（教育技术学专业论文）网络教学中知识点网络的个性化呈现研究.pdf

摘要 现阶段的网络教学中为学习者提供学习导航服务在赋予网络教学巨大优势的 同时也不可避免地存在着一些不足之处，尤其是在个性化的导航方面。因此，基于 网络教学导航技术的现状，我们对“网络教学中知识点网络的个性化呈现”进行了研 究。 本文分析了知识点网络个性化呈现的设计原则，设计思想，并基于这些设计原 则与设计思想，对知识点网络的个性化呈现的结构和流程进行了设计：接着，通过 分析领域知识的层次结构，包括知识点的划分、知识点属性的描述和知识点关系的 描述，采用语义网络模型来表示领域知识的网状结构，呈现领域知识的结构化关系， 设计了知识点网络模型；分析了学习者的认知水平特征：在知识点网络模型与学习 者认知水平的基础上，依托i s m 法的基本思想，提出个性化知识点网络的生成算法， 通过学习背景矩阵与可达矩阵的运算，将学习者认知水平考虑进去，生成符合学习 者个人认知水平的知识点网络结构关系最后，采用a s p + 订l 技术开发了b s 模式 下的知识点网络的个性化呈现系统，为网络教学中的学习者提供了可视化领域知识 结构的w 曲化阅读环境。本文所做的研究具有一定的意义，可以应用于网络教学的 导航服务中。 关键词：网络教学、知识可视化、语义网络、个性化知识呈现 a - b s t r a c t t 1 l e r ea r eh u g ca d v 柚t a g e sf o rn e m 0 r kt e a c h i i l gt op r o v i d en a v i g a t i o ns e i c e b u t s o m ed e f i c i e n c i e si n e v i t a b l ye x i s t e da tt h es 锄et i m c ，e s p e c i a l i yo nt h ea s p e c to f i n d i v i d u a l i z e dn a v i g a t i o n s o ，b a s e d0 nt h ec i i n e ts i t u a t i o no fn a v i g a t i o t e c h n o l o g yo f n e t w o r kt e a c l l i n 吕t h et h e s i sh a ss t u d i e dt l l e “i i i d i v i d u a l i z e dp r e s e n t a t i o no fk n o w l e d g e n e 柳o r ki nn e t w o r kt e a c 重l i i l g ， n et h c s i s 柚a l y z e dt h cd e s i 萨两n c i p l e 积dp h i l o s o p h yo fi i l d i v i d u a l i z e d p r e s e n t a t i o n o fl ( n o w l e d g cn e t w o r k b a s c do nt h e s e ，t h es t m d u r ea i l dn o wo f i n d i v i d u a l i z e dp r e s e n t a t i o no fl 【i l o w l e d g en e 呐o r kw e r ed e s i 印e d f 1 1 i c nt h eh i e r a r c h i c a l s t m c t u r eo fd o m a i nk n o w l e d g ew a s 壮a l y z c dw h i c hj l l d u d e dt h ed i v i s i o no fh o w l e d g e p o i n t ，t l l ed c s c i j 砸o no fh o w l e d g cp o i n ta t t r i b u t e 姐dh o w l c d g cp o i n tr c l a t i o n s h i p 髓e s c m a n t i cn e 帆o r km o d c lw 笛a d o p t e dt or 印r 鼯c n tm en e ts t n l c t u r ca n