（计算机应用技术专业论文）网络环境下协作学习监控研究.pdf

中文摘要 网络环境下协作学习监控研究 学科专业：计算机应用技术 指导教师：张小真教授 研究方向：智能计算机辅助教学 研究生：冯蜀茗( 2 0 0 2 4 8 9 ) 中文摘要 随着计算机技术、多媒体技术及网络技术的飞速发展，网络学习作为一种 新兴的教学组织形式，以其突破时空限制、教学资源丰富、交流反馈及时准确 等无可比拟的优点冲击着传统班级授课制。计算机支持的协作学习( c o m p u t e r s u p p o r t e d c o l l a b o r a t i v el e a r n i n g ，简称c s c l ) 也在此过程中逐渐被理论和实践 证明其优越性，越来越多的网络教学系统注重对其提供各种资源、服务支持。 然而由于网络环境的开放特性，其在给学习者的学习带来各种便利的同时，也 出现了相应问题。因为网络学习中学习者主体的学习过程缺乏必要监管，极大 地影响了其学习质量，所以要提高网络学习的质量必须对学习者的学习过程进 行监控。同其它组织形式的网络学习一样，开放的网络环境也给以计算机及网 络技术为依托的网络环境下的协作学习带来了同样的问题。但是目前对网络学 习监控的研究和实践还主要停留在对其中个别化学习的监控问题上，对于网络 环境下协作学习的监控问题，还主要依靠教师对协作行为进行监管，并且没有 系统的方法和参照依据。 本文的研究正是为了解决这一问题。本文对网络环境下协作学习监控进行 了深入研究，首先明确了对网络环境下协作学习进行监控的目的，然后分析了 网络环境下协作学习监控的内容，并针对不同的监控内容提出了相应的监控方 法，对于监控内容中的难点提出了解决办法。同步协作相关性监控问题正是其 中一个难点，通过深入研究，本文有效地解决了这一问题。 本文的创新点在于：提出了用领域词典代表给定协作主题特征，从而可以 通过对学习者协作内容文本与领域词典中协作主题的特征词的相关度计算，判 断学习者协作活动与协作主题的相关性，解决了直接对不同领域、不同学习主 中文摘要 题的众多学习者进行同步协作相关性监控困难的问题。另外，笔者用机械切分 与串频统计相结合的汉语分词方法实现了一个支持网络环境下同步协作相关性 监控的领域词典构建模型，根据实际需要对向量空间模型进行了改进，从而有 效地解决了同步协作相关性监控问题。 通过本文对网络环境下协作学习监控理论的深入研究，填补了这一领域的 空白，丰富了网络环境下协作学习理论。本文所提出的网络环境下同步协作相 关性监控系统( w e b 一6 甜耐s y n c h r o n o u sc o o p e r a t i v el e a r n i n gp e r t i n e n c y m o n i t o r i n gs y s t e m ，简称w s c l p m s ) 模型为网络环境下同步协作相关性监控 问题提供了一个有效的解决途径。在论文建立的实验系统基础上做的相关实验 表明，w s c l e m s 模型能很好地完成对学习者同步协作相关性的监控。 关键词：c s c l ，协作学习监控，领域词典，汉语分词 h 荚文摘要 t h e s t u d y o fw e b b a s e d c o o p e r a t i v el e a r n i n g m o n i t o r i n g m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gx i a o z h e n a b s t r a c t r e s e a r e hf i e l d ：i c a i a u t h o r ：f e n gs h u m i n g ( 2 0 0 2 4 8 9 ) w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fc o m p u t e r , m u l t i m e d i aa n dn e t w o r kt e c h n o l o g y , w e b b a s e dl e a r n i n gi sg e t t i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a rf o rt h ea d v a n t a g e so fn o n e s p a c e t i m el i m i t s ，a b u n d a n tl e a r n i n gr e s o u r c e s ，q u i c ka n da c c u r a t ef e e d b a c k se t c p r o v e dt oh a v ep a r t i c u l a rl e a r n i n ga d v a n t a g e s ，c o m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v e l e a r n i n gi sg e t t i n gm o r ea n dm o r es u p p o r tb ym o