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e - l e a m i n g 课程模型的研究与实现 摘要 学习资源的构建和应用是实施e 一1 e a r n i n g 教学的关键，但是目前大部分为学习系 统所建设的学习资源基本不具有可共享与可重用的特性，同时也满足不了在e l e a r n i n g 中提供个性化学习服务的要求。 针对以上问题，本文通过对传统教育模式中课程概念结构及其教学策略进行抽 象，从教学目标、课程概念树和知识点关系三个方面给出了课程概念模型的形式化描 述。依据课程概念模型，通过研究学习对象、课程包装模型、资源一概念映射机制以 及学习编列，本文建立了e l e a r n i n g 课程模型。学习对象被划分为原子型对象和复合 型对象。原子型对象是一系列素材的聚合体，封装了最基本教学单元的学习内容；复 合型对象由一系列原子型对象和复合型对象组成，表现了课程的概念结构以及知识点 关系。课程包装模型将这两种学习对象结合到一起，定义了一个规范的数据模型，以 实现网络课程资源在多个学习环境之间的互操作。资源一概念映射机制通过建立知识 点对应的学习目标与学习对象元数据之间的映射关系，将原子型对象绑定到具体课程 知识点。学习编列将课程概念结构中的知识点以及知识点之间的关系映射为学习活动 图，并结合学习者个人的知识水平在学习过程中提供学习活动导航，最终达到为学习 者定制个性化学习路径的目的。 本文最后以e 一1 e a r n i n g 课程模型为基础，设计实现了个性化学习系统。个性化学 习系统根据模块化设计的思想，分模块地完成了课程概念结构管理、学习资源管理、 资源一概念映射以及学习编列引擎。该系统提供了制作和管理可共享重用学习资源的 途径，并实现了对学习者学习过程的个性化编列。个性化学习系统作为中国网上教育 平台试点工程项目的子系统，已于今年2 月通过国家教育部验收。 关键词：e l e a 朋i n g ；概念；知识点；学习对象；学习编列 i i a b s t r c t b u i l d i n g a n da p p l y i n g l e a m i n g r c s o u r c e sa r e k e yt e c h n o l o g i e s i n e - l e a m i n g i i n p l e m e n t a t i o n h o w e v e r ，w ec a nn o tp m v i d ep e r s o n a l i z e dl e a m i n gs e r v i c eb yu s i n gc u r r e n t l e 眦i n gr e s o u r c e s ，b e c a u s em o s to ft h e mi ne x i s t i n gl e 锄i n gs y s t e m sa r ei l o ts h a r ea _ b l eo r r e u s a b l e i no r d e rt os o l v em e s ep r o b l e m sm e n t i o n e da b o v e ，廿l i s p a p e rp r o p o s e sac o u r s e c o n c 印m a lm o d e l ( c c m ) ，w h i c hi sd e r i v e d 舶mt r a d i t i o n a lc o u r s e sc o n c e p t l l a ls 咖c t l l r e 趾d i t si n s 讯1 c t i o n a ls t r a t e g y ，a 1 1 dp u tf b r w a r daf o m l a t i v ed e s c r i p t i o no fc c mi nm r e ea s p e c t s ： i n 咖u c t i o n a lo b j e c t i v e ，c o u r s ec o n c e p t u a it r e ea n dr e l a t i o n so fk n o w l e d g ep o i n t s ( k p ) a c c o r d i n gt oc c m ，t h c nw eb u i l dm ee l e a l l i n gc o u r s em o d e l ( e c m ) t h ee c mm a i n l y d i s c l l s s e sl e a r n i n g0 b j e c t s ，c o u r s ep a c k a g i n gm o d e l ，r e s o u r c e - c o n c 印tm a p p i n gs c h e m e m e c h a n i s ma 1 1 dl