dt t l e 化l a t i o n s h i p o fd o m a i nk i l o w l e d g e b a s c d 叽t h e s c ，t h e 蛔o w l c d g en e 撕o r km o d dw a sd e s i g i i e d l e a n l e r sc o g n i t i o nl e v e lw a s 粕a l y z e d b a s e d0 nt l l ek 皿o w l c d g en e t w o r km o d e l ，t h e l e a m e r sc o 弘i t 主o nl e v e l 柚dt h 。i s mm e t b o d ，t h eg e n c 枷o na l g 谢也mo fi n d i v i d u a l i z e d l l o w l e d g en e t w o r ki sp i o p o s e d ，t h r o u g ht h ec a l c u l a t i o no fb a c k 铲o u n dm a t r i xa n d f e 虻h a b l em a t r i x ，a n dt a k ei l l t oc o n s i d e r a t i o no fc o g n i t i o nl c v e l0 fl e 锄c r ，t h e l c d g e n e t w o r ks t n i c t u r a lr c l a t i 0 越h i pt h 砒c o n f 0 珊t om ei n d i v i d u a lc 0 星叫t i o nl e v e lo fl e a m e r w 勰g e 皿e r a t e d 。r n a l l y ，t h ei n d i v i d u a l i z e dp i e s c n t a t i o ns y s t e mo fk n o w l e d g en e t w o r k u n d e rb sw a sd c v e l o p c dl i s 抽ga s p + v m lt e c h n o l o g y np m v i d e st l i cw 曲r c a d j n g e n v i r o n m c n to fh l o w l e d g es t n l c t u r ei l lv i s u a l i z e d 丘d df o rl e a m e f sj l ln e t w o r kt e a c h i n g 1 1 l er e s e 盯c hh a s 硎a i ns i 班f i c a n c e i tc o m d b ea p p l i c di nt h en 删g a t i o s e i c ei n n e 船0 1 kt e a c h i n 舀 k e y w o r d s ：n 曲 ，o r kt e a c h i n k n o w l e d g ev i s u a l i z a t i o n ， s e m 孤t i c n e t w d r k ， h l d i v i d u a l i z e dk n o w l c d g ep r e s e n t a t i o n 壤士学住论丈 m a s t e r s t h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：拳釉日期：m 年月西日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名：龇 日期：蹦年s 月盯日 导师签名：羡j ： 五 日期：腑工局f 日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程中的 规定享受相关权益。凰塞途塞握套丘澄蜃i 旦坐垒；旦二生；旦三生筮查! 作者签名：每 日期：圳年r 月玎日 导师签名 羡当之 日期：埘年j 月玎日 慧姜。 第一章绪论 l - l 知识点网络个性化呈现研究的目的和意义 伴随着知识经济与学习型社会的到来，以信息技术、多媒体技术、网络技术为 基础的网络教学进入我们的生活，凭借其教学环境的开放性，学习者学习的主体性， 教学方式的多样性以及教学的交互性等特点，为人们的终身教育和可持续发展提供 了强有力的支持，网络教学成为我们的生活的一部分。 