r ea n dm o r ew e b - b a s e dl e a r n i n g s y s t e m si nt h i sp r o c e s sa sw e l l h o w e v e r , t h eo p e nw e bb r i n g sd i s a d v a n t a g e s 、丽也 c o n v e n i e n c e t h ew e b b a s e dl e a r n i n gc a n n o te n s u r eg o o dt e a c h i n g q u a l i t y a n d l e a r n i n ge f f e c tf o rl a c k i n go fm o n i t o r i n gm a dg u i d i n g t h ew e b b a s e dc o o p e r a t i v e l e a r n i n gh a s t h es a m e p r o b l e m t h i sp a p e ri sp r e s s e dt os o l v et h ew e b - b a s e dc o o p e r a t i v el e a r n i n gm o n i t o r i n g p r o b l e m t h ew r i t e rp o i n t s o u tt h e p u r p o s eo fw e b - b a s e dc o o p e r a t i v el e a r n i n g m o n i t o r i n gs p e c i f i c a l l y a n da n a l y z e st h ec o n t e n te s p e c i a l l yt h e d i f f i c u l t y o fi t b e c a u s ei t sd i f f i c u l tt oe v a l u a t et h e p e r t i n e n c yb e t w e e ns t u d e n t s c o o p e r a t i v e c o m m u n i c a t i o nc o n t e n ta n dt h ec o o p e r a t i v es u b j e c to fd i f f e r e n ts t u d e n t ss t u d y i n g d i f f e r e n ts u b j e c ti nd i f f e r e n td o m a i n ，t h ew r i t e rp u tf o r w a r d sad o m a i nd i c t i o n a r y t h ef e a t u r eo fac e r t a i nc o o p e r a t i v es u b j e c ti sr e p r e s e n t e db yd o m a i nd i c t i o n a r ys o t h a tt h ep e a i n e n c yb e t w e e ns t u d e n t s c o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o nc o n t e n ta n dt h e c o o p e r a t i v es u b j e c tc a n b ee s t i m a t e dt os o l v et h e p e r t i n e n c ym o n i t o r i n gp r o b l e m b a s e do nt h e a n a l y s i sa b o v e ，a n w e b b a s e d s y n c h r o n o u sc o o p e r a t i v e l e a r n i n gp e r t i n e n c ym o n i t o r i n gs y s t e m ( w s c l p m s ) m o d e li s c o n s t r u c t e dt o r e s o l v et h ep e r t i n e n c ym o n i t o r i n gp r o b l e m ad o m a i nd i c t i o n a r yd o n s t r u c t i o nm o d e l ， i i i 茎苎塑墨 一 w h i c hc a j ls u p p o r tt h ep e r t i n e n c ym o n i t o r i n gi nw e b b a s e dc o o p e r a t i v el e a r n i n g ，i s r e a l i z e db yc h i n e s ew o r ds e g m e n t a t i o nt e c h n o l o g y , t h ev e c t o rs p a c e m o d e li s d e v e l o p e d t os u p p o r tt h ep e r t i n e n c ym o n i t o r i n g a sw e l l f i n a l l y 甑e x p e r i m e n 妇ts y s t e m i s d e v e l o p e dt ov e r i f y w s c l p m sm o d e l p r e s e n t e di nt h i sp a p e r a s t h er e s u l td e m o n s t r a t e s , w s c l p m sm o d e l c a nf u l f i l lt h e p e a i n e n c ym o n i t o r i n g i nw e b - b a s e d c o o p e r a t i v el e a r n i n gv e r y w e l l k e y w o r d s ：w e b - b a s e dc o o p e r a t i v el e a r n i n g ，m o n i t o r i n g ，d o m a i nd i c t i o n a r y ， c h i n e s ew o r ds e g m e n t a t i o n 第一章前言 1 1 课题研究背景 第一章前言 计算机技术与多媒体技术的日新月异给传统教育带来了一个全新的发展契 机，而网络技术的飞速发展则拓宽了人们之间的交互方式，提高了沟通效率，为 有效的信息组织提供了极大的方便，从而又将网络教育推向了发展的高潮。 1 1 1 网络环境下协作学习的发展 以班级授课制为核心的传统学校教育自形成以来，极大地提高了教学效率， 降低了教育成本，然而随着计算机网络及其相关技术的发展和成熟。网络学习作 为一种新兴的教学组织形式，以其突破时空限制、教学资源丰富、交流反馈及时 准确、可利用媒体多样等无可比拟的优点冲击着传统班级授课制。 另一方面，随着对分布式认知( d i s t r i b u t e dc o g n i t i o n ) 、自调节学习 ( s e l f - r e g u l a t e d l e a r n i n g ) 、邻近发展区( z o n eo f p r o x i m a ld e v e l o p m e n t ) 等理论 的深入研究，新的教学思想、方法和模式不断被引入，计算机支持的协作学习 ( c o m p u t e rs u p p o r t e d c o l l a b o r a t i v el e a r n i n g ) 也在此过程中逐渐被理论和实践 证明其优越性，越来越受到人们的重视，并在飞速发展的网络学习中得到一个广 阔的发展空间。越来越多的网络教学系统注重对其提供各种资源、服务，以便学 习者能在更广阔的空间内找到更合适的协作伙伴、更丰富的学习资源，获得更快 捷、准确的学习帮助。 1 1 2 网络环境下协作学习中要解决的问题 由于网络环境的开放特性，其在给学习者的学习带来各种便利的同时，也 出现t i 应问题。因为网络学习崇尚学习者主体的自主学习，同时学习者与教 师时空分离，没有了教师面对面的实时监控，学习者的自主意识、自控力以及 学习得以进行的学习动机的保持，均对学习者本身的素质提出了很高的要求一 而这往往是最大的问题所在。众多调查研究表明，我国学生表现出诸多特征， 不适应相对自由松散的网络环境，尤其是在自我控制能力方面不符合网络学习 要求( 曹梅，2 0 0 2 ) 。同其它组织形式的网络学习一样，开放的网络环境也给 以计算机及网络技术为依托的计算机支持的协作学习( c s c l ) 带来了同样的问 题。 第一章前言 1 1 3 国内外相关领域的研究现状 根据从事协作学习场所的不同，可以将其分为课堂环境下( 面对面方式) 与 网络环境下的协作学习两种类型。 对于课堂环境下的协作学习，国内外相关工作者做了大量研究( s l a v i n , r e 1 9 8 0 j o h n s o n ，d w 1 9 8 9 ，l a b i d i ，s 2 0 0 0 ，w h a t l e y , j 2 0 0 3 ，黄荣怀、刘黄玲子 2 0 0 1 ) 。从其基本理论、组织方法与策略、评价及过程控制等方面来看，已经相 当成熟，并且形成了许多有效的协作学习方法，如学生团队成就分配( s t u d e n t t e a m s a c h i e v e m e n td i v i s i o n s ，s t a d ) 、团队游戏比赛( r e a m s g a m e - t o u r n a m e n t s , t g t ) 、小组调查( g r o u pi n v e s t i g a t i o n ，g i j o h n d e w e g1 9 7 0 ) 、共同学习( l e a m i n g t o g e t h e r ，l tj o h n s o n ，d w a n dj o h n s o n , r t ，1 9 9 1 ) 、拼图( j i g s a wi i ) 、团队 促进教学( t e a ma c c e l e r a t e di n s t r u c t i o n ，t a i ) 、合作集成阅读与写作( c o o p e r a t i v e i n t e g r a t e dr e a d i n g a n dc o m p o s i t i o n ，c i r cm a d d e n ，s l a v i n ，& s t e v e n s ，1 9 8 6 ) 等。