（教育技术学专业论文）“痛风临床诊治”网上智能教学系统的设计与实现.pdf

学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确说明并表示谢意。 作者始堡魄坐，砑作者签名：型竖日期：兰! ! 三，踏 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要 勰蝴6 篡黧篓覆般1 谛风 学位论文作者签名：乏 q 或者 i fpt h e n q 其中，p 是产生式规则的前提，亦可称为前件、条件、前提条件等，用于指出该产生式规 则是否可用的条件；q 是产生式规则的结论或操作，亦可称为后件，用于指出当前提p 所 指示的条件被满足时，应该得出的结论或应该执行的操作。整个产生式规则的含义是： 如果前提p 被满足，则可推出结论q 或执行q 中的操作。 这种知识表示方法可用巴科斯范式b n f ( b a c k u sn o r m a lf o r m ) 的形式，严格地描 述如下： ：= _ ：= i ：= i ：= a n d ( a n d ) 1 o r ( o r 8 0a n d 当前的学习方式= “现场指导1 t h e n 建议把学习_ 方式调整为独立完i 燕。继续进行该难度等级的i l 绒 i f 当前综台译定= “优”a n d 当前难赛等级的学习次数 5a n d 当前难壁等 级的平均褥分 8 0a n d 当前的学习杰式= “独立完践“a n d 当前难瘦等级= 2 t h e n 建议把学习难度等级调整为3 在生成个性化的学习建议时，评价与建议子模块先用本次临床诊治的综合得分去更新学 生模型中相应难度等级的学习次数和综合得分情况，然后再用学生模型中“当前的学习 表现、以往各难度等级的学习次数和综合得分情况”去正向匹配教学策略库中的产生式 规则，进行正向推理推理的结果就是个性化的学习建议。 第五章g 0 u t - l t s 的开发与实现 一、开发环境 第五章g o u t - i t s 的开发与实现 第一节开发环境和关键技术 操作系统：w i n d o w s 2 0 0 0p r o f e s s i o n a l w e b 服务器：i i s4 0 浏览器：m i c r o s o f ti n t e r a c te x p l o r e r5 5 数据库系统：m i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 0 网页制作工具：d r e a m w e a v e ru l t r a d e vt m 4 + a s p ( 脚本语言v b s c r i p t 2 0 ，j s c r i p t 2 0 ，a d o 组件，l y f u p l o a d 组件) m i c r o s o f ta g e n t 的角色文件：m e r l i n e x e m i c r o s o f ta g e n t 的语音合成引擎( t e x t - t o - s p e e c he n g i n e ，简称t t s ) ：c g r a m e x e 二、关键技术 g o u t - i t s 的开发过程所用的关键技术包括a s p 技术、m i c r o s o f ta g e n t 技术和 d h t m l 技术。 1 a s p 技术 a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 是微软公司提供的一种服务器端脚本支持环境，在其中 可以混合使用h t m l 语言、脚本语言以及a c t i v e x 组件来创建动态、交互的w e b 应用程 序。a s p 提供了5 个针对常用任务的内建对象( r e q u e s t 对象、r e s p o n s e 对象、s e r v e r 对 象、s e s s i o n 对象和a p p l i c a t i o n 对象等) 和7 个主要的服务器端组件，如数据库访问组件 ( 义称a d o 组件) 等。在g o u t - i t s 的开发过程中，作者灵活运用了多种a s p 内建对象 和组件，尤为突出的是s e s s i o n 对象、数据库访问组件( 即a d o 组件) 和文件上传组件 ( l y f u p l o a d 组件) 。 ( 1 ) s e s s i o n 对象 s e s s i o n 对象提供了跟踪用户信息的功能。运用s e s s i o n 对象建立会话作用域的变量， 可以在用户本次会话的所有网页间共享信息。