在网络教学中，学习者主要是通过自主的方式习得学习。在学习者自主学习的 方式下，要使学习者获得好的学习效果，有必要为自主学习的学习者提供网络学习 导航服务。然而，目前很多网络教学在这方面的效果不尽人意，也是导致网络教学 没有达到学习者想要的效果的一个方面。当前，大多数网络教学都为学习者提供了 各种所需的学习资源，但是大多数的学习资源是采用超文本方式组织呈现的【l 】 2 】【3 】。 这样的方式在导航服务方面对于网络教学环境中的自主学习者而言，没有为学习者 提供明确的学习目标，对于学习者来讲有些过于灵活，缺乏可依赖性；同时，学习 者在阅读超文本信息时，经常要在多层、交互联系的各个链接文本之间频繁跳转， 致使学习内容在学习者头脑中的意义建构的整体性不强；甚至，海量的超文本信息 使学习者在学习过程中出现“认知超载”、“信息迷航”和“分心”问题；另外，最重要 的是：现有的导航服务给学习者都是呈现统一的导航服务，在个性化方面考虑不足， 而网络教学中学习者的背景不一，各自的知识背景有很大差异，这是需要改进的方 面；除此之外，知识点网络的可视化是未来的发展方向。这些都严重影响了网络教 学中学习者的学习质量和效率。 由此可见，在网络教学中，将学科知识中的知识点以可视化的、个性化结构的 导航方式呈现给学习者能够有效地改善学习者的学习效果，有助于学习者对学科结 构的掌握，利于他们在后续的学习中不断地扩大和加深其领域知识，从而较快地适 应社会的发展和变化。因而，基于网络教学环境下学习者的知识背景等个性化特征， 及知识可视化的理论与方法，研究网络教学环境下知识点网络个性化的智能呈现， 解决目前网络教学中导航服务的一些局限，充分提高网络教学的实用性、功效性， 使网络教学更加人性化、个性化、智能化。 1 2 国内外研究概况 纵观现在网络教学系统中的导航服务，有一些比较简单的方式【4 】( 5 1 ( 6 】【7 】 8 1 ，如在 学习资源中以热文本、图标或热区的方式提供相关结点的直接链接；采用层级式或 图形化的方式呈现超文本中各个链接结点或超文本所描述的各个概念间的关系。还 有些网络教学系统用比较专业的揭示知识点之间关系的导航服务工具，主要是以下 几种1 9 】po 】f 1 1 1 【1 2 】： ( 1 ) 树型目录：以一棵倒立的树型结构表示知识的层级关系，使学习者通过 这个棵目录树的引导循序渐进地开始学习。目前大部分的网络教学系统都采用的树 型目录的定向导航方式。然而大量的实践表明，知识点之间的复杂联系并不能仅仅 通过树状图清楚的表现出来。 ( 2 ) 概念图导航：以网络图的方式表示领域知识结构的方法，它通常将某一 主题的有关概念置于圆圈或方框之中，然后用连线将相关的概念和命题连接，连线 上标明两个概念之间的意义关系。在概念图中，最高级的概念处在顶端，人们可以 用适合的关联词来说明不同层次的概念之间的关系，并确定不同分支之间的横向联 系，因此概念图是具有层次结构的。 ( 3 ) 知识地图：用语义和知识层次来描述知识的模型，以一种通用、直观的 方式来获取知识、组织与呈现知识，进行知识的快速检索，实现知识的共享和重利 用。这种方法类似地图绘制方法制作知识的二维或多维图形。 从以上我们可以看出，无论是简单还是稍微复杂、专业一点的网络教学中的导 航服务，都是重点在两个方面：一方面为学习者提供了学习知识点的链接，另一方 面也表示了知识点之间的层次关系。但是网络教学中，学习者由于其知识背景和学 习需求的差异，有各自不同的学习路径和学习方法，在学习过程中需要的帮助也是 不一样的。因而，当前网络教学中的导航服务，很少涉及以下几个方面： ( 1 ) 没有考虑网络教学中自主学习学习者的知识背景差异，为学习者提供个 性化的导航服务。 ( 2 ) 基本都是固定的导航服务，智能性不够。不能根据学习者知识背景的变 化，动态调整知识点网络的个性化智能导航。 ( 3 ) 很少考虑知识点的导航服务中图形的人性化、可视化，即可视的导航图 没有用图形和色彩从学习者情感与心理等方面人性化的角度，清晰的标识出知识点 应该达到的学习程度，学习者已经达到的程度等信息。 综上所述，网络教学中的知识点导航服务必须有针对性地提供将学习者的知识 背景( 学习者的个人认知水平) 考虑进去，建立符合学习者个人认知水平的知识点 网络结构图。