在国 内北京、广东、上海、浙江、山东等地中小学也开始采用协作学习组织教学，相 关研究与实践均取得了一定成果( 赵建华，2 0 0 2 ) 。 而对于网络环境下的协作学习，正是目前的研究热点，国外许多著名学术期 刊，如e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y 、j o u r n a lo fe d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y 、j o u r n a lo f r e s e a r c ho n c o m p u t i n g i ne d u c t i o n 、e d u c a t i o n a l t e c h n o l o g y r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t 、j o u r n a lo f c o m p u t e r i ne d u c a t i o n 等大量登载网络环境下协作学习方 面的学术研究论文。许多国际学术论坛与会议，如：c s c e 、j a z 、j 稻、g c c c e 、 a i - e d 等，也将注目的焦点投向了网络环境下的协作学习及其相关领域研究。国 内的研究者同样在网络环境下的协作学习相关研究领域做了大量工作，如：黄荣 怀对协作学习的结构化模型的研究( 黄荣怀，2 0 0 0 ，黄荣怀、刘黄玲子，2 0 0 1 ) ， 提出了协作学习组态结构、c s c l 网络结构； i c s c l 系统三个模型：赵建华对构建 基于w e b 的智能协作学习系统的研究( 基于w e b 环境的智能协作学习系统的理论 与方法，2 0 0 2 ) ，总结了构建基于网络环境的协作学习系统的理论与方法，并尝试 构建了相应协作学习系统w i n c o l ；其它研究者马宁，何克抗，余胜泉( 网上协 作学习2 0 0 0 ) 、江雨燕( 基于w e b 环境的群体协同学习系统2 0 0 2 ) 、杜欣( 基于 c s c w 的多媒体远程教育系统2 0 0 3 ) 等也做了相关研究。但是，同课堂环境下 协作学习的研究及实践相比，目前国内外对网络环境下协作学习的研究尚处于起 第一章前言 步阶段，有大量课题亟待解决，尤其是网络环境下协作学习的监控问题，还将成 为影响其质量的关键问题。正如文献( 曹梅，2 0 0 2 ) 调查研究的结果显示，我国 学生和国外学生存在较大差异，前者面对网络环境表现出更多的不适应特征，需 要对其学习行为进行监控。 事实上，为了提高网络学习的质量，国内的决策者及研究者已经意识到必 须对其过程进行监控，并做了一定工作，教育部年检工作报告已指出：制约网 络教育质量的一个重要因素是各试点学校缺乏完善的质量监控体系，对教师的 教学过程，学生的学习过程以及教务人员的管理服务缺乏有效的过程监控。清 华大学已率先尝试搭建了“网络学习质量监控系统”( 刘菊霞、杜婧、张建伟 等，2 0 0 4 ) 。但是，目前对此问题的研究和实践还主要停留在对网络学习中个别 化学习的监控问题上。对于网络环境下协作学习的监控问题，目前所提出的协 作学习系统还主要依靠教师对协作行为进行监管，并且没有系统的方法和参照 依据。 1 2 论文的研究意义、工作及创新 网络环境下的协作学习同课堂环境下相比具有很多不同的特点，由于网络 的支持，协作学习过程可以在同步和非同步环境中进行，有利于小组成员对新 观点取得共识、提高参与小组活动的深度和广度( r u b e r g ，l f e ta l ，1 9 9 6 ) ，有 利于克服学习者的某些心理及个性限制( 害羞、胆怯、畏恨等) 、易于集中注意 力、提高思维的效果与质量、易于获得协作学习资源、有利于创造性思维的发 展等。因此，某些研究者提出，从思维共享需要个体之间有效地交流和沟通方 面来讲，由网络构建的学习环境要优越于面对面的课堂环境( b r a n d e n , d p 。& a n d r e a ，b h ，1 9 9 9 ) 。因此当前主要在课堂环境下发展起来的有关协作学习的基 础理论，需要根据网络环境的特点，发展支持网络环境下协作学习的基础理论， 而本文的研究内容正是这一课题的子课题。本文的研究填补了网络环境下协作 学习监控理论的空白，充实了网络环境下协作学习理论，为解决网络环境下协 作学习监控问题提供了依据及可行方案。 