（教育技术学专业论文）个性化学习内容组织策略研究.pdf

硕士举住论文 m a s t e r st h b s i s 中文摘要 目前，网络教育主要注重资源建设，而对如何使用资源为学习者提供个性化的 学习内容并没有进行深入系统的研究。特别是以重用和共享为目标，如何在网络教 育技术标准上实现学习内容的个性化组织和调度成为广泛关注的重要内容。 本论文的主要工作体现在： ( 1 ) 提出了个性化学生模型。本文分析了常见学生模型以及i e e e l 4 8 4 2p a p i 模型规范的优缺点，从学习风格、认知水平以及学习状态等几个方面综合考虑，提 出了一个相对完整的个性化学生模型。 ( 2 ) 构造了学习资源模型。为了让资源更好的在重用和共享的基础上进行组 织，我们定义了学习对象的粒度以及知识之间的关系，并在此基础上构建了学习资 源模型。 ( 3 ) 设计了学习内容组织算法。学习内容组织过程主要包括前测试、知识学 习以及后测试几个部分构成。在知识学习过程中，系统根据知识树中知识点的序列 关系从中选出学习者要学习的知识点，并以最适合学习者个性特征的个性化方式呈 现。 ( 4 ) 开发了原型系统。借助a s p n e t 技术对学习内容组织模型的原型系统进 行了开发实现，并进行了相关评价。 论文的主要研究意义是探讨了个性化学习内容组织策略，为网络教育教学过程 中个性化学习内容组织提出了一种新思路，有利于提高网络教育效率。 关键词：个性化；学生模型；学习资源模型：知识关系；粒度；内容组织算法 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，e l e a m i n gp a y sm o r ea t t e n t i o nt or c s o u r c eb u i l d i l l 岛b u ti g n o r e s s y s t e m i cr e s e a r c h i n go nh o wt op r o v i d et h el e 咖e rw i t ht h e i rp e r s o n a l i z e dn e e d s e s p e c i a l ly ，j ti sb e c o m eav e r yi m p o n a n tc o n t e n t 0r c a l i z et h ep e r s o n a l i z e do 昭a n i z a t j o n a l l ds e l e c t i o n0 fl e a r n i n gc o n t e n tb a s e do ne l e a m i n gt e c h n o l o g ys t a l l d a r d sf o rt t l ea i mo f r e u s ea n ds h a r e t h em a i nr e s e a r c hw o r l ( sa r ed c s c 曲e da sf o l l o w s ：f i r s t l y i tp u t sf o r a r da p e r s o n a l i z e ds t u d e n tm o d e ib a s e do nt h ec u r r e n ts t i l d e n tm o d e la i l di e e e1 4 8 4 2p a p i m o d e l ，w h i c hd e s c r i b e st h el 髓m e r sp e r s o n a l i z e di n f o i m a t i o nb e 骶ls e c o n d l y “b u i l d s l e 姗i n gr e s o u r c em o d e l h lo r d e rt oo r g a n i z el e a n l i n gc o n t c n tb e t t e rb a s e do nr c u a n d s h a r e ，i td e f i n e st h e 酽a n u l a i i t yo fl e a m i n g0 b j e c t 强dk n o w l e d g ei e l a t i o n n i t d l y ，i t d e s i g n st h eo 曙a n i z a t i o na l g o 订t h mo fl e a m i n gc o n t e n t t h eo r g 柚i z a t i o np r o c c s si s m a i n l ya b o u tp r e - t e s t ，k i i 卿r l e d g el e a m i n ga n dp o s t t e s t d u r i n gt h el e 姗 g ，t h es y s t e m s e l e c t st h ek n o w l e d g ep o i n tf 如mt h ek n o w l e d g ct i 苛ea c