从而为学习者提供个性化导航服务，以提高网络教学中学习者自主学 习的效果。 2 磺士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 3 本文的组织结构 为了研究网络教学中知识点网络的个性化呈现，本文所做的主要工作如下： 第一章简述了网络教学中知识点网络个性化呈现的目的和意义，并对目前国内 外研究现状进行了概述。 第二章论述了网络教学中知识点网络个性化呈现的设计原则，主要是学习者自 主学习方式下，需要从学习者认知水平出发，考虑个性化、人性化、可视化的原则； 同时也给出了设计的思想与流程；然后应用语义网络技术，从领域知识的表示与语 义网络模型的建构方面描述了知识点网络模型的设计；最后根据学习者认知水平构 建了个性化知识点网络模型。 第三章是知识点网络个性化呈现系统的开发和实现，主要是对系统开发环境、 数据库的设计以及系统开发中的关键性问题进行了介绍。 第四章对本文的工作进行了总结并提出了进一步研究工作的展望。 3 第二章知识点网络的个性化呈现设计 2 1 知识点网络个性化呈现的设计原则 本文提出的知识点网络个性化智能呈现是应用知识可视化方法，根据学习者自 身已有的认知水平，将知识点之间的关系可视化呈现出来，实现对学习者学习的个 性化导航服务，提高网络教学的学习质量和效率。其主要基于以下设计原则。 ( 1 ) 个性化原则 在网络教学中，学习者的背景不一，各自的知识背景有很大差异，传统单一的 导航方式，远远无法满足学习者的自主学习需要，因此知识点网络个性化智能呈现 应根据学习者选择的学习内容、学习者自己已有的认知结构和学习目标为学习者呈 现适应其个性化特征的知识点网络结构，帮助学习者了解学习该学科知识所需要的 知识水平，自己的知识层次，学习进度和学习方法，以实现对学习者的个性化导航。 具体表现在：首先知识点网络的个性化智能呈现与学习者认知结构中表征、组织、 贮存知识的方式相吻合，促进学习者的记忆；其次知识点网络的个性化智能呈现符 合学习者学习中分布式认知的特点，允许学习者根据需要非线性地访问信息，并根 据个人特点同时对多个相互关联的知识进行并行加工，从而提高认知加工的深度和 效率，促进知识的迁移；最后知识点网络的个性化智能呈现为学习者提供多维空间 的知识导航以满足学习者在超空间的网络学习环境中进行学习的需要【1 3 】1 1 4 1 。 ( 2 ) 知识结构可视化原则 学习者的学习过程实际上是在记忆中建立一个事物复杂关系的过程，因此如何 帮助学习者找到知识之间的关系，在头脑中建立知识结构，是引导学习者自主学习 的关键问题。现代学习理论中的某些观点认为：在学习的过程中为学习者提供一个 清晰明确的学科知识结构图可以帮助学习者在薪旧知识间建立联系，促进学习者建 构当前所学知识的意义，从而使学习者自身的知识结构得到发展。所以在学习者进 行网络学习时，知识点网络个性化智能呈现应将学习内容的知识结构用图解的方式 表示出来，使学习者在头脑中首先搭建一个所学知识的整体知识框架，该知识框架 反映了学习内容的知识结构、大致内容组成、来龙去脉、层次关系、关联关系等， 这样学习者就可以明白自己目前在学科领域中所处的位置，明白距离自己所期望的 认知高度还有多远，应从何处着手学起，从而为学习者的学习确定了总体方向，使 学习者可以从整体中去把握学习过程中所遇到的问题，有效防止了学习者在错综复 杂的知识体系中迷失方向，实现了个性化的知识导航【1 6 】。 4 硕士学位论文 m s t e r st h e s i s ( 3 ) 人性化原则 在网络教学中，学习者是学习的主体，要以学习者为中心，体现更多的人性化 服务。在利用可视化技术对知识点网络进行个性化的智能呈现时，我们对知识点以 不同的形状和色彩进行表示，用符合人们心理特征的色彩、形状、提示语句标识知 识点需要达到的学习等级，学习者已经达到的学习等级等信息，以更加人性化的服 务来帮助学习者认清自己的学习现状，知道下一阶段的学习路径，和适合自己的学 习路径。 2 2 知识点网络个性化呈现的设计思想与流程 本文研究的知识点网络个性化智能呈现的基本思想为基于语义网络模型、解释 结构模型法( h t c q h 默j v es t n l c l u r a lm 0 d d i n gm c t h o d ，简称l s m ) ，建立适应学习者 个人认知结构的可视化知识点关系生成方法。