要实现对网络环境下的协作学习的监控首先必须明确： ( 1 ) 网络环境下协作学习监控的目的 ( 2 ) 网络环境下协作学习监控的内容 第一章前言 ( 3 ) 网络环境下协作学习监控的方法及难点 本文首先明确了对网络环境下协作学习进行监控的目的，分析了网络环境 下协作学习监控的内容，然后针对不同的监控内容提出了相应监控方法，对于 监控内容中的难点提出了解决办法。同步协作相关性监控问题正是其中一个难 点，为此本文提出了一个网络环境下同步协作相关性监控系统( w e b 一6 础d s y n c h r o n o u sc o o p e r a t i v el e a r n i n gp e r t i n e n c ym o n i t o r i n gs y s t e m ，简称 w s c l p m s ) 模型为网络环境下同步协作相关性监控问题提供了一个有效的解 决途径。在论文建立的实验系统基础上做的相关实验表明，矾叱u 峭型能 很好地完成对学习者同步协作相关性的监控。 本文的创新点在于： ( 1 ) 提出了监控相关性、活跃性、有效性三个方面的信息完成对网络环境 下协作学习的监控。 ( 2 ) 直接对不同领域、不同学习主题的学习者的协作行为与其协作主题的 相关度进行监控十分困难，而本文提出的领域词典代表了给定协作主题特征， 使对学习者协作活动与协作主题相关性的判断可通过对学习者协作内容文本与 领域词典中代表协作主题的特征词的相关度计算完成，从而成功地解决了同步 协作相关性监控问题。 ( 3 ) 用机械切分与串频统计相结合的汉语分词方法实现了一个支持网络环 境下同步协作相关性监控的领域词典构建模型，并根据实际需要对向量空间模 型进行了改进，从而有效地解决了同步协作相关性监控问题。 1 3 论文的内容安排 在本文余下的章节中，将于第二章介绍相关理论基础，包括网络环境下韵 协作学习理论及汉语分词相关理论；第三章将详细讨论网络环境下协作学习监 控的必要性、目的、方法、难点及解决办法：第四章则着重介绍解决同步协作 相关性监控的领域词典及其构建方法：第五章将详细介绍网络环境下同步协作 相关性监控系统( w s c l p m s ) 模型及同步协作相关性监控的实现方法；第六章 介绍实验系统及相关实验；第七章则是对本文工作的总结及对未来工作的展望。 4 第二章相关理论基础 第二章相关理论基础 本文是对网络环境下协作学习监控的研究，其中主要涉及到的理论基础包 含两个方面，一是网络环境下协作学习相关理论。其中包括协作学习理论、计 算机支持的协作学习理论，智能教学系统理论等。二是汉语分词理论，对学习 者的协作行为进行监控涉及到对其之间交流内容的理解，这需要借助汉语分词 理论。本章将分别进行简要的阐述。 2 。1 网络环境下的协作学习 2 1 1 协作学习 c o o p e r a t i v e l e a r n i n g ，c l ) 2 1 1 1 协作学习的基本概念 协作学习的研究和实践目前在许多国家和地区都有开展。但是对于什么是 协作学习，说法不一。 美国教育学者嘎斯基( o u s k e y , t & ) 博士对协作学习进行了如下描述：从本 质上讲，协作学习是一种教学形式，它要求学习者在一些由2 - - - 6 人组成的异质 组( h e t e r o g e n e o u s 即哆妙中一起从事学习活动，共i 司完成教师分配的学习任务。 在每个小组中，学习者们通常从事于各种需要合作和互助的学习活动。英国著 名教育学者赖特( l i g h t , p h ) 和以色列著名教育学者，协作学习的另一位重要代 表人物梅瓦里克( m e v a r e e h ，z r ) 女士认为：协作学习是指学习者为达到一个共 同的目标在小组中共同学习的学习环境( l i 曲。只h 。1 9 9 2 ) 。美国约翰斯霍普金 斯大学的斯来文( s l a v i n ，r e ) 教授认为：协作学习是指学习者在小组中进行一系 列学习活动，并依据他们整个小组的成绩获取奖励或认可的课堂教学技术 ( s l a v i n ，r e 1 9 8 0 ) 。而国内研究者认为协作学习是学生以小组形式参与、为达 到共同的学习目标、在一定的激励机制下最大化个人和他人习得成果，而会作 互助的一切相关行为( 黄荣怀，2 0 0 1 ) 。 尽管各国研究者对协作学习的概念表述不尽一致，但都揭示了许多共性的 东西，尤其是明尼苏达大学“协作学习中心”( c o o p e r a t i v el e a r n i n gc e n t e r ) 的约 翰逊兄弟o o h n s o r t ，d w & j o h n s o n ，r 。t ，1 9 8 9 ) 提出的协作学习由5 令要素组 成的观点得到了广泛认同，即：积极互依赖( p o s i t i v e i n t e r d e p e n d e n c e ) 、面对面 第二章相关理论基础 的促进性交互作用( f a c e t o - f a c ep r o m o t i v ei n t e r a c t i o n ) 、个人责任( i n d i v i d u a l a c c o u n t a b i l i t y ) 、社交技能( s o c i a l s k i l l s ) 和小组自加i ( g r o u pp r o c e s s i n g ) 。 