徐影　李懷龍　謝家奎

[摘要]基于兒童學(xué)習(xí)障礙診斷的現(xiàn)狀與方法，文章提出將專家系統(tǒng)用于兒童學(xué)習(xí)障礙的診斷并嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)專家系統(tǒng)的推理模型。該模型使用產(chǎn)生式規(guī)則進(jìn)行知識(shí)表示，包括用戶界面與診斷推理系統(tǒng)兩大部分，文中最后以兒童閱讀學(xué)習(xí)障礙診斷為例說明了基于該推理模型的專家系統(tǒng)的開發(fā)。

[關(guān)鍵詞]推理模型；兒童學(xué)習(xí)障礙；診斷；專家系統(tǒng)；產(chǎn)生式表示

[中圖分類號(hào)]G40-057 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [論文編號(hào)]1009-8097（2013）03-0105-04 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.03.021

19世紀(jì)后期，隨著社會(huì)對(duì)勞動(dòng)力素質(zhì)要求的不斷提高，學(xué)生學(xué)習(xí)障礙問題越來越突出，甚至已經(jīng)成為現(xiàn)代教育中的普遍現(xiàn)象，因而受到了人們廣泛的關(guān)注。縱觀學(xué)習(xí)障礙研究歷史，其研究主要集中在教育學(xué)、醫(yī)學(xué)、發(fā)展與教育心理學(xué)等研究領(lǐng)域，探討學(xué)習(xí)障礙的分類、外部行為表現(xiàn)、形成原因與機(jī)制、診斷和干預(yù)策略等方面的問題，為教師診斷學(xué)生學(xué)習(xí)障礙和實(shí)施教育干預(yù)提供理論與方法的支持。這些關(guān)于學(xué)習(xí)障礙的病因、診斷、干預(yù)的理論與實(shí)踐使每一個(gè)學(xué)習(xí)障礙兒童享受平等的受教育機(jī)會(huì)并得到充分發(fā)展成為可能。

一.學(xué)習(xí)障礙診斷的現(xiàn)狀與方法

學(xué)習(xí)困難也稱作學(xué)習(xí)障礙，即Learning Disability（簡(jiǎn)稱LD）。美國(guó)教育心理學(xué)家科克（S.Kirk）于1963年提出這一概念以來，國(guó)際醫(yī)學(xué)界、教育界的有關(guān)專家和學(xué)者對(duì)LD兒童的一般特性表述不盡一致，關(guān)于LD的定義也有不同的看法。在國(guó)內(nèi)，到目前為止學(xué)術(shù)界對(duì)LD還沒有一個(gè)統(tǒng)一明確的界定。通常認(rèn)為兒童學(xué)習(xí)困難是指智商屬正常范圍且沒有感官障礙的兒童其學(xué)習(xí)成績(jī)明顯低于同年級(jí)學(xué)生，不能達(dá)到預(yù)期學(xué)習(xí)目的。

學(xué)習(xí)障礙兒童具有認(rèn)知、心理、行為等各方面的障礙，需要通過早期發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行針對(duì)性的治療和教育指導(dǎo)。因此對(duì)于學(xué)習(xí)障礙兒童的篩選測(cè)試和診斷已經(jīng)成為目前各相關(guān)領(lǐng)域普遍關(guān)注的研究課題。判斷兒童是否具有學(xué)習(xí)障礙，除進(jìn)行神經(jīng)心理學(xué)、醫(yī)學(xué)等方面的檢查，也需在學(xué)校里把握其特異性學(xué)習(xí)方面的困難。

診斷是干預(yù)的基礎(chǔ)。只有在科學(xué)診斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行，干預(yù)和訓(xùn)練才可能是積極有效的。目前常見的兒童學(xué)習(xí)障礙診斷方法有以下三種。