首先根据教育专家教学经验及学科知 识特点，将领域知识划分成若干个知识点，根据语义联系的角度定义各个知识点之 间的关联关系。依托i s m 法的基本思想，根据领域知识中的知识点之间的关联关系 生成直接关系矩阵和可达矩阵。并将学习者认知结构考虑进去，提出通过学习背景 矩阵与可达矩阵的运算，生成符合学习者个人认知结构的知识点关系结构图，并利 用r r 技术实现知识点网络结构的可视化呈现。 知识点网络个性化智能呈现的基本流程为： 初始化学生模型 学习者初次进入网络教学系统进行学习时，系统将通过注册形式对学习者 的基本信息进行收集，从而初始化学生模型中相关认知与态度的基本变量。 构建学生模型 学习者进行新课程的学习之前，利用相应的测试，获取其对该课程各知识 点及预备知识点掌握情况的信息，对学习者的认知水平进行评估，并将相关信 息存入学生模型。 生成知识点层级结构图 根据学习者所选择的学习内容选取知识库中相关的知识点及各知识点的 相互关联形成知识点集，产生直接关系矩阵和可达矩阵。根据学生模型中有关 学习者认知水平等相关信息对产生的知识点集进行分析，形成学习背景矩阵。 将产生的相关知识点的可达矩阵与学习者的学习背景矩阵进行运算，产生个性 化知识点网络短阵，并形成相关知识点集的层级结构图。 可视化知识点层级结构图 5 可视化知识点层级结构图将学习内容中各知识点的层级及其相互关系用图式 的方式进行显示，使学习者可以直观快速的把握所学知识的知识体系，随时查看当 前所学知识点在整个知识体系中的位置，从整体上把握自己的学习进程，为学习者 提供了更具针对性的学习导航服务。其具体流程如图2 - 1 所示。 身骨n e 董事簟盎m 排 图2 1 知识点网络个性化呈现的原理图 2 3 学习者的认知水平的获得 认知水平特征主要表示学习者对领域知识的掌握与理解程度，是实现个性化学 习，呈现个性化知识点网络结构的主要参数。学习者之间认知水平的差异，导致不 同学习者需要学习的知识与学习路径有所不同。包括知识点学习序列的不同，知识 点学习目标的不同。因此，通过个性化知识点网络结构给学习者呈现知识时，不是 简单地给出一个相同的知识点网络结构，而是根据学习者的认知水平，给出不同的 可视化知识点网络。对学习者认知水平的评估，并依据该评估给出适合学习者的可 视化知识点网络是关键。因此，在本文中，重点需要对学习者的认知水平进行评估， 以便为个性化的知识点网络导航提供基础。为此，这里采用基于知识点的学习者认 知水平评估方法。它对学习者的认知水平、所需学习知识点及其相关性的统计、分 析，获得该学习者对知识点的大致认知水平。在此基础上，呈现个性化可视化知识 点网络。 通过学习者注册获取其基本信息，并在学习者进行一门新课程的学习之前，对 其进行初步预测，获取他对该课程各知识点，及其下位知识点、上位知识点学习情 6 月垫麓学平台n 掌日t 学习霄量矩牟h “蛔水平 羞丽 况的数据。在学习者学习过程中，随时跟踪学习者在学习过程中的表现、并依据学 习者的学习状态做出适当的反馈。根据学习者的注册信息、学习过程中的表现及预 测数据进行统计分析、综合评估，计算出学习者对知识点的认知水平。学习者个人 认知水平获得的流程如图2 - 2 所示： 图2 - 2学习者认知水平获取流程 学习表现：系统跟踪学习者在学习过程的学习状况，并对其在学习过程中的表 现进行记录，存入相应的学习者学习记录数据库中。其包括以下三个方面的内容： 学习行为：主要指学习者在网络教学系统中对各种教学内容、学习资料的访 问时间、频度和访问路径。 作业情况：主要包括学习者是否按期完成作业以及作业完成状况的信息。 测试成绩：指学习者参加与所学知识相关的试题测试所获得的成绩。 注册信息；学习者注册时输入的基本信息。主要包括学习者的基本特征信息， 如学习者姓名、年龄、学历、专业、个人背景等。 预测：对即将学习某门课程的学习者进行预测。通过预测结果获取学习者对该 课程所需学习知识点，及其下位知识点、上位知识点的基本情况。该预测分三种方 式： 预测习题：建立一套基本的习题，主要涉及该课程的基本知识点，及上、下 位知识点等。对学生答卷进行统计，分析，得出各题所涉及知识点的得分。 自我评估：给出即将学习的基础知识调查问卷，学习者自己回答对这些知识 点的等级程度。如：未学习、未掌握、基本掌握、熟练应用。 交互式询问：在线教师与学习者的交流询问，获得学习者的某些认知水平信 息，提交数据给系统。 