2 1 1 2 协作学习的理论基础及基本作用 协作学习为社会学、心理学、教育学领域众多相关理论所支持： ( 1 ) 群体动力学理论 ( 2 )自控论原理 ( 3 ) 动机理论 c 4 ) 社会凝聚力理论 ( 5 ) 认知理论有关协作学习的认知理论可大致地归于两个领域：发展 理论( d e v e l o p m e n t a lt h e o r i e s ) 和认知精制理论( c o g n i t i v e e l a b o r a t i o nt h e o r i e s ) 。 ( 6 ) 选择理论 通过以上理论的研究及协作学习实践的开展，协作学习在教学中的作用被 确立了下来，同时协作学习的作用不仅表现在它的教学功能上，更在于它能够 培养学生个体的诸多优秀品质。协作学习的基本作用在于( 赵建华，2 0 0 2 ) ： ( 1 ) 有利于提高学生学习过程的参与度 ( 2 ) 有利于提高学生问题解决和批判性思考的技能 ( 3 ) 有利于提高学生的学习效果及学业成绩 ( 4 ) 有利于提高学生学习的满意度 ( 5 ) 有利于增强个体间的吸引力和凝聚力 ( 6 ) 有利于个人自尊心的培养与发展 ( 7 ) 有利于提高学习者的社会技能 2 1 2 计算机支持的协作学习c c s c l ) 2 1 2 1 基本概念 计算机支持的协作学习( c o m p u t e r - s u p p o r t e dc o o p e r a t i v el e a r n i n g ，c s c l ) 诞生于对计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ， c s c 叼以及协作学习( c l ) 的广泛研究，而c s c w 技术是指在网络环境下利用计 算机来支持时间上分离、空间上分布而工作上又相互依赖的多个协作成员进行 6 第二章相关理论基础 协同工作，以共同完成某项任务。相应地，将c s c w 技术应用于教育领域，构 建i n t e m e t 环境下的协作教学系统，使分布在不同地点的教师和学生在计算机的 支持下，为了共同的学习任务目标通过共享的教学环境进行协作以实现教学活 动，则产生了c s c l 。 2 1 2 2 计算机支持的协作学习分类 根据计算机支持协作学习中学习者在时间和空间中的位置关系，可以将 c s c l 进行双维度划分。按学习者间的协作交互是否实时，可将协作学习分为 同步协作和异步协作两类。按学习者所处学习地点，可将协作学习分为同地和 异地两类。两个维度相组合，则有四种类型：实时同地( 本地同步) c s c l 、非 实时同地( 本地异步) c s c l 、实时远距( 异地同步) c s c l 和非实时远距( 异 地异步) c s c l ( 黄荣怀，2 0 0 0 ) 。 ( 1 ) 实时同地( 本地同步) c s c l 如果学生同处一地，又能够实现砸对面交流沟通，此时计算机的作用主要 在于为协作学习提供相应的学习资源支持。 ( 2 ) 非实时同地( 本地异步) c s c l 这种方式下的c s c l 学生虽然同处一地，空间距离没有给交流带来明显的 障碍，但是协作组成员摒弃了面对面交流的实时同步性，而采取异步交流的方 式完成协作学习的任务。 ( 3 ) 实时远距( 异地同步) c s c l 学习者在协作组内或协作组间进行同步交互，以实现协商讨论、协同工作 或协同解决问题。目前，已有许多较为成熟的异地同步群件系统可以用来支撑 实时远距c s c l 这一应用，如采用c h a t , w h i t eb o a r d , m u l t i m e d i ac o n f e r e n c e , e l e c t r o n i c m a i l f i i t e r , b r a i ns t o r m i n g , m u l t i - p l a y e rg a m e 等。 ( 4 ) 非实时远距( 异地异步) c s c l 由于各学习者学习并不同步，交互过程发生在相异的时空中，因为异步的 原因，学习者在某一个时刻进行的是无其他伙伴的个人学习。学习者通过e m a i l 、b b s 等工具实现交互。 第二章相关理论基础 2 1 2 3c s c l 基本结构 典型的c s c l 系统可以描述为：学习者隶属于不同的小组，将学习作为协 作活动的唯一结果，参与者扮演不同的角色，并且能够根据任务的不同进行动 态改变( 赵建华，2 0 0 2 ) 。c s c l 系统包括同步和异步学习系统：协作活动需要通 过电子邮件、觑b s 、聊天、电视会议和其它通讯工具的支持。c ：毗的基本结 构的实体模型( c o n c r e t e m o d e l ) 如图1 1 所示。 图1 1c s c l 基本结构 在c s c l 基本结构实体模型中，学习者小组结构包括导师、智能代理、学 习者、小组和班级。导师对班级和小组进行管理。并向学习者传授知识。学习 者隶属于一定的小组，小组则隶属于一定的班级。 