一是通過文獻(xiàn)、問卷、談話、訪問等手段進(jìn)行的調(diào)查法。一般而言，對(duì)于一些無法通過短時(shí)間直接觀察而獲得的信息均采用調(diào)查法來獲得，如兒童的情緒狀態(tài)、在家里的表現(xiàn)、教師對(duì)學(xué)生的期望與教育觀念等。

二是通過專門量表等工具進(jìn)行的測(cè)量法。測(cè)量法所給出的數(shù)量化描述更易于分析并作出科學(xué)的診斷。除常見的韋氏智力量表外，還有如美國(guó)教育心理學(xué)教授S.kirk制作的ITPA、美國(guó)Kaufman夫婦開發(fā)的K-ABC、神經(jīng)心理學(xué)博士H.R.Myklebust設(shè)計(jì)的PRS量表、日本心理學(xué)家上野一彥提出的行動(dòng)檢查法等。目前也有針對(duì)學(xué)習(xí)障礙亞型的專門量表，這些量表對(duì)于診斷學(xué)習(xí)障礙講更有針對(duì)性，如明尼蘇達(dá)大學(xué)Robert H.Bmininks教授所編制的運(yùn)動(dòng)熟練程度測(cè)驗(yàn)工具（Bruininks-Oseretsky Test ofMotor Proficiency，BOT），就針對(duì)孩子細(xì)動(dòng)作、平衡與協(xié)調(diào)、速度與敏捷、力量等四個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行詳細(xì)的量化的測(cè)評(píng)。

三是通過時(shí)間取樣、時(shí)間取樣、日記描述等技術(shù)進(jìn)行的觀察法。在學(xué)習(xí)障礙診斷過程中，觀察法可以獲得許多其他方法所無法獲得的信息。如兒童的身體發(fā)育、口語表達(dá)、與人交往、動(dòng)作能力、情緒發(fā)展等，都可以通過直接觀察兒童的外部特征和行為表現(xiàn)來分析孩子的發(fā)展情況，從而進(jìn)行更科學(xué)的診斷。

通過這些診斷方法，目前關(guān)于兒童學(xué)習(xí)障礙診斷已經(jīng)有了大量的數(shù)據(jù)資源。但無論哪種方法都有自身的局限性，且都涉及教育學(xué)、心理學(xué)、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域；兒童學(xué)習(xí)障礙也表現(xiàn)為各種不同程度與不同類型。因此，兒童學(xué)習(xí)障礙診斷一般均由專門人員依據(jù)專門量表進(jìn)行鑒別。

二.將專家系統(tǒng)用于兒童學(xué)習(xí)障礙的診斷

隨著社會(huì)的發(fā)展，因材施教有了新的內(nèi)容，教師需要幫助學(xué)生跨越學(xué)習(xí)中的障礙。在教育實(shí)踐活動(dòng)中，兒童是否存在學(xué)習(xí)障礙，存在哪種類型的學(xué)習(xí)障礙都需要教師進(jìn)行診斷。但目前專家對(duì)學(xué)習(xí)障礙診斷的研究主要由醫(yī)學(xué)或?qū)ｉT機(jī)構(gòu)通過量表或測(cè)驗(yàn)問卷的形式來進(jìn)行。這些工作雖然取得了很多的成績(jī)和功效，但是卻面臨一些亟待解決的問題。如上述學(xué)習(xí)障礙兒童早期干預(yù)領(lǐng)域中的權(quán)威測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，雖然在醫(yī)學(xué)等專業(yè)診療機(jī)構(gòu)中應(yīng)用較廣泛，但量表的專業(yè)性過強(qiáng)，不便于其他領(lǐng)域非專業(yè)人員（包括教育工作者）使用。