c o r d i n gt ot h es e q u e n c j n ga n d s h o w si tb yap e r s o n a l i z e dm o d e f i n a l l y ，w ed c v e l 叩ap r o t o t y p ea n dc a r r yi to u tb y a s p _ n e t ，a f l de v a l u a t ej tf m ms o m ea s p e c t s t h e r ea r es o m es i 印访c a n tt os t u d yt h eo 学i i l i z a t i o ns t r a t e g yo fl e a m i n gc o n t e n t 1 t p m v i d e su san e ws t r a t e 韶t oo 略a i i i z el e a m i n gc o n t e n t ，锄di ti sh e l p f i l l t oi m p r o v et h e e 由厅c i e n c yo fe 一1 e a r n i r i g k e yw o r d s ：p e r s o n a l i z e d ；s t u d e n tm o d e l ；l e a m i n gr e s o u r c em o d e l ；k n o w l e d g e r c l a t i o n ；笋m u l a r i t y ；1 e a r n i n gc o n t 髓to r g 姐i z i n ga i g o r i t h m i i 硕士学位论文 m a s t e r st i i 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：拜s 。衫 日期：如诺年j 月 。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：3 d 、志抬 日期：如6 年j 月j 。日 导师虢声毫铰 日期：7 n 年r 月；o 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。圄蠹迨塞埕窑卮溢盾! 旦主生；旦= 生；旦三堡筮壶! 作者签名：孙忠帕 日期：如1 年月 日 导师签名：乡乏铭 日期：。埘年亨月；o 日 硕士学住论文 m a s t e r st h e s i s 1 1 研究背景与现状 1 绪论 随着信息技术的发展，网络教育已经在世界范围内全面展开。网络教育作为一 种开放式的教育形式，打破了传统教育中时空和地域的限制，使学习者可以自由的 在网上学习，并充分的利用共享的网络教育资源，为终生教育体系的建立奠定良好 的基础。网络教育作为一种全新的教学方式越来越受到人们的重视。因此，各种关 于网络教育的教学模式、教学过程控制管理以及评价等相关问题引起了国内外学者 的关注，各种网络教学平台如雨后春笋般地不断涌现。这些平台在网上的教学取得 了一定的成果，也存在着很多优势，但是人与人之间在学习上也存在着相同点和不 同点。每个学生有不同的认知风格、知识背景，需要不同的学习资源和采用不同的 学习方式。同一个教学模式不可能适合于所有学生，因此网络教育呼唤个性化教学。 当前，基于网络的个性化教学的研究更多的侧重于学习环境的建构、学习过程 的控制管理等方面。但是，学习内容作为教学的一个重要部分也是不容忽视的，为 学习者提供合适的学习内容是良好学习的一个重要因素。纵观目前网络教学平台的 学习内容的组织，其不足之处主要表现在如下几个方面： 部分网络学习平台忽略了学习内容的组织，学习内容千篇一律，不能充分 调动学生的学习主动性；不能为具有不同个性特征、知识背景的学习者选 取不同的学习内容，实施有效的学习，不能很好地实现个性化学习0 1 ； 在学习内容呈现方面，其形式多以静态网页为主，简单的实现了教材的电 子化。如何根据学习者的认知风格，将学习内容以其最喜好的形式呈现有 待更进一步的探讨u ，； 在学习内容粒度方面，学习粒度一般为一个网页，在学习时只需要向学习 者发送网页即可，但是该粒度在w e b 页动态构建学习内容方面有所欠缺。1 ： 学习个性化研究更侧重于学习过程控制的研究。在期刊网上，关于教学过 程的控制、管理以及评价等方面的文章很多，但是对学习内容的个性化组 织的研究却相对较少。 虽然目前对学习内容的组织研究不够充分系统，但是仍有部分学者对这方面给 予了很多的关注，并做了不同程度的研究。 在国外，关于学习内容的组织的相关研究主要包括以下方面： 硕士学位论文 m a s t e r s 丁h e s i s 获取学习者在学习过程中的反馈信息，进行概率推理并进行结果分析，然 后预测学习者的下一步行为，为其选择最合适的学习内容1 4 j ； 学生模型中主要包括学习者的认知风格、认知控制、学习风格以及绩效。 