c s c l 环境中可以为学习者提供学习材料、小组任务、模板和情节等学习资 源。 系统采用同步和异步通信，利用电子邮件、b b s 、聊天、电视会议等通信 工具和协同工作、设计、研究和问题解决等共享应用方式进行通信传递。 系统对学习者在不同协作场所中协作的结果、范围、有关学习数据进行跟 踪，并保存在协作记忆中。系统对协作记忆中的数据进行评价，并对不同学习 者和小组的评价结果进行记录并保存。 第二章相关理论基础 2 1 3 c z ，c s c ，网络环境聂智能化教学的相互关系 赵建华曾在“基于w e b 环境的智能协作学习系统的理论与方法”一文中 对c l 、c s c l 、网络环境及i t s 间的相互关系作了如图1 2 所示的定义： 图1 2c l 、c s c l 、网络环境及智能化教学之间的关系 ( 1 ) 区域i 区域i = ( 协作学习 n 网络环境 n 智能化教学 n c s c l ) 该区域表示网络环境下的智能化协作学习，其集成了协作学习、网络环境、 c s c l 和智能化教学四个领域。 ( 2 ) 区域 区域i i - 协作学习) n 网络环境) n c s c l ) 该区域为基于网络环境的c s c l ，其探讨的是如何在网络环境下开发及应用 c 譬c z 。 ( 3 ) 区域i i i - 网络环境 n 智能化教学 该区域为网络环境下的智能化教学，其主要探讨如何实现智能化的网络教 学环境。 ( 4 ) 区域= ( 协作学习) n c s c l 该区域为c s c l 的传统研究领域。c $ c l 隶属于协作学习研究领域，其实现手 段是采用计算机支持。目前c f c z 已经成为一个相对独立、规模庞大的研究领域。 ( 5 ) 区域v 区域v = 网络环境) n 协作学习 9 第二章相关理论基础 该区域所探讨的是如何在网络环境下实现协作学习。 本文的研究隶属于区域i ，即网络环境下智能化协作学习。该区域涉及诸多 方面的知识，包括有关协作学习的基础理论、网络环境下协作学习组织的方法 与策略、网络环境下协作学习内容的选择、网络环境下协作学习参与者之间的 交互与评价、智能教学系统的理论与方法的应用、网络环境下智能协作学习系 统的设计等等，本文的研究内容主要为其中的协作过程监控部分。 如上节所述，在c s c l 中通信是协作的基础，要实现对其的监控，则必须 理解学习者通信交流的内容，这涉及到汉语分词理论，将在本章的下一节作具 体介绍。 2 2 汉语分词 中文不同于西文的一个显著特点在于中文是以字而非词语作为语言的基本 构造单位。虽然在口语中存在一定的音节变化，形成了某种程度的界线，但缺 乏明显的分词标志。书面汉语则更是没有形态上的切分标记( 西文词语间有空 格作为间隔) ，故而对中文信息进行处理首先必须对其进行分词。中文自动分词 分为书面汉语分词和口语汉语分词。本文的研究内容中主要涉及到前者。 所谓书面汉语自动分词是指：通过计算机来对书面汉语的词语进行切分， 为各类中文信息处理的后续工作提供个以词为单位的语流序列。其基本算法 主要分为两大类：基于词典的分词方法和基于频度统计的分词方法。实际应用 时，多是两者互相结合。 2 。2 。1 基于诃典的分词方法 基于词典的分词方法是以汉语词典为基础对中文语句通过匹配进行切分的 方法。 2 2 1 1 分词词典 词典是系统分词的基础，词典的完备性和完全性直接影响分词的结果。为 方便讨论，首先作如下定义( 王有成，1 9 9 1 ) ： 定义3 1 ：基本定义 设d 是一个已知的确定有限集合，对于任意的w d ，1 i 均为长度不小于l i o 第二章相关理论基础 的字串，称d 为词典，d 中的元素w 为词。设为所有字串组成的集合，若有 l ，则称l 为上的一个语言。对于一个有限集合r ，记lr1 为r 中的元 素的个数。例如，idl 为词典中词的总数。对于词w ，记iwi 为w 中的字串 的长度，也称为词长；特别地，lwi 为1 表示该词为单字词。 定义3 2 ：词典的完备性的定义 对于语言l 与词典d ，若对任意的字串s e l ，至少存在一种按词典d 规约 的词串w 扎w 。( w 。d ，l i n ) ，使s = w ，w 2 w o ，则称d 对l 是完备的。 简单地说，就是所有的字串都可以切分出来。 词典的完备性对汉语自动分词的意义在于。只有完备性的词典才不会出现 无法切分的情况。词典的使用至少在现阶段看来，还是自然语言处理的必要 手段。因此，建立一个好的词典，尤其是一个具有完备性的词典是十分必要的。 语言是由字串组成的，个完备性词典能够覆盖所有的字串，因此它也能覆盖 语言本身。语言l 是词典d 的合式语言，则词典d 即是l 的完备性词典 定义3 3 ：最小完备性词典的定义 一个词典d - 对语言l 是最小完备的词典是指： ( 1 ) d 对l 是完备的： ( 2 ) 若从d - 中删除掉任意一个词。则得到的新词典d i i 对l 是不完备的。 对任意词典d ，若有d 互d ，则d 是完备性词典。因此，如果能建立一个最 小完备性词典作为词典的内核，由该内核扩展而成的词典必是完备的，即可以 将建立完备性词典的重点放在建立一个具有近似的最小完备性的词典内核上。 最小完备性词典不是唯一的。 在汉语中，构造最小完备性词典的一个最简单的办法是，首先将所有的单 字形成集合d 。