评估：对学习者的学习表现，与学习知识有关的注册信息，及预测等信息，可 以综合得到学习者对每个知识点掌握情况的评估，获得学习者对知识点的认知水 平，利用参考文献【1 7 】的方法，将学习者在各个知识点上的认知水平用学习背景矩 阵表示。 7 2 4 知识点网络模型的设计 知识点网络模型是知识点网络个性化智能呈现的基础。它的组织形式和表达方 式对动态生成个性化知识点网络结构起着决定性作用，是实现个性化知识导航的前 提。本文研究的知识点网络个性化智能呈现的主要目的是让学习者了解整个学科知 识体系的结构( 即学科总体知识框架) ，认识自己在学科知识体系中所处位置，明确 要想达到预想认知高度的所经途径，实现对学习者学习的引导作用。所以知识点网 络模型的构建一定要符合领域知识的内在逻辑体系。 2 4 1 领域知识的表示 一般在教学中，老师都是将要讲授的知识划分为知识点来进行教学和检测教学 的效果的，因此本文采用知识点来表示领域知识的思想和方法。领域知识的表示主 要包含两个方面的内容：一方面要描述知识点本身；另一方面要刻画知识点之间的关 系。 ( 1 ) 知识点的划分 知识点是构成整个知识体系结构的基本单位，包括理论、原理、概念、定义、 范例和结论等等。为了方便学习者的网络自主学习，本文知识点划分的基本原则是 以教科书的组织为基础，以保证知识内容的局部完整性和一致性为准则，采用领域 知识细化的思想。其基本作法是教科书的一章可以化为一个大的知识点，其中一节 的内容又可细划为较小的知识点，一节中的定义、定理等还可以划分为更小的知识 点。从这种知识组织的角度文献【1 8 】【1 9 】将知识点分为元知识点和复合知识点两种基 本类型。其中元知识点为领域知识中最基本的知识单元，对教学而言元知识点在内 容上具有不可划分性。而复合知识点由两个或两个以上的知识点组成，组成复合知 识点的知识点可以是元知识点，也可以是复合知识点。 ( 2 ) 知识点间联系的划分 通过上述知识点的划分可将领域知识划分成若干个知识点，但是所有这些知识 点并不是杂乱无章的堆积在一起的，知识点之间有着内在的联系，知识点之间的联 系是连接知识点的纽带。文献【1 8 】【1 9 】按照知识点间相互联系的实际情况，考虑到领 域知识库建立的需要以及动态组织知识的可行性，将知识点的关系分为组织关系、 依赖关系、兄弟关系和平行关系四类。 组织关系又称父辈关系，表示知识点之间的一种部分和整体的关系，是根据 教科书的组织对知识的划分而得到的。即一个复合知识点可以由一个或多个元知识 点或复合知识点组成，这个由几个知识点组成的复合知识点又称为父知识点，父知 8 识点是子知识点的综述，这些子知识点从不同的侧面，不同的角度，不同的范畴围 绕其父知识点进行阐述。其中父知识点一定是复合知识点，子知识点可以是复合知 识点也可以是元知识点。 依赖关系是指知识点在学习过程中具有一种必然的先后关系。即一个知识点 当前是否可学习往往取决于另一些知识点是否学习过，或者说前者是后者的预备知 识。知识点之间的这种依赖关系反映了知识点内容之问前后相继的一种支撑关系。 兄弟关系是指两个知识点有共同的父知识点，并且这两个知识点之间又具有 依赖关系。 平行关系是指两个知识点有共同的父知识点，但这两个知识点之间不具有依 赖关系。知识点关系作为连接知识点的桥粱将领域知识中的知识点连接成一个有机 的整体，为知识点网络个性化智能呈现系统的开发提供了有力的支持。 领域知识可以划分成若干个知识点，知识点之间有着内在的联系。但知识点之 间的联系不是简单的线性关系，而是存在复杂的联系。例如，要掌握某个知识点可 能要掌握另外若干个知识点的内容，而这个知识点又可能是另外若干个知识点的前 提，可见知识点间的联系不是完全线性的，而是一种网状结构。根椐前面的设计原 则，本文的知识点网络个性化智能呈现采用语义网络模型来表示领域知识的网状结 构，呈现领域知识点的结构化关系。 2 4 2 语义网络模型的建构 ( 1 ) 语义网络模型的特点 语义网络作为一种知识的表达方式，来源于心理学家关于长时记忆的模型理论， 在形式上它是一个有向图，由一组节点和若干条连接节点的弧构成，节点表示事物、 对象、概念、事件、性质等，也可以表示情况和动作，弧则表示节点之间的某种联 系或关系。根据认知心理学理论，知识信息主要以命题网络的形式储存在人脑中， 命题是意义或观念的单元，不论是言语还是非言语信息，大都是以抽象命题形式进 行编码，储存在入的长时记忆中【2 0 l 。