e a n l i n gs e q u e n c i n g l e a r n i n go b j e c t sc a i lb ed i v i d e di n t oa t o m i cl e a m i n g 0 b j e c t s ( a l o ) a n dc o m p o s i t el e a m i n go b j e c t s ( c l 0 ) a l 0i sc o m p o s c do fas e r i e sa s s e t s ， i te n c 印s u l a t e st h el e 锄i n gc o n t e n to ft h eb a s i ci n s t i u c t i o n a lu n i t c l oc o n s i s t so fas e r i e so f a l o sa n dc l o s ，i tr e p r e s e n t st 1 1 ec o u r s ec o n c e p t u a ls t r u c t u r ea i l dt 1 1 er e l a t i o n s h j pb e t w e e n k n o w l e d g ep o i n t s 1 1 l ec o l l r s ep a c k a g i n gm o d e lc o m b i n e st l l et 、ok i n d so fl e a m i n go b j e c t s t o g e m e r i ti san o h n a t i v ed a t am o d e l ，w h i c hc a ne n a b l en e t w o r kc o u r s et ob ei n t e r o p e r a t e di n v a r i o u se 一1 e a m i n ge n v i r o m n e m s t h er e s o u r c e - c o n c e p tm a p p m gm e c h a n i s mb u i l d sam a p p i n g r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h el e a m i n go b j e c t i v ec o r r e s p o n d m gt 0m ek i l o d e d g ep o i n ta n d l e 眦i n go b j e c tm e t a - d a t a t h j _ o u 啦，h i c ha l 0 sc a i lb eb i n dt os p e c 狮cc o u r s ek n o w i e d g e p o i n ta u t o m a t i c a l l y l e a m i n gs e q u e n c i n gc a l le x t m c ta l la c t i v 时m 印矗o mc 0 1 l r s cc o n c e p t u a l s t m c 眦肌dr e l a t i o n so fk n o w l e d g ep o i n t s b yu s i n gm ea c t i v i t ym a pa 1 1 dc o m p e t e n c y ， 1 e a r | = l i n gs e q u e n c i n gc a np r o v i d en 州g a t i o no fl e a r n e r sl e a n l i n ga c t i v i t y ，a n dc u s t o m i z ea p e r s o n a l i z e dl c a n l i n gp a t hf o rl e 锄 a tt h ee n do ft h i sp 印e r ，w ed e s i g na 1 1 di m p l e m e n tt l l ep e r s o n a l i z e dl e a r n i n gs y s t e m ( p l s ) o nt h cb a s i so fe l e a m i n gc o u r s em o d e l t h ep l sw h j c hi sd e s i 印e di 1 1am o d u l a r d e s i g nw a y ，c a np r o v i d e s en ，i c e si f lc o u r s e c o n c e p t l l a ls 仇l c t i l r em a n a g e m e n t ，l e a m i n g r e s o u r c em a n a g e m e n t ，r e s o u r c