，然后从d 。中删除不能单独构词的字，再将删掉的字所能构造 的最小词集添加进d o ，如将“枇杷”的“枇”字删除，将“枇杷”添加进去。 这样得到的词典d o ，即是汉语的一个最小完备性词典。构造汉语的其它完备性 词典，只须在其最小完备性词典基础上扩展即可。 一个完备性的词典切分出来的词并不一定是符合语言本身的含义的。例如 一个词典将所有的单字都构成单字词，则它必定是完备的，而只有单字词的切 分显然不符合语言本身的要求。所以必须对最小完备性词典进行扩展，而扩展 第二章相关理论基础 的目标则是完全性词典。 定义3 4 ：词典的完全性的定义 对于语言l 与词典d ，若对l 上的任意词w ，都有w d ，则称d 对l 是完 全的。即词典的完全性是指：若一个词典包含某个语言上的所有的词，则它是 该语言上的完全性词典。 从某种意义来说，完全性词典必是完备性词典，而要得到完全性词典比得 到完备性词典困难得多。事实上，在从实际应用中，词典并不是越完全越好。 词典小了会不够用，而词典大了则既耗费存储空间又增加查找时间，甚至造成 大量的歧义切分。所以建立适当的词典非常重要，这可通过两个参数来衡量， 即覆盖率和利用率。覆盖率是指词典中出现在待切分语料中的词的数景与待切 分语料的实际含词量之比，而利用率是指词典中出现在待切分语科中的词的数 量与词典含词量之比。 2 2 1 2 机械匹配法 机械匹配法的基本思想为：事先建立一词典，其中包含所有可能出现的词。 对给定的待分词的汉字串s ，按照某种确定的原则切取s 的子串，若该子串与 词典中的某词条相匹配，受l j 该子串是词，继续分割剩余的部分，壹到剩余部分 为空：否则，该子串不是词，转上重新切取s 的子串进行匹配。这类方法按扫 描方向可分为：正向扫描、逆向扫描、双向扫描三种，按匹配原则又可分为最 大匹配和最小匹配，这两种匹配按增字或减字又可分为两种类型。 其形式化描述模型( 揭春雨，1 9 8 9 ) 为西螂口，帕，其中： d c d - - - - + 1 ，一1 ) ，+ 1 是正向的。一1 是反向的； 4 a = + 1 ，一1 ) ，+ l 是增字的，一1 是减字的： n m = + l ，1 ，+ 1 是最大匹配，一l 是最小匹配； 由于大多数汉字均可构成单字词，所以按最小匹配法分词的结果往往因分 得太细而不合要求，所以一般不易采用最小匹配法。 ( 1 ) 正向最大匹配c m m ) 算法 正向最大匹配法是苏联研究汉俄翻译的学者提出的，后来被称为5 4 3 - - 2 - - i 查询法。其基本思想是：首先假设待处理字串长度为l ，将其取出并查 找分词词典。若词典中有这样的一个l 字词，则匹配成功，匹配字段作为一个 第二章相关理论基础 词被切分出来；如果词典中找不到这样的一个l 字词，则匹配字段去掉最后一 个汉字，剩下的l 1 个字符作为新的匹配字段，进行新的匹配，如此进行下去， 直至切分成功为止。完成第一个词的切分，则从该词紧接的下一个字开始继续 该过程，直到所有词均被切分出为止。 ( 2 ) 逆向最大匹配俾腻旧算法 逆向最大匹配算法与正向最大匹配算法相对应。它的分词过程最大匹配算 法相同，只是切分方向为从句子( 或文章) 的末尾开始到句子( 或文章) 的首 部，如果匹配不成功则去掉第一个汉字。即相当于先将被切分字串逐字反转形 成新的字串再进行正向最大匹配。 ( 3 ) 最佳匹配f d 方法 最佳匹配方法基本上使用朋m 的思路，不同之处在于：蝴法在词典中按 词频的大小顺序排列词条，以求缩短分词词典的检索时闻，达到最佳效果，从而 降低分词的时间复杂度，加快分词速度 2 2 1 3 特征词库法 特征词库法的基本思想是：事先建立一个特征词库，其中包含各种具有切分 特征的词。对给定的待分词的汉字串s ，首先根据特征词库将s 分割成若干个较短 的子串，然后对每个子串分别采用机械匹配法进行切分。实际上这是一种“分而 治之”的办法。 2 2 1 4 最短路径方法 最短路径法事实上为机械匹配法的一种优化，其将分词问题归结为图论中的 最短路径问题。即一个词对应一条有向边，词的一个序列对应一条有向路径。对 给定的待分字串s 分词问题就是要寻找一条最短的有向路径，使得这条路径上 的边所对应的词的序列为这样就可采用图论中的有关算法来求解。 2 2 1 5 最大概率分词方法 最大概率分词方法的根据是：联合概率( 各个词的词频相乘) 最大的词串就 是最终的切分结果，该方法实质上是一种简单变形的最短路径方法，改进的地方 在于它的切分有向图的边长等于词频。 1 3 第二章相关理论基础 2 2 1 6 全切分方法 全切分方法列举出所有可能的切分结果，避免在粗分过程中就出现切分错 误，将优选排错的任务交给后续过程。但是。该方法产生的切分结果数随着句子 长度的增大而成指数级增大，其中大多数是无效结果，对正确结果的生成没有太 大帮助。无论是求取所有切分结果，还是后续过程对大量结果的分析处理都是非 常困难而且费时。 2 2 1 7 其它方法 为了解决汉语分词中的歧义切分问题，人们考虑了语法与语义关系，在建立 词典时就在其中加入所有可能出现的词的各种语法及语义知识。分词时参考这些 信息，以消除或减少分词中可能出现的歧义切分。这类方法主要有约束矩阵法、