存于人脑中的命题及其相互之间的联系形成一 种网络系统，这个网络系统由结点( n o d e ) 和链接( 1 i 丑l 【s ) 组成，结点是以概念为 基础的陈述性知识，而链接则代表概念( 陈述性知识) 之间的关系及概念特征之间 的关系，通过链接，把上属与下属概念联系在一起，也把结点所包含的特征联系在 一起，我们把这种概念之间的关系称之为结构性知识。我们头脑中语义网络所表征 的知识的各个要素相互联系、相互作用，形成了具有一定心理结构的网络，这种心 理结构的网络就称之为图式( 也称认知结构) ，图式具有等级结构，高一级的图式 可以包含低一级的图式，它由图式及相互之间的关系所组成，人们头脑中的知识就 9 是一个具有不同等级图式的网络结构【2 l 】【捌。如图2 3 所示。 矗毒憾柏 图2 3 语义网络模型 可见，采用语义网络来组织教材，进行知识的组织与表征，符合人的认知方式， 有利于学习者根据知识之间的关系建构自己的认知体系，同时也可以通过反映自己 认知结构的网络图了解自己对知识的掌握程度及目前的学习状态等信息。 ( 2 ) 基于语义网络模型的领域知识的表示 基于语义网络模型的领域知识由节点和弧( 链) 构成：节点表示知识点( 可以是 理论、原理、概念、定义、范例和结论等) ，弧表示知识点之间的某种联系或关系。 弧是有方向的，弧的方向体现了知识点间的相互关系。语义网络将领域知识各知识 点之间的组织关系、依赖关系、并列关系采用如下方式进行组织呈现。依赖关系、 兄弟关系的知识点以其内在关系前后出现，用线加以联结，形成了纵向排列的知识 链；并列的、无包含关系的知识点按横向分布；组织关系的知识点以其包含关系形 成了空间上的层次排列。各知识点之间根据其联结关系可以相互跳转。这样，所有 的知识点及知识点之间的关联就构成了一个语义网络，如图2 4 所示。基于语义网 络模型的领域知识呈现使学习者在学习过程中能自主灵活地学习，学习顺序可任意 改变，不需要一页页地查找所需要学习的内容，以纵横向和空间为主要线索反映知 识的结构，即形成了联想式的、非线性的网状学习环境。 图2 4 语义图络示意图 1 0 硕士学住论文 m a s t e r st h e s i s 2 5 个性化知识点网络模型的构建 本系统中，个性化知识点网络结构的生成主要是依托i s m 法的基本思想，根据 领域知识中的知识点之间的关联关系生成直接关系矩阵和可达矩阵。并将学习者认 知结构( 即学习背景) 考虑进去，提出通过学习背景矩阵与可达矩阵的运算，生成 符合学习者个人认知结构的知识点网络关系结构。 ( 1 ) 解释结构模型法( i s m 分析法) 解释结构模型法( i n t e r p r e t i v es t r i i c t u r a lm o d e l i n gm e t h o d 简称i s m 分析法) 是 用于分析和揭示复杂关系结构的一种有效方法，是美国j n w h r f i e l d 教授在 1 9 7 1 1 9 7 3 年之间为分析复杂系统的结构模型而开发的1 2 3 】i 矧【2 5 1 。其相关基本概念 为： 定义2 1 邻接矩阵：设d = 是简单有向图，v = v l ，v 2 ，v ) ，a 是一个n 阶方阵，其中 亿 e 4 口。1 0 ， 譬e 称a 是d 邻接矩阵 例 图2 5 知识点网络关系圈 的邻接矩阵一。兰匡 定义2 2 可达矩阵：设d = v ；e 是简单有向图，v = v 1 ，v 2 ，v 。) ，p 是一个n 阶 方阵，其中 他柏创w 存在道路 。 d _ j 叫 1 0 ，到h 不存在道路 称p 是d 的可达矩阵。 例：图2 5 的可达矩阵为： v 2v 3v y 5 o 0 o0 1 1 1 l 0111 0 11 1 0o01 ( 式2 2 ) 盱0 0 o 1 0 “o l l 0 o 怕0 1 0 1 0 儿0 0 0 o 0 v 11； _-_f_【 n 忱 ” w p 定义2 3 可达集合：要素v f 可以到达的要素集合定义为要素的可达集合，用 r ( ) 表示，由可达矩阵中第行中所有矩阵元素为1 的列所对应的要素组成。 定义2 4 先行集合：可以到达要素v i 的要素集合定义为要素的先行集合，用 a ( v ；) 表示，由可达矩阵中第( v ，) 列中的所有矩阵要素为1 的行所对应的要素 组成。 ( 2 ) 个性化知识点网络的生成算法 基于解释结构模型法( i s m 分析法) 生成的个性化知识点网络关系算法主要包 括如下五个步骤： 步骤一：根据知识点网络的数据描述中网络关联属性值，形成知识点间直接关 系的邻接矩阵4 。 