e c o n c 印tm 印p i n ga 1 1 d1 e 锄i n gs e q u e n c i n g p l sa 】s oc a j l p m v i d ea 、v a yf o ri n s t m c t o r st oa u t l l o r i n ga n di n a n a g i n gt h cs h a r a b l ea i l dr e u s 曲l el e a h l i n g r e s o l l r c e s ，a f l dc u s t o m i z ei n d i v i d u a l i z e dl e a m i n gs e q u e n c ef o r1 e a m e r s m e a n w h i l e ，t h i s f e b m a r y ，a sas u b s y s t e mo ft h ep r o b a t i v ep r o j e c to fc h i n ae d u c a t i o np 1 a t f o n l lo n l i n e ，p l s h a sb e e nc e n i f i c a t e db yd e p a m l l e n to fn a t i o n a li n s t n l c t i o n h ：塞竺! ! ! 堡堡堡篓竺! ! ：! ! 量童垩 k e yw o r d s ：e l e a m i n g ；c o n c e p t ；k n o w l e d g cp o i n t ；l e a m i n g0 b j e c t ；l e a h l i n gs e q u e n c i n g i v 硕十学位论文 插图索引 图1 1c i s c o 的学习对象结构3 图1 2i d c 的学习对象概念结构4 图3 1 教学目标层次示意图1 6 图3 2 概念树1 7 图3 3 知识点关系示图1 8 图4 1 学习对象互换模型2 3 图4 2l o m 数据模型模块分类一2 4 图4 3 素材概念图2 5 图4 4 原子型对象概念图2 6 图4 5 素材列表概念结构图2 6 图4 6 原子型对象示例2 7 图4 7 复合对象概念图2 7 图4 8 对象列表概念结构图2 8 图4 9 复合型对象示图2 8 图4 1 0 课程包装信息模型3 0 图4 1 1m a n i f e s t 元素展开3 l 图4 1 2o r g a n i z a t i o n 元素展开图3 2 图4 1 3r e s o u r c e 元素展开图3 2 图4 1 4 抽取活动节点3 8 图4 1s 活动图3 8 图4 1 6 活动例图4 l 图5 1 系统体系结构图一4 6 图5 2 课程操作流程4 7 图5 3 学习资源操作流程一4 7 图5 4 学习编列流程4 8 图5 5 课程管理模块主要类图一5 0 图5 6 知识点编辑页面一5 1 图5 7 学习资源管理模块主要类图5 2 图5 8 元数据添加界面5 3 图5 9 行为动词一内容难度与内容风格映射规则5 4 图5 1 0 资源一概念映射模块主要类图5 5 v j i e - 1 e a m i n g 课程模型的研究与实现 图5 1 1 学习编列引擎主要类图 图5 1 2 学习路径状态显示页面 v 5 6 5 7 硕士学位论文 附表索引 表4 1 学习对象参数 表4 2 初始编列信息 2 9 4 2 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 藉玮厢以 日期：彻孱如哕日 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，同意学校 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。本人授权湖南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。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：蒋莎臣彩b 导师签名： 衿料 日期：谢年夕月哆曰 日期：力刃多年，月2 ；日 硕士学位论文 第1 章绪论 所谓e 1 e 锄i n g 即“运用网络及电子视讯技术将适当的信息有效地传达的学习模 式”。随着计算机技术与网络技术的蓬勃发展，网络正以一种惊人的速度进入人们的 生活。同样，教育作为人类生活中无处不在的活动也正从多方面受到网络技术的冲 击。世界经合组织研究表明，1 9 9 5 年至2 0 0 1 年，全球e 1 e a 幽g 的市场规模平均每年 以4 5 的速度扩张，目前人们的学习内容的形式与学习方式正发生着改变。在美国， 借助e j e a i l l i n g 手段进行学习的人数正以每年3 0 0 以上的速度递增。