每一种类型里都有几个不同的选项，知识点的学习对象属性设置与其相对 应，然后依据一定的算法找出学习对象属性与学习者的特征最接近的选项， 将其呈现给学习者p 儿o j ； 提出学习内容参考空间，即在提供相关学习内容时，先对学习者进行分类， 然后在同类学习者中，根据知识点的l o c ( 掌握水平) 、l o d ( 难度水平) 和d b c ( 知识点间的距离) 三个角度进行考虑，再根据相关原则为学习者 提供合适的学习内容p j 。 在国内，关于学习内容的组织的相关研究主要包括以下方面： 在知识表示、知识表示模型方面研究较多，并在模糊关系数据模型的基础 上进行了知识表示及推理研究p j ； 从知识系统的层次结构方面考虑，将知识分为六个层次，即：所有的知识、 领域知识、专业知识、课程知识、知识类和知识点l l ； 根据学生的学习水平以及学习要求构造教学策略，然后结合教学策略及学 生的个性偏好去选择合适的资源提供给学习者学习。 从上述研究现状来看，在学习内容组织方面，他们考虑了学习者学习过程的反 馈、学习的个性偏好以及知识的表示、知识系统的层次结构等。这些为学习内容的 有效组织发挥了一定程度的作用，但在完整性以及标准性方面有所欠缺。本论文在 借鉴这些研究成果时，在个性化学习理论和相关教育技术标准的基础上，尝试从知 识点的序列以及个性化呈现二个维度综合考虑为学习者调度出合适的学习内容。 1 2 研究的内容 本论文受到教育部科技发展中心高等学校博士学科点专项科研基金“异构网络 下多媒体内容适配及优化策略研究”项目的支持，编号教技发中心函【2 0 0 5 】2 1 6 号。 本文主要探讨学习内容的个性化组织算法，其主要工作有： ( 1 ) 提出一个相对较全面的个性化学生模型 本文在常见学生模型以及砸e ep a p i 模型规范的基础上提出了一个适合在网络 教育中应用的个性化学生模型。在此方面，曾发表论文i n i t i a l i z i n gs t u d e n t s m o d e l sf o rt h eo n l i n en e t w o r ke d u c a t i o n a ls y s t e m s ，f r o n t i e r si ne d u c a t i o n 。 ( 2 ) 构建学习资源模型 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 为了让资源更好的进行个性化组织，首先界定了学习对象的粒度，为学习内容 的动态组织奠定基础；同时尝试对知识系统中的几个基本概念进行了定义，并指出 了知识之间的关系，在此基础上进行了学习资源模型的构建。 ( 3 ) 设计学习内容组织算法 学习内容组织过程主要包括前测试、知识簇学习以及后测试几个部分构成。学 习者选定一个知识簇作为学习的开始，系统根据前测试结果判断学习者是否具备学 习该知识簇的基础。在学习知识点的过程中，根据知识树中的知识序列以及个性化 呈现两个维度，选择最合适的学习对象呈现给学习者。学习者学习完个知识簇， 系统对其进行后测试，判断其是否达到教学目标等。如果测评通过，则进入下一个 知识簇的学习；反之，则找出疑难知识点，对该知识簇进行补救性学习。 ( 4 ) 开发原型系统 在学习内容组织模型的基础上，借助a s p n e t 技术以及数据库技术对该原型系 统进行了设计开发，并对该原型系统进行了相关评价。 1 3 论文的组织 论文阐述了该课题的研究背景以及现状，然后简单的对相关理论基础进行了概 述，再分别对个性化学生模型以及资源模型进行了论述，并设计了学习内容个性化 组织算法，最后，对该原型系统进行了设计开发。本论文组织结构如图1 1 所示。 r l i 【 缎纵镶噼 研究背鼷段现状 理淦纂勰 i 寨绕艨爨蜜琥 图1 1 组织结构图 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 理论基础 个性化学习资源组织策略研究，首先必须明确个性化学习的理论基础及特点； 同时，学习内容作为一种资源，有效的按照相关资源标准进行描述，为后续的资源 共享、互操作打下了良好基础；而学习内容的组织的实质就是在一定的条件准则下 进行学习内容调度的问题，因此该课题研究的理论基础主要包括以下内容。 2 。1 个性化学习理论 2 。1 1 个性化学习的理论基础 ( 1 ) 建构主义学习理论 建构主义理论从认识论的高度揭示了认识的建构性原则，强调了认识的能动性。 建构主义认为，人类认知结构的发展过程是有机体自我调节的适应机制与外部环境 相互作用的过程【9 j o 每个人以自己的经验为基础去理解世界，去解释现实；由于自 身的经验和对经验的信念不同，对外部世界的理解也不同。学习是学习者主动建构 内部心理表征的过程，是用已有的经验、心理结构和信念为基础来建构知识。或者 说，知识不是通过教师教授而得到的，而是学习者在一定情境及社会文化背景下， 借助他人的帮助，利用一定的学习资料，通过意义建构的方式而获得的。每个人对 客观事物都有自己独特的理解，个人所具有的主观知识其实是内化了的、再建构的 客观知识，不同的学习者在与他人的交往中，通过沟通、竞争、协调与合作，共同 达到对当前知识的意义建构。 建构主义学习理论认为知识的获得是学习个体与外部环境交互作用的结果。它 强调认知主体对学习的能动作用，倡导教师应作为学生主动意义建构的帮助者和促 进者。