在g o u t - i t s 中，学生模型中“当前的学习 难度”、“当前的学习方式”等有关学习者个性化学习需求的信息，是实现g o u t i t s 个 性化教学的基础，它们需要在该学生的所有页面间共享。为此，在开发过程中，作者运 用s e s s i o n 对象来存储这部分信息。 ( 2 ) a d o 组件 a d o ( a c t i v e xd a t ao j e e t ) 是a s p 内置的数据库存取组件，它的对象模型中提供了 7 个对象：c o m m a n d 、c o n n e c t i o n 、r e c o r d s e t 、f i e l d s 、p a m m e t e r s 、p r o p e r t y 和e r r o r 。运 用这些对象及它们的方法、属性和集合可以方便地实现对各种数据库的访问。在g o u t 中，作者用关系型数据库管理系统m i c r o s o f ta c c e s s 来存储和管理学生模型信息、病例素 4 第五带g o u t - l f s 的开发。，实现 材库信息、领域知识库信息和教学策略库信息，并运用a d o 组件来实现对这些数据的灵 活存取和使用。 ( 3 ) l y f u p l o a d 组件 l y t u p l o a d 是a s p 的文件上传组件，遵从r f c 1 8 6 7h t t p 请求，它可以接收客户端 浏览器使用e n c t y p e = “m u l t i p a r t f o r m d a t a ”的f o r m 上载的文件。1 2 版本的l y f u p l o a d 组 件可以支持单文件上传、多文件上传、限制文件大小上传、限制某一类型文件上传、文 件上传到数据库、从数据库中读取文件、文件上传重命名等功能。在g o u t i t s 中，作者 使用l y f u p l o a d 组件来实现病例多媒体素材的上传和重命名保存。 2 m i e r o s o f ta g e n t 技术 m i c r o s o f ta g e n t 是微软公司提供的一种基于w i n d o w s 平台的软件代理技术，它的主 要功能包括接受用户的指令、代替用户完成某些复杂繁琐的工作、为用户提供引导或帮 助等，从而为用户提供了一种易于理解和操作的全新界面。目前，最新版本是m sa g e n t 2 0 ，较之以前的版本，它有了较大的改进。主要表现在以下几方面： ( 1 ) 采用了基于c o m 的a e t i v e x 控件方式，使得m i c r o s o f ta g e n t 既可以加入到 普通应用程序中供本地系统使用，也可以把它嵌入到h t m l 文档中供i n t e m e t i n t r a n e t 使 用。 ( 2 ) 动画角色取消了方形窗口的限制，使得m i c r o s o f ta g e n t 角色可以做更多生动 有趣的动作，如：昕、说、写信、玩魔术、鼓掌、再见等。另外，m i c r o s o f ta g e n t 动画 角色本身是一个“a l w a y s o n t o p 窗口”，只有人物身体部分挡住背景，使得它具有更好 的视觉效果。 ( 3 ) 结合了语音功能，使得m i c r o s o f ta g e n t 角色不仅能说话，而且还能昕懂用户 发出的命令。不过，要让m i c r o s o f ta g e n t 角色说话必须安装语音合成引擎( t e x t - t o s p e e c he n g i n e ，简称t t s ) e g r a m e x e ；若还要让它能够听懂用户的语音输入，还需要安 装语音识别引擎( m i c r o s o f tc o m m a n da n dc o n t r o ls p e e c he n g i n e ) a c t c n c e x e 。目前， m i c r o s o f t a g e n t 还不支持中文语音识别。 ( 4 ) 具有一定的“智能性”，如o f f i c e 2 0 0 0 中的助手会根据用户的操作步骤提供 一些建议、提示或帮助等信息。 在g o u t - i t s 中，作者选用m i c r o s o f ta g e n t 中的角色m e r l i n ( 如图5 - 1 所示) ，让它 形象扮演一位“智能导师”通过语音、表情、动作等方式给学生的学习过程提供个性 化的指导和帮助，从而使得人机交互更加亲切、更具人性化。 5 - 1 ：g o u t - i t s 中选用的m i c m s o t ta g e n t 角色m e d i n 4 2 第五章g o u t 1 l 、s 的开发。