1 9 9 9 年，已有超 过7 0 0 0 万美国人通过e 1 e a r i l i n g 方式获得知识和工作技能、技巧，超过6 0 的企业通 过现代远程教育方式进行员工培训和继续教育【”。由于技术手段的发展，e 1 e 锄i n g 将 在教育产业中扮演越来越重要的角色，将成为2 1 世纪的主流学习方式。 1 1 研究背景及意义 计算机网络已经为当今世界创造巨大的经济效益和社会效益，它以其受众广、覆 盖面宽、传播速率快等特点，已逐步成长为当今世界的主流媒体。计算机网络技术的 发展为教育的发展带来了巨大契机，当今世界竞争激烈，生活节奏加快，人们都需要 谋求自身的发展以适应社会的变化，基于网络的信息化教育满足人们的这种需求，各 种企业培训平台、网络学院不断涌现。 然而，由于缺乏对网络教育这种新型教学方式全面正确的认识，网络所带来的巨 大经济效益和社会效益并没有在教育领域被最大化。纵观当前大多数网络教育系统普 遍存在三个方面的缺陷： 1 资源组织形式呆板 大多数系统( 如课程站点、技术论坛等) 的网络课程开发都是以课程为整体进行的， 课程资源不可拆分。这种形式的网络课程首先存在的问题是粒度太大，不利于用户对 有效信息的获取；其次的问题是重用性差，虽然一个课程资源中包含了丰富的内容信 息，但是其它教学设计者无法从中提取所需要的内容，进行重新整合形成新的课程； 还存在的问题就是对小部分内容的更新会导致整个课程内容的推倒重建，这将带来大 量资源重复建设的开销。 2 资源格式不统且资源描述不规范 要让资源能够在不同应用系统中被使用( 即共享) ，有两种解决途径：让这些系统 都采用相同的资源存储方式( 这一点显然不现实，因为无法要求所有系统采用相同的开 发策略) ；允许各个系统采用不同的资源存储格式，但提供规范统一的资源描述文 档。目前的情况是许多系统大多采用各自的资源存储格式，但又没有提供对资源的规 1 e l e a m i n g 课程模型的研究与实现 范描述，这使得在不同系统之间共享资源几乎不可能。 3 很少考虑个性化设计 学习活动的主体是人( 学习者) ，而人是具有个性差异的，在学习活动中这种个性差 异主要表现在智力水平、知识能力水平上，不同的学习者对相同知识内容的理解和掌 握情况可能会大相径庭。目前大多数的学习系统普遍关注的重点是对资源的有效管 理，而没有考虑基于网络学习方式对个性化服务的要求，因此，这些系统很难提供高 质量的学习服务。 随着网络技术与传播媒体的发展成熟，e 1 e a m i n g 研究所关注的重点已不再是技术 或媒体的应用【2 l 。当今世界已经进入知识经济时代，经济的增长直接依赖于知识和信息 的生产、传播和使用，e 1 e a n i i i l g 作为顺应这一时代需求的产物，就应该为人们提供有 效的知识管理手段，使人们在最大限度地获取知识的同时也能够贡献自己的知识让别 人分享【3 】。e 1 e 啪i n g 概念下的虚拟学习社区【4 】打破了传统教学活动中人们的角色划分 ( 传统教学活动中教师是学习资源的制订者和发布者，学生只是被动地接受学习资源) ， 虚拟学习社区的成员不光能够获取所需的学习资源，还能够参与制订学习资源并同其 它参与者分享学习体验。因此，如何实现学习资源有效地共享和重用。如何提供基于 这种可共享重用学习资源的个性化学习服务，已成为关系到e 1 e a n l i n g 发展的最关键因 素。 本文的研究目的旨在找到一个针对以上两方面问题的解决方案，并设计一个应用 系统来实施该解决方案。 1 2 相关研究现状 本文的研究内容主要涉及学习资源的共享重用策略以及学习编列，以下将分别介 绍这两个领域国内外的研究情况及成果。 1 2 1 学习资源共享重用策略研究现状 当教学者获得学习素材时，他们通常要将教学材料进行拆分，筛选提取各自所需 要的部分；然后对材料进行重新组装以完成个性化的教学目标【5 1 。可想而知，这种资源 的制作过程将造成资源的大量重复建设，资源的管理效率也及其低下，同时这种资源 制作方式也是不符合e 1 e 踟i n g 发展的内在要求的。好的解决方案是使得学习资源能够 被共享与重用，为实旋高效率的e _ l c 咖i l l g 教学提供良好的基础支持。 最初，人们是采用“都柏林核心元数据集”【6 】来对学习资源进行描述，以使学习资 源能够能像普通网络资源一样通过都柏林元数据来实现对它的发现、控制和管理。但 在随后的应用过程中，人们发现学习资源不同于普通的网络资源，它是具有特定应用 领域相关性的，而都柏林元数据最初的目标是面向网络资源的。因此，需要重新考虑 对学习资源进行描述。 2 硕士学位论文 “学习对象”概念正是在这样一种背景下被提出的，它体现了面向对象的基本思 想。“组件”是面向对象技术中的一个重要概念，它实际上就是对一系列通用功能操 作的封装，对外提供统一的接口。“组件”可以应用于不同的应用上下文环境中，它 在大大提高软件开发工作效率的同时又提高了软件系统的可靠性，它是面向对象技术 价值的体现。