学习者可以按照自己的个性特征进行学习，享有教师为其提供的个性化教学 信息资源和适应性教学指导。 ( 2 ) 人本主义学习理论 人本主义思想一般包括对自由和自治的信念，认为人有能力克服个人历史和环 境的限制等而做出有意义的个人选择，强调个体重要性。人本主义心理学家认为， 要理解人的行为，就必须理解行为者所知觉的世界，即要知道从行为者的角度来看 待事物【1 0 l 。在了解人的行为时，重要的不是外部事实，而是事实对行为者的意义。 人本主义学习理论代表人物罗杰斯认为，可以把学习分成两类，类学习类似 4 硕士学住论文 m a s t e r st h e s i s 于心理学上的无意义音节的学习。另一类是意义学习【i “。所谓意义学习，不是指那 种仅仅涉及事实累积的学习，而是指种使个体的行为、态度、个性以及在未来选 择行动方针时发生重大变化的学习。同时，罗杰斯将人本主义心理学思想运用于教 学研究与实验，确定了“情感教学论”和“以学生为中心的教学模式论”。罗杰斯 强调教学要发展学生的个性，充分调动学生学习的内在动机，并要求创造和谐融洽 的人际关系，这无疑对克服传统教学忽视培养个性发展、学生学习的主动性不够等 弊端，具有一定启迪作用和积极的意义。 2 1 2 个性化学习的特点 个性化学习的思想和实践经历了从古代、近代、现代到当代的漫长历程。随着 计算机技术、多媒体技术与网络通讯技术的成功嫁接，产生了多媒体计算机网络， 使网络教育成为了现实。然而，传统的网络学习系统并没有将学习、授课、交流等 予系统同学习者个性化的学习有效结合起来，它对所有的学习者“一视同仁”，只 是提供了一个统一的学习界面和丰富的学习资源。但是学生在很多方面是不同的。 一般而言，由于知识背景的不同，在同一门课的学习上，学生通常会显示出不同的 学习兴趣，不同的学习方式，个性化学习则较好的考虑了学习者的个性特征，并根 据个性特征确定需要，为其提供合适的学习内容。个性化学习主要有以下特点i l q ； ( 1 ) 个性化学习强调以个别差异为出发点，以学习者兴趣与需求为中心，以每 个学习者能力与个性的最大发展为目标。相应地，要求学习安排适应个别差异的环 境条件，创设相应的情境，建构相应的课程知识以及建立相应的评价制度。 ( 2 ) 个性化学习环境的基本要求是能够为同一个学习单元提供多种学习途径。 因为每个人有不同的学习方式，一个有效的学习安排对另一个人不一定同样有效。 个性化的学习环境应该尽量能够提供学习者学习最有效的方法、途径。 ( 3 ) 个性化学习同时强调，学习者可以根据自身情况采取不同的学习进度。 例如学习内容的不同、学习的兴趣点不同、学习的安排不同等等。个性化的学习环 境会尽量根据每一个学习者的需求量身定制，与传统学习方式相比，学习效果要好。 当然，要实现为学习者提供有效的学习路径，定制不同的学习进度等，这要求 一直都清楚地掌握学习者的学习进展，随时掌握学习者的学习行为，然后根据这些 信息提供适当的方式，这需要一个持续的评估方式。 顾士学位论文 m a s t e r st h e s l s 2 2 网络教育相关标准技术 目前，我国教学资源的建设和发展非常迅猛，不同培训部门和教育单位纷纷 建立自己的教学资源库和网络教育学习平台。但从效果上看，却存在重复建设、难 以共享等诸多现象。这些不良现象导致了教学资源互操作性差、资源共享困难、教 学资源混乱无序和使用效率低下等诸多问题。为解决这些问题，世界各国纷纷开始 研究和推行远程教育技术标准，以标准化和规范化为主题研究新的网络教育技术。 我们这里简单介绍l o m 标准和c p 标准。 2 2 1l 咖( l e a r n j n g0 b j e c th e t a d a t a ，学习对象元数据) 国际上较为通用的学习对象元数据标准是l t s c 的l o m 标型”i ，其研究重点是管 理、定位和评价学习对象所需的一套最小属性集。它提供了一个定义学习对象元数 据的结构，可以根据元数据的使用和表现要求来对教育资源提供描述和分类，使得 寻找和使用资源的过程更有效。 ( 1 ) l 叫模型 l o m 标准的数据模型是一个分层次的结构。最上层是一个根节点，根节点包含 9 个子节点。每个子节点中还可以包含子节点，包含子节点的节点称为分枝节点， 或集合数据元素；其中不包含子节点的节点称为叶子节点，或简单数据元素。整个 数据模型被称为文档的“树状”结构。l o m 标准的根节点、分枝节点和叶节点间关 系可用如图2 1 来表示。 