实玑 3 d h t m l 技术 d h t m l 是动态的h t m l ( d y n a m i ch t m l ) ，也就是在网页下载到浏览器后，仍然 能够随时变换的h t m l 。在g o u t - i t s 中，作者使用d h t m l 技术来模拟临床诊治过程。 将具体的医疗问诊项目和医疗检查项目都做成按钮的形式，学生单击某按钮，系统就会 呈现相应的病征信息。与整体呈现病人所有病征信息的方式相比，这种以动态交互的方 式逐条呈现病征信息的方式，更有利于引导学生进行积极的临床辨证分析，努力形成医 疗专家的临床诊治思维模式。 第二节主要功能模块的实现 g o u t i t s 的主要功能模块包括：个性化设置模块、学习与训练模块、系统维护模块 以及人机交互界面等。其中，学习与训练模块是g o u t - i t s 的核心模块，它是由病例产生 子模块、诊治推理子模块、出错检测子模块、评价与建议子模块等四个子模块组成的。 本节将对g o u t - i t s 这些主要功能模块的实现作简要介绍。 一、个性化设置模块的实现 个性化设置模块的主要功能是根据学生自主设置的学习难度和学习方式，建立能够 反映学生个性化特征的学生模型，从而为实现个性化教学提供依据。本系统采用数据表 r s s t u d e n t 存储学生模型中的学习者个性化信息。该数据表的结构如表5 1 所示。表中， u s e r n a m e 字段、p a s s w o r d 字段、e m a i l 字段、p h o n e 字段是学生的基本信息，它们在整 个学习过程中固定不变；c u r r e n t d i f f i c u n y 字段和s t u d y m o d c 字段分别代表学生当前的学 习难度和学习方式，它们是由学生自主调整的；其它字段( 如d i f f i c u l t y o n e n u m s 、 d i f f i c u l t ) ，o n e s c o r e 等) 在学生每诊治完一个病例后，由系统自动更新。 宇段名称数据类型默认值说明 u s c r n a r n e文本学生用户名( 唯一) p a s s w o r d 文本密码 e m a i l文本学生e - m a i l 地址 p h o n e文本联系电话 c u r r e n t d i f f i c u l t y 数字( 整型)o当前的难度等级 s t u d y m o d c 数字( 整型)0当前的学习方式 d i f f i e u l t y o n e n u m s 数字( 整型)0难度等级一的学习次数 d i f f i e u l t y t w o a h u m s 数字( 整型)0难度等级二( a ) 的学习次数 d i f f i c u l t y t w o b n u m s 数字( 整型)0难度等级二( b ) 的学习次数 d i f f i e u l y t h r c c n u m s 数字( 整型)0 难度等级三的学习次数 d i f f i e u l t y o n e s c o r e 数字( 单精度型)o 难度等级一的总综合得分 d i f f i e u l t y t w o a s c o r c 数字( 单精度型)o难度等级二( a ) 的总综合得分 d i f f i e u l t y t w o b s e o r e 数字( 单精度型)o难度等级二( b ) 的总综合得分 d i f f i c u l t y t h r e e s c o r c数字( 单精度型)o难度等圾三的总综台得分 4 3 第五章g o u t i t s 的开发与实现 萋害是叫裂 曩l 点目l 、 。 n | 洲州 = ：巫竺竺兰亘至三二= = = ，量1 修改个性化设置 否 s e s s i o n ( c u r r e n t d i f f i c u l t y ) 、s e s s i o n ( s t u d y m o d e ) 进入学习与训练模块 堂 1r t 习 学习与训练 与 训 上每诊断完一个病例 练 更新学生模型 模 块 图5 2 ：个性化设置模块的实现流程 个性化设置模块的实现流程如图5 2 所示： ( 1 ) 新用户注册。如果学生是首次使用本系统则首先需要进行新用户注册，注册 界面如图5 - 4 所示。注册信息包括：用户名、密码、e m a i l 地址、联系电话、学习难度 和学习方式，它们分别对应于r s s t u d e n t 表的u s e r n a m e 字段、p a s s w o r d 字段、e m a i l 字 段、p h o n e 字段、c u r r e n t d i f f i c u l t y 字段和s t u d y m o d e 字段。