步骤二；为了获取各个知识点之间所有的关联关系、还必须根据邻接矩阵求出 可达矩阵。对邻接矩阵4 与单位矩阵j 按照( 式2 3 ) 进行布尔运算，当 “+ 刁”1 荆+ 矿= 似+ 刁州成立时，即可得到可达矩阵p ，可达矩阵p 描述了各知识 点之间所有的关联关系。 p t + ，) “，l o + ，) 一口+ ，) “1( 式2 - 3 ) 步骤三：定义学习者的学习背景矩阵丑。获得学习者对所学知识点的认知水平， 并用学习背景矩阵曰表示。对已经达到学习目标要求的知识点在学习背景矩阵曰中 用0 表示，未达到学习目标要求，或者是根本没有学习过的知识点用1 表示。 步骤四：对学习背景矩阵b 与可达矩阵p 进行矩阵的乘法运算如( 式2 4 ) ，得 到适合学习者个人认知水平的个性化知识点结构关系矩阵s 。 s = 卯 ( 式2 4 ) 步骤五：对个性化知识点结构关系矩阵s 进行计算，确定知识点的层级数。定 义两个集合足仁砂、a 仔。置例是岛的后继知识点集合即可达集合( 见定义2 3 ) ，由 岛所在行中为1 的知识点组成；a f ) 1 0 是岛的前驱预备知识点集合即先行集合( 见 定义2 4 ) ，由岛所在列中为1 的知识点组成。对集合丑( 动、4 蚴进行交集运算； 同砖dn 4 陬) 。 如果对知识点岛、i i ：有：r 似砂n 4 例= 月仔砂n 4 阮j 表示岛、白是处于平行关系的 知识点，并且两者之间是强连接关系，强连接知识点可以作为一个知识点来处理。 倘若满足：r 俐n a 彻= 盂释0 的知识点集合就是最高层级的知识点。例如知识 点b 就是最高级。在确定了整个系统的最高层级之后，便把它所在行与列从矩阵s 中取走。对剩下的知识点，再根据r n 4 似砂= 目动求出下一个最高级，此时它在 整个系统中处于第二级。依次类推，可逐次决定知识点问的不同层级。 1 2 ( 3 ) 个性化知识点网络的生成示例 下面我们将依据个性化知识点网络的生成算法对小明同学在学习现代通讯技 术这门课时，个性化知识点网络的生成过程进行演示示例说明。 建立学习内容的邻接矩阵。将现代通讯技术( 纪越峰著) 的第一章第一小 节“现代通信网的组成要素”中所包含的5 个知识点，分别用局瞄表示，硒 通信的基本概念；岛一通信系统的基本组成；k r 现代通信网的分质结构； k ，- j 恿信网组网结构；磁一通信网的质量要求。各知识点之间的网络关系如 图2 4 所示，对这五个知识点，根据知识点之间关联关系计算出邻接矩阵爿如( 式 2 5 ) 所示。 七l 舢排 ( 式2 - 5 ) 根据定义2 1 ，邻接矩阵只表达任意两个知识点之间直接的关联关系。在邻接 矩阵中，1 表示知识点之间存在直接的关联荧系，o 表示知识点之间不存在直接的 关联关系。例如邻接矩阵a 中，第行第二列的元素为1 ，说明知识点玛和娲之间 存在直接的关联关系，以此类推。 根据( 式2 巧) 的邻接矩阵4 ，求其可达矩阵p 的具体运算过程见图2 6 。 邻籀馥阵 矩阵 。 矩阵j 1、 - 垂9 ： ，滋0汹园2 冰： h l o 口lll 邛： 矩阵 霹达矩阵 0 + 矿 ( p 图2 - 6可达矩阵的运算 b o 0 1 1 o h 0 l 1 o 0 b 0 l o 1 0 一譬1 o 0 o o 学习者小明，若对上述五个知识点中的知识点岛已经达到学习目标要求 则可得他的学习背景矩阵如( 式2 6 ) 所示： 七1 舢魏 七2七3七4七5 00oo o000 o10o oo 10 0o01 ( 式2 6 ) 将学习者小明的学习背景矩阵丑与可达矩阵p 进行( 式2 4 ) 的计算，可得 到他的个性化知识点结构关系矩阵如图2 7 所示。 女l 1o000 ：i ： ：1邛： 冰：| t2 i o oooo b 【o ：i l jh 【o ooo 1 j t ，l o o10o ：宋： 学习背矩阵 可达矩阵 个性化知识点结构关系矩 阵 ( 曰) ，5 1 ( 两 。 胡 可 通信网的质量 要求 喧亭 i ! 二i 念 1 4 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s 第三章系统开发与实现 3 1 系统的物理架构 本系统采用b s 模式。b s 模式是在t c p m 的支持下，以h r r p 为传输协议， 客户端通过b r a w s e r 访问w c b 服务