图2 1l 0 数据模型的层次结构 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s ( 2 ) l o m 模型的构成 学习对象元数据l o m 模型描述了学习对象元数据的数据结构，它将学习对象的 基本特征分成九个不同的类别，分别为： 通用( g e n e r a l ) ：主要描述了学习对象的一些通用信息； 生存期( 1 i f e c y c l e ) ：主要描述学习对象的版本状态以及为学习对象做出 贡献的人或组织； 元一元数据( m e t a m e t a d a t a ) ：主要描述了元数据实例本身的信息： 技术( t e c h n i c a l ) ：主要描述了学习对象的技术特征； 教育( e d u c a t i o n a l ) ：主要描述了学习对象在教学方面的特征； 权利( r i 曲t s ) ：主要描述了学习对象在使用方面的付费和版权信息； 关系( r e l a t i o n ) ：主要描述了学习对象之间的相互关系； 评注( a n n o t a t i o n ) ：主要描述了使用者对学习对象各方面的评价信息； 分类( c l a s s i f i c a t i o n ) ：主要描述了学习对象和某些分类系统的关系。 以上的9 个类别组成l 0 | i f 模型的基本框架。最后一个类别，即分类，允许用户 根据任意的分类结构对学习对象进行分类。由于任何分类法都能被引用，这个类别 提供了一种简单的扩展机制。 2 2 2c p ( c o n t e n tp a c k a g i n gs p e c i f i c a t i o n ，内容包装规范) 学习对象内容包装信息是一个学习对象内部各教育资源之间组织关系的描述 信息，其主要目的是增强学习对象的互操作性i ”j 。关于内容包装信息的标准首推i m s 的内容包装信息模型( i m sc o n t e n t p a c k a g i n gc p ) ，c p 标准定义了一种能够用来交换 学习对象内容的标准数据结构，使之能方便地输入、输出、合并或拆分。 ( 1 ) c p 信息模型 如图2 2 所示是内容包装信息模型。它阐述了内容包装信息模型各组件之间的 关系，是i m s 内容架构的一部分，同时也是现己发布的规范和未来相关规范的基础。 ( 2 ) c p 模型构成 c p 模型的构成主要包括以下几个部分： 包：是一个逻辑目录，包含了一个顶级内容清单文件以及各级子目录中包含的 实际物理文件。当一个包为了便于传输而被合成一个单独文件( 如z i p ) 时，将会被 称作包交换文件。包交换文件是一种简练的网络发送形式，一种传输结构化信息的 方法。一个包代表了一组可单独使用和可重用的学习内容，是各种粒度学习内容的 集合，是可独立运行的有意义的学习单元，还可被重组或拆分成其他包。 7 硕士学住论文 m a s t e r st h e s i s 内容清单：对有意义的教学资源的描述，它描述了包自身，也可以包括可选的 子内容清单。内容清单描述的是可以独立使用的学习内容( 如一个学习单元) 。通 过使用子内容清单可以组合或拆分一个包，而这完全由内容制作者决定。如果学习 内容连接紧密不能进行拆分，内容制作者就可以使用一个内容清单来描述整个内容 的资源和组织。否则，内容制作者可以为每个教学对象制作各自的内容清单，然后 相互组合，形成所需要的内容清单。每一个内容清单实例包含以下几部分： 元数据部分：对内容清单作整体描述； 组织结构部分：描述了在内容清单中内容的一个或多个组织结构； 资源部分：包含了对所有实际资源和内容清单中所需媒体元素的引用， 还包括描述资源的元数据和对任何外部文件的引用： 子内容清单部分：零个或多个嵌套的内容清单。 物理文件：指媒体文件、文本文件、测评文件和其他以文件形式存在的数据。 它不能独立发布。每个物理资源在内容清单的资源元素中描述或者在资源依赖的文 件列表中列出。 2 3 课程编列基础 图2 2i m s 内容包装信息模型 课程编列描述了一个学习活动树中的学习流程和学习分支，这些流程和分支是 根据学习者的学习结果以及内容制作者的序列规则决定的【1 4 】。教育部教育信息化技 术标准委员会于2 0 0 2 年发布了简单课程编列：信息模型规范标准【1 5 】。所谓编列， 是指以一种一致的方式对相互独立的活动进行排序，以确定学习内容呈现给学习者 的相对顺序，以及在哪些条件下哪些内容可以被选择、递送或跳过。简单编列规范 硕士学位论文 m a s t e r st h e s 【s 定义了一个包括所有可能的编列操作和用于描述所要的操作和参数的信息元素的 集合，由此学习管理系统( l m s ) 可以对学习内容和学习活动进行编排。 2 3 。1 基本概念 活动树：描述了学习活动的结构。如图2 3 所示，信息模型假定所有的学习体 验( 包括学习内容) 都可以表示为分层的树形结构，也被称作“活动树”。例如， 一个学习活动可以包含很多子活动，而子活动又由许多更下层的子活动所组成。这 个树形结构就是由父子，兄弟关系的节点组成的集合。但是，这种树形结构是概念 上的，它可能有助予一个学习技术系统更好的描述学习内容组织形式，不是必需的。 图2 3 活动树图 学习活动：可以为学习者提供学习资源，或者包含其他子活动。所有的学习活 动包括都有一个独立的起始点和终结点，并且都明确定义了完成和掌握的条件。 簇集：是一个有子活动的活动特定形式。这个术语被应用在各种编列行为中。 一个簇集包括一个单独的父亲活动和它的直接孩子阶段，不包括其孩子的子孙。簇 集的孩子是叶子活动或者是其他簇集。一个叶子活动不是一个簇集。簇集被认为是 活动树的基本构成单元。簇集表示如图2 4 所示。 