如果能将教学资源也制作成组件的形式使其具有通用性( 即学习对象) ，则 能够很好地解决教学资源的可共享与可重用问题【7 j 。 目前对于学习对象的研究大致可分为两类：一类是对学习对象元数据的研究；另 一类是对学习对象内部结构的研究。在学习对象元数据方面的研究，主要是通过讨论 教育领域中学习资源的特性，从而建立描述学习资源这些特性的数据模型。而对学习 对象内部结构的研究，则是面向学习对象的特定应用领域( 如企业培训、高等教育等) 的，主要讨论在该领域如何通过学习对象来组织资源。 在学习对象元数据方面，各大研究机构和组织基本保持了一致。如i e e e l t s c l 8 】、i m s i 明和a d ls c 0 i t m i l 0 1 都发布了各自的学习对象元数据规范，但它们的数 据模型都大致相同。我国从2 0 0 1 年开始启动了教育信息化技术标准研究项目，通过跟 踪国际标准研究工作和引进相关国际标准，并根据我国教育的实际情况修订与创建了 各项标准，最终形成“中国教育信息化技术标准体系”( c e l t s ) 。 在学习对象结构的研究方面，由于面向的领域不同，所以对学习对象结构的定义 也不相同。在学习对象应用方面有如下经典案例： 1 c i s c o 案例【1 1 】 c i s c o 公司是一个应用可重用学习对象的先锋组织，该公司的培训教学系统运用可 重用的学习对象( r l o ) 和可重用的信息对象( m 0 ) 来描述学习对象的组织结构。如图1 1 所示。 銎 。 图1 1c i s c o 的学习对象结构 可重用信息对象是指具有一定粒度的、独立的、可重用的教学内容单元。每个可 重用信息对象建立在一个学习目标基础之上的，可以由内容、练习和评估等组成。大 量独立的可重用信息对象按照一定结构组合在起，形成可重学习对象。 2 i d c 案例【1 2 1 3 e - l e a m i n g 课程模型的研究与实现 图1 21 0 c 的学习对象概念结构 i d c 即国际数据咨询公司，主要开展企业数据咨询、数据服务等相关业务。 i d c 所设计的学习对象是基于一个学习目标的一组评估和内容，并且与元数据绑 定。在实际应用中，学习者要接受一次前测评估以确定其学习知识前的知识水平，在 学习完相关知识后再接受一次后测评估，确定学习知识后的知识水平。通过这两次评 价可以得知学习者的学习效果。 在学习资源共享重用策略的研究方面，还有一些类似于学习对象的概念。 。 i n t e m c tt i m e 小组和c i s c o 都提出了“信息对象”的概念， “信息对象”被认为是 “最小的可用信息块，可以被利用或重用”【l3 1 。 m d a v i dm e r r i l l 提出了“知识对象”的概念，他认为“知识对象”是用来精确描 述教学主题内容或知识的方式 1 4 】f 1 5 】。 除了以上两个概念之外，还有“教育对象”和“教学对象”的概念1 1 6 j ，它们与学 习对象的理念非常相近，只是在表述上存在一些差别。 本文认为，i e e el t s c 之所以将这种可重用的学习资源构件定名为“学习对 象”，应该是为了体现e 1 e a n l i n g 中的教学设计将从传统的以“教”为中心，转变成以 “学”为中心的趋势。 1 2 2 学习编列的研究现状 学习活动是学习编列中的核心概念， 活动的基本要素包括：引用的学习资源、 的目标f 1 7 】。 学习活动是基于学习资源的教学事件，学习 学习资源之上的行为以及学习活动所要达到 虽然单一的学习活动能够完成较小的目标，但是有效的教学并不能通过单一的学 习活动来完成，对于复杂的知识技能或是复杂的目标，必须通过多个组合的学习活动 来实现【l 卅。因此，对学习活动进行编列就显得尤为重要。编列即是依据一组特定的规 则，对一组项目进行组织排序的方式【l9 1 。学习编列顾名思义就是按照一定的教学策略 对一组学习活动进行组织排序。编列对于教学有着重要的影响，“学习理论的应用的 最重要主题是教学的编列问题。学习活动和内容的组织与次序影响了信息的加工和保 持方式”【2 0 】。 4 硕士学位论文 目前，在学习编列方面，主流模式是基于活动树的学习编列即简单编列【2 l l 。简单 编列是在内容包装1 2 2 j 的基础上发展起来的。内容包装是个将课程资源按照树型结构 组织起来的数据模型，用于实现课程资源在不同学习内容系统之间的互操作。简单编 列的功能即是实现基于内容包装的课程资源的序列化。简单编列机制可以从内容包装 模型中抽取课程的组织结构，并将组织结构中的各个节点映射成为一棵活动树。简单 编列将学习活动定义在活动树的每一个节点上，只有叶子节点上的活动能够绑定学习 资源。简单编列从活动树的根节点开始，按照后续遍历的顺序，依次找到活动树的叶 予节点，并将叶子活动所绑定的学习资源递送给学习者。当学习者的学习过程发生回 溯的时候，简单编列将把学习活动定位到编列产生的路径上的前一个叶子活动。 