對(duì)比專業(yè)人員或?qū)W習(xí)輔導(dǎo)專家進(jìn)行兒童學(xué)習(xí)障礙診斷時(shí)的過程。一般先對(duì)臨床所見、觀察或測(cè)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，如果能夠確定是某種學(xué)習(xí)障礙，那么就可以根據(jù)情況的發(fā)生與發(fā)展過程確定學(xué)習(xí)障礙的類型，根據(jù)兒童外部行為表現(xiàn)來完成學(xué)習(xí)障礙診斷和教育干預(yù)。實(shí)際上，這一過程就是專家利用存儲(chǔ)于其頭腦中的有關(guān)學(xué)習(xí)障礙的外部表現(xiàn)、癥狀性質(zhì)以及二者之間關(guān)系等方面的知識(shí)，通過適當(dāng)?shù)姆椒?，?duì)實(shí)際問題進(jìn)行分析、匹配，從而解決實(shí)際問題。這個(gè)過程正好與專家系統(tǒng)“知識(shí)+推理”的問題求解過程基本一致。因此從理論上來看，可以采用專家系統(tǒng)對(duì)兒童學(xué)習(xí)障礙進(jìn)行診斷。

專家系統(tǒng)技術(shù)自上世紀(jì)70年代以來已逐漸成熟，并日益滲透到教育領(lǐng)域。從專家系統(tǒng)出現(xiàn)到現(xiàn)在的幾十年的時(shí)間里，專家系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，對(duì)專家系統(tǒng)開發(fā)過程中所涉及的知識(shí)獲取、知識(shí)表示、推理模型的建立、推理策略、控制策略、沖突消解等方面都有系統(tǒng)地研究。目前已有越來越多的專家系統(tǒng)被成功應(yīng)用于教育領(lǐng)域與醫(yī)療診斷領(lǐng)域。

鑒于目前教師關(guān)于兒童學(xué)習(xí)障礙診斷方面的知識(shí)水平參差不齊，把人工智能專家系統(tǒng)運(yùn)用于學(xué)習(xí)障礙領(lǐng)域，用診斷專家系統(tǒng)來解決學(xué)習(xí)障礙的診斷問題，將對(duì)兒童學(xué)習(xí)障礙的診斷工作提供具有非常意義的幫助。因此，開發(fā)一款既具有專家知識(shí)，同時(shí)又能以專家水平解決實(shí)際問題的兒童學(xué)習(xí)障礙診斷專家系統(tǒng)就顯得日益必要與重要。兒童學(xué)習(xí)障礙診斷專家系統(tǒng)的研究將不僅對(duì)學(xué)習(xí)障礙兒童的診斷與教育干預(yù)提供理論與技術(shù)基礎(chǔ)，為學(xué)習(xí)障礙的理論探討與實(shí)際操作相結(jié)合提供有益的借鑒，也為進(jìn)一步更好地實(shí)施研究因材施教和進(jìn)行基礎(chǔ)教育改革提供工具性的支持。

三.兒童學(xué)習(xí)障礙診斷專家系統(tǒng)的推理模型設(shè)計(jì)

專家系統(tǒng)有不同類型，其中診斷專家系統(tǒng)的任務(wù)就是根據(jù)觀察到的數(shù)據(jù)推斷出某個(gè)對(duì)象機(jī)能失常的原因。鑒于一個(gè)專家系統(tǒng)所擁有的知識(shí)的數(shù)量和質(zhì)量直接決定了專家系統(tǒng)的性能，知識(shí)表示方法往往直接影響到專家系統(tǒng)的能力和問題求解的效率，因此知識(shí)表示方法對(duì)于診斷專家系統(tǒng)的推理性能和推理效率是至關(guān)重要。雖然截止到目前已有很多關(guān)于專家診斷推理模型的研究，但不同的領(lǐng)域、不同的問題，其知識(shí)的特點(diǎn)和推理控制策略不同，就有不同的推理模型。推理模型的恰當(dāng)與否決定了系統(tǒng)推理結(jié)論的正確性和可靠性。因此，有必要結(jié)合學(xué)習(xí)障礙診斷領(lǐng)域知識(shí)的特點(diǎn)、專家問題求解的思維過程和推理過程的特點(diǎn)，開發(fā)出適合于學(xué)習(xí)障礙診斷的推理模型。