9 硕士学位论文 m s t e r st h e s 【s r翠 i 广三已一 i 囤凰 坦 尝试：一次尝试定义为为了完成一个活动的所做的努力。需要注意的是，给定 一棵活动树，在任何时刻，只有一个叶子活动正在被尝试。当活动被确定传送时， 尝试开始；当l m s 编列执行试图确认下一次传送的活动时，此次尝试结束。 2 3 2 简单课程编列信息模型 信息模型是以简化的形式描述了假想的用于简单编列的处理模型和行为。在学 习技术系统( i t s ) 中，模型、处理过程和交互作用可以被理解为是以某种特定的 形式存在的。这些概念中的模型，处理过程和交互作用有助于定义编列行为，并可 以提供重要的设计构想。 简单编列主要包括以下过程： 导航解释过程 将导航事件映射为编列请求，以便开始对活动树中的某个特定节点进行 编列。 编列过程 根据定义模型和状态模型，选择出最恰当的活动。 递送过程 1 0 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 将学习活动对应的资源递送给学习者。 上溯过程 学习者的状态上溯。根据予节点的跟踪状态信息确定父节点的跟踪状 态信息的过程为上塑。 图2 5 编列信息模型 图2 5 描述了编列过程中的不同步骤。左边是控制序列，在平常的操作中，编 列过程从导航解释直到递送过程，当用户与内容资源交互时就处于等待状态，内容 资源退出时就上溯。 图2 5 的右边以学习者的角度来显示。资源递送给学习者，学习者与资源交互， 结果被反馈给状态跟踪模型，学习者触发一个用户事件，并被映射为一个导航事件。 此导航事件又触发编列过程中的若干步骤。 在整个编列活动中，需要维持一个状态和跟踪信息的值的集合，学习资源可能 会通过与跟踪状态模型的实时通讯界面直接设置状态值。 1 1 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s l s 3 个性化学生模型 发现学习者个性特征是个性化学习顺利开展的一个前提条件，因此建立个性化 学生模型在个性化学习中有着非常重要的作用。一个良好的个性化学生模型不仅能 评估和预测学生的个性特征，同时也能获取学生的学习状态，这些都是向学习者推 荐满足学习者个性需求的学习内容的决策依据。 3 1 常见的学生模型 学生模型是为了反映学生的认知风格、学习基础等方面的情况而建立起来的数 学模型。它主要表示学生的理解程度并包括对学生错误及其原因的诊断，以便采取 一定的教学策略来改正学生的错误，提高学生知识和能力水平。根据学生知识表示 方法的不同，目前常见的学生模型有3 种1 1 6 j 。 ( 1 ) 覆盖模型：它把学生学习的知识描述成领域知识模块中专业知识的一个子 集。基于覆盖模型的系统只能描述学生知道什么，不知道什么。 ( 2 ) 偏差模型：它是通过把学生学习的错误概念，表示为领域专家知识的偏差 而获得学生行为的学生模型。 ( 3 ) 认知模型：它是基于美国著名心理学家布卢姆的认知理论建立起来的学生 模型，主要反映了学生认知能力的模型。 从上述模型我们可以看出，覆盖模型要求学生的思维与专家的思维相一致，这 对学生来说是一种强制，是不符合实际情况的，也是不合理的。偏差模型承认学生 的独立性，学生可以采取与专家不同的思维过程，但当学生采取与专家不同的思维 过程时，系统对学生思维正确性的判断又存在某些困难，认知模型更多的侧重于认 知能力的评定，对学习过程有所忽略。而且，常见的这三种模型对于影响学习的心 理因素都没涉及到。众所周知，学习过程是一个十分复杂的过程，既涉及认知因素， 也涉及非智力因素。因此，为了能实现对教学过程的优化，提供最优的学习内容给 学习者，必须综合考虑上述因素的影响。 3 2 学习者模型规范 目前较为成熟的学习者模型为国际电气和电子工程师协会学习技术标准委员会 ( m e e u s ) 制定提出的卿1 4 8 4 2 p a p i ( p u b l i c 柚d p d v a t e i n f o 吼a t i o n ) 模型【圳。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 它的目的是能描述任何年龄、背景、地区的学习者学习相关的信息，为任何一个学 习者创建一个个人学习者模型，为教育研究者提供规范化的模型和数据。 p a p i 模型包含了个人信息、关系、绩效等以下八个方面的信息： 个人信息：是基本的个人信息，这类信息一般与学习系统或者学习过程没 有直接联系，部分信息属于个人隐私，是保密的； 学业信息：是与学习者的学习相关的一些信息； 管理信息：是学习者在学习系统中的简要管理信息； 关系信息：是描述学习者与其他学习技术系统用户( 如教师、代理或其他 学习者) 之间关系的信息； 安全信息：是有关学习者安全凭证( 如密码、公钥、私钥等) 的信息； 偏好信息：描述了可以促进人机交互的参数选择； 绩效信息：与学习者的学习经历、当前工作以及今后目标有关，由学习技 术构建创建和使用以提供最佳的学习体验： 作品集信息：是学习者的代表性作品及相关证明的集合，用于描述和证明 学习者的能力和成就。 