1 3 本文研究内容及创新点 主要研究内容包括： 1 学习和研究相关方法理论 建构主义学习理论、知识管理理论和基于建构主义的教学设计理论是进行e 1 e a n l i n g 学习环境构建的基础理论，e 1 e a r n i n g 领域中许多技术规范与思想概念的提出 都体现了这三种理论的指导思想，它们不仅囊括了解决e 1 e 姗i n g 技术难题的理论方 法，也为我们提供了构建e - lc a ：r i l i n g 系统的需求信息。建构主义学习理论打破了传统教 育理论中对教学者、学习者在学习活动中职能的定义，强调学习活动应该以学习者为 中心，应该为学习者提供适合个人需求的学习环境，以促进学习者有效地在意识上完 成知识建构。实现资源的共享与重用，最大限度地发挥“集体智慧”优势是知识管理 理论的基本思想。知识管理论为e 1 e 眦i n g 学习资源的建设以及学习环境的创设提供了 基本原则。基于建构主义的教学设计理论提供了进行e - l c a r i l i n g 教学设计的基本方法。 2 课程概念模型的构建 课程概念模型是对传统教育模式中课程资源组织形式以及教学策略的一个抽象。 本文从教学目标、课程概念树以及知识点关系三个方面构建了该模型。教学目标是对 教学活动预期所要达到的标准、规定、预想的表达。课程教学目标可以逐步细化为表 达课程最基本教学单元的教学要求的学习目标。课程概念树则揭示了课程内容的层次 结构，体现了对知识的细化分类。知识点是课程教学活动中的最基本教学单元，虽然 知识点具有内容范围的自封闭性，但知识点之间又具有较为复杂的依赖关系( 如：学习 某一知识点之前，需要先掌握其它相关知识) ，知识点的这种关系揭示了知识之间的内 在联系。课程概念模型将主要讨论这三个概念，并用数学方法来形式化地描述这三个 概念。 3 e - l e a r 】：l i r l g 课程模型的构建 e - l e a n l i n g 课程模型从学习资源、概念结构以及教学策略三个方面讨论了网络课程 在e 一1 e 啪i n g 环境中的表现形式。基于课程概念模型中对课程概念结构的阐述，本文根 5 e - l e 帅i “g 课程模型的研究与实现 据课程概念级别将学习对象划分为原子型对象和复合型对象。在e 1 e 锄i n g 环境中，学 习资源的存在形式主要有素材和原子型对象两种。素材是指普通的网络资源，被认为 是最基本的单一资源块。一系列的学习资源根据一定的组织关系可以聚合成原子型学 习对象，e 1 e a l i n g 中用于实施教学活动的最基本教学单元的学习内容将被封黎在原子 型对象中( 也就是说原予型学习对象封装了对应于知识点概念的学习内容) 。复合型对象 由一系列原子型对象或复合型对象聚合而成，复合型对象将用于封装课程的概念结构 和学习资源。本文在e l e 咖i n g 课程模型中还定义了一个课程包装模型，课程包装模型 将课程概念结构与学习资源结合到了一起，它是一个用于实现学习资源互操作性( 即可 共享) 的数据结构( 一门课程的概念结构信息以及所有学习资源都能够以这种数据结构在 不同的学习系统之间导入和导出) 。资源与概念的绑定要通过资源一概念映射机制来实 现，资源一概念映射机制即是建立学习对象元数据与课程概念节点( 知识点) 之间的关 联，通过资源一概念映射机制具体的原子型对象( 学习资源1 将能够绑定到特定的课程知 识点。学习编列用于为课程学习者提供个性化的学习服务，学习编列将课程概念结构 中的知识点以及知识点之间的关系映射为学习活动图，并结合学习者个人的知识水平 在学习过程中提供学习活动的导航，最终达到为学习者定制个性化学习路径的目的。 4 个性化学习系统的建设 本文以e 1 e 锄i n g 课程模型为基础，设计实现了个性化学习系统。个性化学习系统 根据模块化设计的思想，分模块地完成了课程概念结构管理、学习资源管理、资源一 概念映射以及学习编列引擎。该系统提供了制作和管理可共享重用学习资源的途径， 并实现了对学习者学习过程的个性化编列。个性化学习系统是中国网上教育平台试点 工程项目中的子系统，于2 0 0 5 年3 月至5 月完成了原型开发，于2 0 0 5 年8 月至1 0 月 完成了功能的扩展，作者期间参与了该系统的主要设计开发工作。目前，个性化学习 系统处于校园网内部使用阶段，用于支持对软件学院部分本科生的教学工作。个性化 学习系统己于今年2 月通过了国家教育部对中国网上教育平台试点工程项目的整体项 目验收。 本文的主要创新点如下： 1 课程概念模型 本文建立课程概念模型的目的是为了发现课程内容组织形式及课程教学策略的内 在规律，本文对课程概念模型的形式化描述使得通过计算机语言描述课程模型更加方 便，为研究e 1 e 锄i n g 中课程的表现形式打下了良好基础。 2 学习对象的定义与分类 学习对象是e 一1 e a n l i n g 研究领域的一个重要概念，国内外许多研究组织都给出了各 自关于学习对象的定义。本文在综合这些定义的基础上，提出了关于学习对象的定 义，并给出了学习对象的结构化描述。本文将学习对象划分为原子型对象和复合型对 象，分别讨论了两种学习对象的内部结构。