由于兒童學(xué)習(xí)障礙診斷知識(shí)本身所具有的模糊性、隨機(jī)性與不確定性，與其有關(guān)的證據(jù)（事實(shí)性知識(shí)）和推理規(guī)則大都是不確定性知識(shí)，所以需從不確定性初始證據(jù)出發(fā)，通過運(yùn)用不確定性的知識(shí)進(jìn)行推理。也就是說，建構(gòu)兒童學(xué)習(xí)障礙診斷專家系統(tǒng)的推理模型必須建立在不確定性推理的基礎(chǔ)之上。

根據(jù)IF-THEN的結(jié)構(gòu)，對(duì)兒童學(xué)習(xí)障礙診斷知識(shí)進(jìn)行表示的過程如圖1。首先辨別兒童學(xué)習(xí)障礙診斷問題的實(shí)質(zhì)，將學(xué)習(xí)障礙問題知識(shí)化為一系列知識(shí)；其次，概括兒童學(xué)習(xí)障礙診斷知識(shí)表示所需要的關(guān)鍵概念及其關(guān)系，把有關(guān)關(guān)鍵概念與信息流等變換為正式表達(dá)，即知識(shí)的概念化過程；接下來通過概念的形式化確定兒童學(xué)習(xí)障礙診斷知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織形式、通過形式的規(guī)則化將知識(shí)轉(zhuǎn)換為程序語言、通過規(guī)則的合法化確認(rèn)兒童學(xué)習(xí)障礙診斷知識(shí)的合理性與有效性。

經(jīng)過以上過程，學(xué)習(xí)障礙診斷中所用到的領(lǐng)域知識(shí)即表達(dá)為一系列規(guī)則。每個(gè)規(guī)則都使用IF（條件）THEN（動(dòng)作）結(jié)構(gòu)指定的關(guān)系，這些規(guī)則序列構(gòu)成了系統(tǒng)的知識(shí)庫。知識(shí)庫中包含了領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)，使系統(tǒng)能夠真正具有分析問題、解決問題的能力。

除了知識(shí)庫外，這種基于產(chǎn)生式規(guī)則進(jìn)行知識(shí)表示的專家系統(tǒng)，還包括數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、解釋工具和用戶界面四個(gè)部分。數(shù)據(jù)庫是指事實(shí)庫，在學(xué)習(xí)障礙診斷專家系統(tǒng)中，我們將所知的學(xué)習(xí)障礙的特殊情況或推出的事實(shí)性數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫中存儲(chǔ)的規(guī)則的IF（條件）部分相匹配。推理機(jī)通過證明規(guī)則的IF部分，然后再搜尋知識(shí)庫中的規(guī)則，也就是說，用來連接知識(shí)庫中的規(guī)則和數(shù)據(jù)庫中的事實(shí)并進(jìn)行推理工作。人機(jī)接口即用戶界面，用以實(shí)現(xiàn)專家或用戶與系統(tǒng)間的信息轉(zhuǎn)換。

據(jù)此即可設(shè)計(jì)出基于產(chǎn)生式規(guī)則的學(xué)習(xí)障礙診斷專家系統(tǒng)的推理模型。這一斷模型主要由七個(gè)部分組成，可分為診斷推理系統(tǒng)和用戶接口兩大部分，其推理過程如下。

1.用戶輸入癥狀

在系統(tǒng)入口首先由用戶輸入癥狀，進(jìn)入整個(gè)診斷推理程序，并作為下面診斷推理系統(tǒng)部分運(yùn)行操作的起點(diǎn)。在兒童學(xué)習(xí)障礙診斷專家系統(tǒng)中，用戶輸入個(gè)人癥狀后，系統(tǒng)自動(dòng)將把輸入的個(gè)人癥狀與專家系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫進(jìn)行初步匹配。