其中，用户名( u s e r n a m e ) 是唯一的。如果学生在注册时所填写的用户名已被其它用户使用了，那么系统将会提示 学生更换用户名，直至用户名在系统中唯一为止。另外，新_ j 户注册时，系统会自动把 各难度等级的学习次数和总综合得分都初始化为0 。 ( 2 ) 登录。学生注册成功后，就可以用自己的用户名和密码登录系统了。根据学生 所提供的用户名和密码，系统就会从r s s t u d e n t 表中取山该学生的学习难度和学习方式， 并把它们存储到变量s e s s i o n ( c u r r e n t d i f f i e u l t y ) 和s e s s i o n ( s t u d y m o d e )。这样，系统的 其它模块就能够共享到这两项信息，并据此来开展“因材施教”的个性化教学。 ( 3 ) 修改个性化设置。进入系统后学生可根据个人需要通过“个性化设置界面 ( 如图5 - 5 所示) ”自主调整当前的学习难度和学习方式。个性化设置模块会自动用调 整后的学习难度和学习方式更新r s s t u d e n t 表中相应字段的值和相应s e s s i o n 变量的值。 ( 4 ) 进入学习与训练模块。调整好自己的学习难度和学习方式之后，学生就可以进 入学习与训练模块进行个性化的学习与训练了。在学习与训练模块中，学生每诊治完一 个病例，系统就会自动更新相应难度等级的学习次数和总综合得分，使其能够实时反映 第五章g o u t i t s 的开发与实现 学生当前的知识技能水平，进而提出个性化的学习建议。根据系统提供的个性化学习建 议。学生又可以通过“个性化设置界面”来合理地调整学习难度和学习方式，使之更适 合自己。 图5 4 ：填写注册信息 二、学习与训练模块的实现 图5 - 5 ：修改个性化设置 学习与训练模块是g o u t - i t s 的核心模块它主要负责完成g o u t i t s 的教学过程。其 实现流程如图5 - 6 所示：该模块以个性化设置模块传递过来的两个个性化参数一一 s e s s i o n ( c u r r e n t d i f f i c u l t y ) 、s e s s i o n ( s t u d y m o d e ) 为基础，先为学生“量身定做”病例，并 把病例中的病人基本信息和病征信息存储在r e s u l t 表中；然后，自动进行临床诊治推 理，并把推理过程中所做的临床诊治操作分类存储到m u s t 表和d e l e t e 表中，把确诊 结果和治疗方案存储到c q c l u s i o n 表中：同时，它跟踪记录学生的临床诊治推理过 程，并把学生在推理过程所做的临床诊治操作存储到s t up r o c e s s 表中，把学生的确 诊结果和治疗方案存储到s t uc o n c l u s i o n 表中：接着，如果学生所选的学习方式是 “现场指导”，那么它就会自动对学生的临床诊治过程进行出错检测，并通过智能导师 m e r l i n 帮助他在现场进行错误纠正；最后，它会自动对学生的本次临床诊治过程进行综合 评价，并自动更新学生模型，然后给学生提出个性化的学习建议，引导他合理地调整和 控制自己的学习难度和学习方式。 4 5 第五章g o u t - i t s 的开发与实现 学习与训练置模块 e 丢鬲刮深度优的鼍义遍历l 。、t 一o ， 霸l r s m e r e 盂r 表一 呈现病例 广 电茅 生 子 模 块 |丽 萋 i 垂至弘诊治推理机r s l 9 a c t s 卜一r s m e t a r u l e s o夕 i - - - - 一r s o b j e c t r u t e s m u s t 表、d e l er e 表、c o n c l u s i o n 表 塞匕型 捡罩；_ 一 1 萎：嚣怒测小u 刮裂篡“ l l 】一 l 。 评 7 j 1 1 笆i 、r ，。 呈现学习评价 蟊 r 议 更新学生模型 子 模 块 禽引蜥懒糊泌割蜘翔掀 lj 。y l 一r s 丁e a c b 图5 - 6 ：学习与训练模块的实现流程 第五章g o u t - i t s 的开发与实现 1 病例产生子模块的实现 ( i ) 建立领域知识库。病例产生子模块采用语义树知识表示法来表示它所需的领域 知识。在具体开发过程中作者采用关系型数据表r s t r e e 来自上而下、自左至右依次存 储语义树上的节点元素。该数据表的结构如表5 - 2 所示：表的记录与语义树的节点相对 应，记录的字段与节点的域相对应。采用关系型数据表来存储语义树，其优点