其中在原子型对象中加入了对素材关系的 6 硕士学位论文 定义，使原子型对象的内容表现力更为丰宦：而复合型对象则定义了其内部对象的依 赖关系，这种关系的定义为实现学习过程的动态编列提供了条件。 3 资源一概念映射机制 本文着重分析了学习对象元数据规范中关于学习对象内容特征的描述属性，建立 了一套从元数据到学习目标的映射机制，以此为资源与课程概念之间的绑定提供依 据。 4 学习编列 目前，大多数学习编列理论都是基于活动树的编列。活动树编列即是依据课程的 概念结构产生活动树，然后按照树的遍历顺序对学习活动进行编列。这种编列方式的 优势是结构简单且易于实现，但它同时又存在较大的缺陷，即只能够产生静态的学习 活动顺序( 因为对树的遍历，最终只会产生一条路径。) 。本文提出了套基于学习活动 图的编列机制，通过活动图与学习者个人编列信息相结合，学习编列能够为学习者提 供符合其个性要求的学习服务。 1 4 本文的组织结构 本文正文部分分为五章： 第一章介绍了当前应用领域在学习资源建设以及个性化学习服务提供方面的不 足，总结了国内外在解决这些问题方面的相关研究成果，阐述了本文的研究背景意义 及主要研究工作和创新点。 第二章介绍了本研究领域内的相关方法理论。主要列举了建构主义学习理论、知 识管理理论和教学设计理论的基本观点，并阐述这些方法理论之间的内在联系。通过 对方法理论的研究，确定了本文后续章节中模型建立的需求信息。 第三章阐述本文所建立的课程概念模型，从教学目标、课程概念树以及知识点关 系三个方面形式化地描述了课程概念模型。为e 1 e a r i l i n g 课程模型的构建打下基础。 第四章构建e 1 e 疆血g 课程模型，就学习对象、课程包装模型、资源一概念映射机 制和学习编列四个概念展开讨论。 第五章以e 1 e a n l i l l g 课程模型为基础，设计了个性化学习系统。 7 第2 章方法理论 任何研究都需要以坚实的理论为依据本章主要介绍设计e 1 e a m i n g 学习环境的基 本方法理论，建构主义学习理论、知识管理理论和教学设计理论。 2 1 建构主义学习理论 2 1 1 建构主义学习理论的起源 建构主义学习理论是行为主义发展到认知主义以后的进一步发展。行为主义口m 的 基本主张是：客观丰义一分析人类行为的关键是对外部事件的考察；环境主义 一环境是决定人类行为的最重要因素；强化一人们行动的结果影响着后继的行 为。行为主义的思想观念反映在教学上，认为学习就是通过强化建立刺激与反应之间 的联结# 教育者的目标在于传递客观世界的知识，学习者的目标是在这种传递过程中 达到教育者所确定的日标，得到与教育者完全手h 同的理解。行为主义者根本无视在这 种传递过程中学生的理解及心理过程。信息加工的认知主义者，基本上还足采取客观 主义的传统。他们认为世界是由客观事物的特征以及客观事物之间的关系所构成a 他 们与行为主义者的不同之处在于强调学习者内部的认知过程。教学的目标在于帮助学 习者习得这些事物及其特性，使外界客观事物( 知识及其结构) 内化为其内部的认知结 构。 建构主义是认知主义的迸一步发展。在皮亚杰和早期布鲁纳的思想中已经有了建 构的思想，但相对而言，他们的认知学习观主要在于解释如何使客观的知识结构通过 个体与之交互作用而内化为认知结构。自从2 0 世纪7 0 年代末，以布鲁纳为首的美国 教育心理学家将前苏联教育心理学家维果斯基的思想介绍到美国以后，对建构主义思 想的发展起了极大的推动作用。维果斯基在心理发展上强调社会文化历史的作用，特 别是强调活动和社会交往在人的高级心理机能发展中的突出作用。他认为，高级的心 理机能来源于外部动作豹内化，这种内化不仅通过教学，也通过日常生活、游戏和劳 动等来实现。另一方面，内在智力动作也外化为实际动作，使主观见之十客观。内化 和外化的桥梁便是人的活动h 。 2 1 _ 2 建构主义学习理论的基本观点 1 知识观 建构主义者一般强调，知识并不是对现实的准确表征，它只是一种解释、一种假 设，它并不是问题的最终答案。相反，它会随着人类的进步而不断地被“革命”掉，并 设，它并不是问题的最终答案。相反，它会随着人类的进步而不断地被“革命”掉，并 硕士学位论文 随之出现新的假设。而且，知识并不能精确地概括世界的法则，在具体问题中，并不 是拿来便用，一用就灵，而是需要针对具体情境进行再创造。另外，建构主义认为， 知识不可能以实体的形式存在于具体个体之外，尽管我们通过语言符号赋予了知识一 定的外在形式，甚至这些命题还得到了较普遍的认可，但这并不意味着学习者会对这 些命题有同样的理解。因为这些理解只能由个体基于自己的经验背景而建构起来，它 取决于特定情境下的学习历程。 建构主义的这种知识观尽管不免过于激进，但它向传统的教学和课程理论提出了 巨大挑战，值得我们深思【2 5 i 。按照这种观点，课本知识只是一种关于各种现象的较为 可靠的假设，而不是解释现实的“模板”。科学知识包含真理性，但不是绝对正确的 最终答案，它只是对现实的一种更可能正确的解释。