2.系統(tǒng)詢問

系統(tǒng)在初步確立的領(lǐng)域范圍內(nèi)，根據(jù)相應(yīng)的知識(shí)向用戶提問。通過詢問獲取學(xué)習(xí)障礙兒童的有關(guān)癥狀現(xiàn)象，開始癥狀的診斷推理。這里要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)語聲、文字、圖形或圖像的輸入。

3.模式匹配和置信度計(jì)算

在這個(gè)部分系統(tǒng)將根據(jù)提問用戶的回答，用戶的回答信息與專家系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)進(jìn)行模式匹配，并根據(jù)置信度傳遞算法計(jì)算目標(biāo)的置信度。

4.推理

四.兒童閱讀障礙診斷專家系統(tǒng)的開發(fā)

1.規(guī)則的形成

假設(shè)經(jīng)過產(chǎn)生式知識(shí)表示過程，形成了以下的兒童閱讀障礙診斷規(guī)則庫：

RI：IF被診斷者把“視”與“?！迸霻RUE

THEN該用戶會(huì)搞混形近的字TRUE

R2：IF被診斷者把Q看成O TRUE

THEN她（他）學(xué)習(xí)拼音有障礙TRUE

R3：IF被診斷者寫作錯(cuò)別字連篇TRUE

AND寫字經(jīng)常多一畫TRUE

THEN該患者在識(shí)字上有問題TRUE

R4：IF被診斷者寫作錯(cuò)別字連篇TRUE

AND寫字經(jīng)常少一畫TRUE

THEN該患者在識(shí)字上有問題TRUE

依據(jù)匹配結(jié)果，將數(shù)據(jù)庫中匹配的內(nèi)容與規(guī)則庫進(jìn)行連接與推理操作，做出結(jié)論。一次推理工作完成。若有診斷結(jié)果，則系統(tǒng)將向用戶呈現(xiàn)其所屬的學(xué)習(xí)障礙類型，并向用戶呈現(xiàn)此類學(xué)習(xí)障礙的相關(guān)信息、輔助治療方法等。若未能診斷出結(jié)果，則系統(tǒng)將轉(zhuǎn)入下一步選擇。

5.結(jié)束

若用戶選擇Y，系統(tǒng)將會(huì)返回診斷推理的第二步繼續(xù)提問用戶癥狀現(xiàn)象，繼續(xù)查找其他原因，再次進(jìn)行診斷推理操作，直到兒童學(xué)習(xí)障礙確診或遍歷整個(gè)知識(shí)庫。若用戶選擇N，系統(tǒng)將進(jìn)入結(jié)束程序，終止操作。

R5：IF該患者認(rèn)字與記字困難重重，剛學(xué)過的字就忘記TRUE

AND經(jīng)常搞混音近的字TRUE

AND經(jīng)常顛倒字的偏旁部首TRUE

THEN該患者在識(shí)字方面有問題TRUE

R6：IF該患者朗讀時(shí)增字TRUE

AND朗讀時(shí)不按字閱讀，而是隨意按照自己的想法閱讀TRUE

AND逐字閱讀TRUE

AND書面表達(dá)自己的意思非常困難，抄寫速度慢TRUE

THEN該患者閱讀方面有問題TRUE

R7：IF該患者朗讀時(shí)減字TRUE

AND朗讀時(shí)不按字閱讀，而是隨意按照自己的想法閱讀TRUE

AND以手指協(xié)助TRUE

AND書面表達(dá)自己的意思非常困難，抄寫速度慢TRUE

THEN該患者閱讀方面有問題TRUE

R8：IF患者對(duì)于所看到

OR對(duì)于聽到的刺激僅能掌握一小部分TRUE

THEN患者在行為反應(yīng)上表現(xiàn)得不集中TRUE

OR無組織TRUE

R9：IR在辨析距離、方向時(shí)顯得有困難TRUE

AND在理解時(shí)間概念時(shí)顯得有困難TRUE

AND完成讀寫作業(yè)非常容易疲勞TRUE

THEN該患者行為方面有問題TRUE

R10：IF該患者在整理自己的書本、紙張、玩具時(shí)顯得有困難，寫字時(shí)很難掌握空間距離TRUE

THEN該患者在行為上有問題TRUE

R11：IF該患者說作文可以，但寫作文過于簡(jiǎn)單，內(nèi)容枯燥TRUE

THEN該患者閱讀方面有問題TRUE

R12：IF該患者同一時(shí)間對(duì)所有的聲音、人、事同時(shí)做反應(yīng)，不懂得在同一時(shí)間對(duì)某一件事作反應(yīng)TRUE