i e e e1 4 8 4 2p a p i 学习者模型虽然较好的满足了教学管理的需求，但是在个性 化网络教育中，它对学习结果等的描述比较粗糙，同时学习过程中的一些非智力因 素的影响没有得到很好的体现。 3 3 个性化学生模型的构建 在常见的学生模型中，它能较好的体现学生的认知能力方面的特征，但是忽略 了学习过程信息；学习者模型规范信息比较全面，对学习过程信息有所描述，但在 粒度方面比较粗糙，对学习者学习过程中非智力因素的影响信息描述不够。针对上 述问题，我们在i e e e1 4 8 4 2p a p i 模型的基础上进行了一定程度的改进，如图3 1 所示，其中深色部分为修改部分。 硕士学住论文 m a s t e r st h e s i s 扛爿并缎诺 i ：翻j l 袭 譬澎风楱 图3 1 面向个性化的学生模型 学生模型详细记录了学生的学习过程、学习特点和个性特点，为实现学生的个 性化学习提供分析基础。本论文结合实际应用情况，将上述学习者模型信息进行了 再次归类，主要用一个四元组来描述学生模型。 学生模型= 基本信息、学习风格、认知水平、学习状态信息 学生模型中每一个元素的基本设置如图3 2 所示。 孵霞辫 糍麓、喾簿， 镌蹙燮 学乍梭型 糍生雄对： 劝蹙鬻 矧 一p 奄虢霄阳、 落溅獭 。 聪蒸蠢戏薄 i 巾动溅 学0 i 硅浒 识谴 隧浏 糊菇 理勰 f。嬲$ 囔， 斑鬻 攀嗣翳醐分析 r，。案蠛瀛教“ ” a 艨奔学习壮志靛息 毒鬯鳜囊i懑燃徽 。t 藏 图3 2 学生模型参数设计 ( 1 ) 基本信息 学生的静态特征信息，这类信息通常在其生存周期中保持不变。它主要包括学 习者的姓名、学号、出生年月、专业方向、密码等信息，是个人基本档案信息、学 习信息以及安全信息等的综合。学习者的基本信息主要从学习者第一次登录系统时 注册信息中获取。 ( 2 ) 学习风格信息 1 4 顽士举住论文 m a s t e r st h e s i s 学习者的个性特征与其学习风格( 认知风格) 有着十分密切的关系。学习风格 是学习者持续一贯的带有个性特征的学习方式，是学生模型中的静态信息。如果学 习对象以最接近学习者学习偏好的形式呈现出来，实质上就是实现了个性化的学 习。 学习者在认知方式上的个别差异问题已经引起了很多心理学家和教育学家的注 意，他们对这方面做出了比较深入的研究，并对认知风格进行了多种形式的分类， 而且每种分类的原则各有侧重。通常一种分类方法并不能很好的体现学习者的认知 风格，因此要全面了解学习者的认知风格，需要从多种认知风格的分类来考虑。目 前研究较多的分类主要有以下几种： 冲动型和沉思型：这种认知方式的划分反应了个体信息加工、形成假设和 解决问题过程的速度和准确性f 1 9 l 。 听觉型、视觉型和动觉型：这种方式主要从媒体偏好角度来划分学习者的 认知方式l 。 场独立型与场依存型：它主要侧重于周围的环境对学习者的知觉产生的不 同程度的影响1 2 l 】。 活跃型与沉思型、感悟型与直觉型、视觉型与言语型、序列型与综合型： 这是所罗门从信息加工、感知、输入、理解四个方面将学习风格分为四个 组对八种类型i 。 获取学习者个性特征的方法主要有两种：一种是通过让学习者填写各种测量量 表或者问卷，然后分析测试结果确定学习者的个性特征；另一种方式是系统跟踪学 习者的各种学习活动或者分析网络日志来获取学习者的个性特征。 ( 3 ) 认知水平信息 认知水平是学习者模型中的动态信息，它反应了学习者的认知能力。认知水平 可以从学科、专业、课程、知识簇以及知识点几个层次来进行描述。本论文以知识 簇为基本学习单元，因此主要描述学生关于某一知识簇的认知水平。根据美国的著 名教育心理学家布卢姆( b s b 1 0 0 m ) 的“教育目标分类”理论，认知程度可以分为 识记、理解、应用、分析、综合、评价六个等级，则知识簇的认知属性可以记为f 识 记、理解、应用、分析、综合、评价) ，认知属性反应了认知要求的等级。 学习者学习完知识簇后的测评的主要目的是考察学习者是否达到了需要掌握的 程度，并给出相应的反馈。知识簇的认知属性反应了可能具备的几项能力，但是对 于每种具体的认知属性的强弱，则用描述模糊变量的词语来表示，如常用的评判集： 很差、差、一般、好、很好。因此对于某一知识簇的认知水平要求( 即学习目标) 可以用认知程度集与评判集构成的矩阵来描述，然后用模糊评判法来确定学习者的 认知能力。 模糊评判知识簇测试评价是在获得测评分数之后，将每项得分做归一化处理， 并运用模糊化方法将其进一步对应为认知程度的评价集，然后根据认知程度集和评 价集进行综合模糊评判，以此来评判学习者是否掌握了该知识簇【2 。 假设认知程度集c = 识记、理解、应用、分析、综合、评价 ，评价集v = 很 差、差、一般、好、很好 ，则某一知识簇的认知要求可以用以认知程度集c 为行， 评价集v 为列构成的矩阵c 表示。 例如：学习某一知识簇需要达到熟练应用的认知要求，用c v m 表示如下： c 1 1 订= 0o oo 1 o0 2 o0 2 0 2o 5 0 5o 4 0 1o 4 0 2o 5 o 5 o 2 0 50 2 o 2o 1 0 1o 当学习者对该知识簇进行了测试，将测试结果进行了归一、模糊化处理后，得 出的认知程度的评价集为： 爿；( 0 1 o 1o 4o 3o 1 o ) 则该学习者对该知识簇的掌握情况的模糊评判为： 口一c m h 。