而且，更重要的是，这些知识在 被个体接受之前，它对个体来说是毫无权威可言的，不能把知识作为预先决定了的东 西教给学生，不要用我们对知识正确性的强调作为让个体接受它的理由，不能用科学 家、教师、课本的权威来压服学生。学生对知识的“接受”只能靠他自己的建构来完 成，以他们自己的经验、信念为背景来分析知识的合理性。学生的学习不仅是对新知 识的理解，而且是对新知识的分析、检验和批判。另外，知识在各种情况下应用并不 是简单套用，具体情境总有自己的特异性。所以，学习知识不能满足于教条式的掌 握，而是需要不断深化，把握它在具体情境中的复杂变化，使学习走向“思维中的具 体”。 2 学习观 建构主义认为，学习不是知识由教师向学生的传递，而是学生建构自己的知识的 过程【2 6 】。学生不是被动的信息吸收者，雨是意义的主动建构者，这种建构不可能由其 他人代替。 学习是个体建构自己的知识的过程，这意味着学习是主动的，学生不是被动的刺 激接受者，他要对外部信息做主动的选择和加工，因而不是行为主义所描述的s _ _ r 过 程。而且，知识或意义也不是简单地由外部信息决定的。外部信息本身没有意义，意 义是学习者通过新旧知识经验间反复的、双向的相互作用过程而建构成的。其中，每 个学习者都在以自己原有的经验系统为基础对新的信息进行编码，建构自己的理解， 而且原有知识又因为新经验的进入而发生调整和改变，所以学习并不简单是信息的积 累，它同时包含由于新、旧经验的冲突而引发的观念转变和结构重组。学习过程并不 简单是信息的输入、存储和提取，而是新旧经验之间的双向的相互作用过程。因此， 建构主义又与认知主义的信息加工论有所不同。 3 学生观 建构主义者强调，学生并不是空着脑袋走进教室的。在日常生活中，在以往的学 习中，他们已经形成了丰富的经验，小到身边的衣食住行，大到宇宙、星体的运行， 从自然现象到社会生活，他们几乎都有一些自己的看法。而且，有些问题即使他们还 q e l e a r r l i n g 课程模型的研究与实现 没有接触过，没有现成的经验，但当问题一旦呈现在面前时，他们往往也可以基于相 关的经验，依靠他们的认知能力( 理智) ，形成对问题的某种解释。并且，这种解释并不 都是胡乱猜测，而是从他们的经验背景出发而推出的合乎逻辑的假设。所以，教学不 能无视学生的这些经验，另起炉灶，从外部装进新知识，而是要把学生现有的知识经 验作为新知识的生长点，引导学生从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验。教 学不是知识的传递，而是知识的处理和转换1 2 ”。教师不简单是知识的呈现者，他应该 重视学生自己对各种现象的理解，倾听他们的看法，洞察他们这些想法的由来，以此 为根据，引导学生丰富或调整自己的理解。这不是简单的“告诉”就能奏效的，而是需 要与学生共同针对某些问题进行探索，并在此过程中相互交流和质疑，了解彼此的想 法，彼此作出某些调整【2 ”。由于经验背景的差异，学生对问题的理解常常各异，在学 生的共同体之中，这些差异本身便构成了一种宝贵的学习资源。教学就是要增进学生 之间的合作，使他看到那些与他不同的观点，从而促进学习的进行。 2 2e l e a m i n g 与知识管理理论 知识就是经过加工提炼，将大量的信息材料的内在联系进行综合分析，从而得出 系统的结论。知识通常是与上下文相关的，并能够回答五个重要问题：是什么( 、h a t ) 、 为什么( w h y ) 、怎么做m o w ) 、在何时( w h e n ) 和在何地( w h e r e ) 【2 8 l 。它描述了一个问题从 产生到找到解决方案的整个过程，包括解决路径、所使用的工具、所设计的对象和人 员、可能产生的分歧和后果等。 美国的知识管理专家v e m aa 1 l e e 提出了“知识原型”概念。数据是“漂浮在知识 海洋中的白色帽子”，数据通过和其它数据的联系和组织而成为信息，信息在被分析 并与其它信息比较时，变成知识【2 9 1 。关于知识管理卡尔费拉保罗是这样认为的“知识 管理就是运用集体的智能提高应变能力和创新能力，是为企业实现显性知识和隐性知 识共享提供新的途径”1 3 0 1 。知识管理就是集体对所掌握的知识资源进行管理的过程， 如何识别、获取、开发、分解、存储、传递知识，使每个成员在最大限度地贡献出积 累的知识的同时，也能享用其他人的知识实现共享是知识管理的目标。 e 1 e a m i n g 不同于传统教育的首要之处在于教与学的关系由传统的“以教师为中 心”转变为“以学生为中心”1 3 ”。那么在课程资源的建设和安排上也应遵从这样的教 育理念，从而使学习者的认识规律、认知特点不断地基于新信息和原有经验进行综 合、概括、解释、类比、假设和推论，最后达成有效的知识建构。为了达到有效的知 识建构，教学资源的显性化呈现组织就不能仅是传统课堂教学的“搬家”或者教材的电 子化，而是应该了解学生已有的知识结构，对于信息编码所采取的媒体形式、呈现的 顺序、扩展资源的清单、教学设计中的情