THEN該患者在行為方面有問題TRUE

2.診斷的過程

用戶登錄后并輸入個(gè)人癥狀，在這里我們假定用戶輸入的診斷信息為：易出現(xiàn)錯(cuò)讀。此時(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)此消息跳轉(zhuǎn)到閱讀障礙診斷程序。系統(tǒng)根據(jù)判斷結(jié)果跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的診斷程序，避免了系統(tǒng)的大面積工作。

下面程序開始進(jìn)行診斷推理：

（1）系統(tǒng)將提問故障現(xiàn)象。

這時(shí)系統(tǒng)將會(huì)提問用戶與閱讀障礙有關(guān)的一些問題。如：系統(tǒng)“閱讀是否有增字現(xiàn)象”；用戶“有”即為：“朗讀時(shí)增字”。接下系統(tǒng)會(huì)看數(shù)據(jù)庫中有沒有“朗讀時(shí)增字”的資料。若沒有，則系統(tǒng)將繼續(xù)提問，這里我們?cè)O(shè)為有。

（2）模式匹配和之心度計(jì)算。

系統(tǒng)用數(shù)據(jù)庫中的“朗讀時(shí)增字”與知識(shí)庫進(jìn)行匹配，由前面的規(guī)則庫可知，R6的前件有朗讀時(shí)增字，則R6被觸發(fā)。

（3）推理決斷。

在這里系統(tǒng)將進(jìn)行推理決斷。由R6的前提條件可知還不能診斷出用戶是閱讀障礙。

（4）診斷出癥狀？

則這時(shí)系統(tǒng)的回答是“N”。

（5）有無其他選擇

此時(shí)，若用戶回答“Y”系統(tǒng)將返回去在進(jìn)行重新診斷，但若回答是“N”系統(tǒng)將結(jié)束程序。假設(shè)用戶的回答為“Y”，則系統(tǒng)將對(duì)用戶進(jìn)行重新診斷。我們假定下面的診斷都是觸發(fā)了知識(shí)庫中的R6規(guī)則，在經(jīng)過一、二、三次，到第四次診斷推理之后，系統(tǒng)將用數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)“朗讀時(shí)增字、不按字閱讀、逐字閱讀、表達(dá)自己的意思非常困難”同時(shí)與知識(shí)庫進(jìn)行匹配，則規(guī)則庫中的R6將被觸發(fā)，此次的診斷推理系統(tǒng)將告知用戶診斷結(jié)果“尊敬的用戶，您在閱讀方面有困難”。

至此，兒童閱讀學(xué)習(xí)障礙診斷過程結(jié)束。接下來系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)到其他程序，告知用戶閱讀障礙的相關(guān)信息和相應(yīng)的治療方法。

五.結(jié)語

專家系統(tǒng)在兒童學(xué)習(xí)障礙診斷與治療領(lǐng)域的應(yīng)用中，將以其強(qiáng)大功能和優(yōu)勢(shì)推動(dòng)兒童學(xué)習(xí)障礙領(lǐng)域相關(guān)研究的進(jìn)～步發(fā)展，提高學(xué)習(xí)障礙診斷治療領(lǐng)域?qū)W(xué)習(xí)障礙者的診斷推理的工作效率，使兒童學(xué)習(xí)障礙的篩選、診斷與干預(yù)工作在多種環(huán)境中得到有效開展成為可能。

編輯：小西