爿；( 0 1 o 2o 4o 2 o 1 ) 根据最大隶属原则可知，学习者在该知识簇的应用水平中，掌握情况的结果为 0 4 对应的“中”，基本上具备了该知识簇要求的认知能力。 ( 4 ) 学习状态信息 学习状态信息是学生模型中的动态信息，它反应了学习者学习的基本情况，是 随着学习者的持续学习而不断更新。学习状态信息主要包括学习内容的掌握情况、 学习进度、学习时间、尝试次数以及疑难知识点等。 学习状态信息主要来源于知识簇的测评。在测评结束后，测评结果信息都会被 记录在学习状态信息表中的“掌握情况”列中，它反应了学习者的学习效果。如果 测评没有通过，系统将根据学生回答试卷的情况进行分析，诊断出疑难知识点，并 记录在学习状态信息表中。与此同时，系统提供学习内容给学生进行补救性学习， 然后再次测评，直至其通过测评，即达到了学习目标。学习进度取决与测评结果， 只有测评通过，学习进度才会更新。尝试次数是通过测评次数来反映的，每进行一 1 6 硕士学住论文 m a s t e r st h e s i s 次测评，无论结果是否通过，尝试次数都会自动加l 。 3 4 小结 本章首先分析了比较常见的学生模型以及学习者模型规范( e e1 4 8 4 2 p a p i ) 模型的优缺点，并在此基础上提出了一个包含信息相对更完整的个性化学生模型。 该个性化学生模型主要记录了学生的基本信息、学习风格、认知水平以及学习状态 信息。其中，学习风格信息主要反应了学习者的个性特征信息，为学习对象以更适 合的方式呈现给定了参考依据；认知水平反应了学习者学习完某一知识簇后的认知 能力；学习状态信息主要反应了学习过程中的信息，包括学习进展、掌握情况、学 习时间等，这些都是实施个别化教学的基础。 硕士学住论文 m a s t e r st h e s i s 4 学习资源模型 为了实现学习内容的良好组织，学习资源的组织需要有一定的约束机制，如学 习者必须有序的学习，从一个学习单元到达另一个学习单元必须满足一定的条件。 目前，现有的学习资源一般不具备这种约束关系，其一般采用学科一专业一课程三 级组织形式，这种组织方式虽然比较适用于教学管理，但是，将其应用于个性化网 络教学、动态构建网络学习内容时，在粒度、知识关系等方面有所欠缺。 4 1 学习对象的粒度 如何构建满足学习者需要的个性化学习内容时，学习对象粒度是一个值得关注 的问题! 学习对象是一种可重用的教学内容构件【矧。将学习对象应用于教学中，一个很 重要的问题就是粒度问题。划分粒度的基本原则是保证知识内容的局部完整性，而 其大小可随需要而定。例如，可以考虑将一门课程或一章作为一个学习对象，也可 以将个定理、一条规律、个句子作为一个学习对象。研究表明，一般而言，学 习对象粒度越小，组建学习内容时越灵活，但同时复杂性也越大；反之，学习对象 粒度越大，虽然它可以全面系统地说明一个问题，但是根据教学设计理论重组他们 的灵活性就越小，而且不容易再次修改，实现资源共享也存在一些问题。 网络教育对依据学习者个性化需求，实现学习内容动态构建具有特别的需求。 分析网上教学，我们知道学习内容是由若干相对独立的学习单元通过一定方式组合 形成的，而学习单元又是由若干知识点通过一定的方式组合形成的。特别重要的是， 一个知识点可能会在多个不同的学习单元中出现，因此，在本论文中我们将知识点 作为学习对象。 知识点作为学习对象，每个知识点可以是必修，也可以是选学，这些表明知识 点的重要性在知识点属性中通过权值表示。同时，几个相关知识点可以构成一个相 对完整的教学单元，即知识簇。学习者在学习的过程中，知识簇作为基本的学习单 元，学习者的学习进度、知识掌握情况都是依据知识簇的学习结果来界定。在具体 学习某一门课程时，知识簇按照一定的原则( 如教学大纲) 组织在一起构成知识树。 它们之间的层次关系如图4 1 所示。 1 8 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 4 2 几个基本概念 图4 1 层次关系图 从粒度方面考虑，将知识系统主要划分为知识元、知识点、知识簇、知识树。 定义：知识元 v 4 ，6 是教学内容，并且口n 6 = g ，则a 、b 是知识元。知识元是在知识系统 中，不可再分的知识单元，是构成知识系统的最小单位。 例如e r 模型中，e 是实体，r 是关系就是两个知识元。 定义：知识点 v 啦是知识元，口1 u n 2 u u 口= 一( i _ 1 ，2 ，n ) ，且一0 ，则a 是 知识点。知识点a 是由知识元构成的有完整教学意义的独立单元。 例如e r 模型就是一个知识点。 定义：知识簇 电是知识点，4 u u 4 = 口( i - 1 ，2 ，n ) ，则口是知识簇。由知识 点构成的相对完整的教学单元，是在教学过程中独立的知识组织单位。知识簇是进 行教学或者学习的基本单元。 在满足上述定义的基础上，根据教育心理学原理，人的工作记忆的容量有限特 征，一般选定7 t2 个知识点为一个知识簇。 1 9 硕士学位论文 m a s t e r st h