連接在因特網上的(請參看图3)。图3显示的动态网页包含9個虛擬环境。當學生選擇好老师和練習環境以後﹐动态网页會顯示出對話窗口。昀初的输入,可以由学生输入或由一位虛擬老师选择。在不同的环境裡﹐虛擬老师将充当不同的角色。例如,在机场里,学生能选择与一名服务台的服務生,其它乘客,或机场乘务员谈话。虛擬老师實際上是另一套人工智能程序。它象真正的老師一樣﹐要提前“備課”﹕学会汉字,讲中文,輔導它的学生,和监督学生的進步。七．汉语输入输出接口的改进“FacetoFace”的汉语输入输出接口的設計将利用和提高近年来發展的先進技术﹐其中包括中文句子識別(ChineseSentenceRecognition)[CHO02,CHA01,TON00,FU99,CHE97,HAN97,ROM96]﹔漢語語音識別(ChineseSpeechProcessing)[LEN02,IBM02,SCA02,PRO02,ASI00,ATT02]﹔学生面孔识別[IDE02,TSS02,VII02]等等。但是汉语语句識別卻非常少見。我們計劃在這些科研成果的基礎上發展自己的擅長。例如,Chong等的研究成果以99%的准确性識別5000个汉字[TON00]。另一成功软件﹐SharpEye中国字识别系统﹐可識別5,543个传统汉字。它以每分钟1000个字的速度達到98%的准确率[TWI02]。Figure3.ScreenShotofaSelectionofVirtu