（计算机软件与理论专业论文）自适应学习系统中个性化学习方案的制定.pdf

- 一 专 孳 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究 工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人 承担。 学位论文作者签名：童l 昌型翌 日期： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将 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 印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名；剑函蜩指导教师签名： ! 茎! 坐 日期：2 醴：丝日期：趁f ! ! ! f 皇 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：空笺斑燃 电话： 通讯地址：么匮坳】蟛邮编： 小j ，j 一 k _ 摘要 当今时代，实现素质教育和终身教育已经成为人们对教育体制的要求，教育更加注 重人的综合素质的提高和个性特征的发展，虽然传统的课堂教学模式正在逐步进行这种 个性化教育的改革，但是在传统大班授课的教育模式的限制下，个性化教学始终无法走 出实质性的第一步。 随着计算机技术和网络技术的应用和发展，自适应学习系统的出现使人们看到了实 现个性化教育和终身教育的曙光。自适应学习系统通过设计领域知识库，教学规则库和 学习者特征库，从而实现针对学习者特征的个性化教学模式。但由于学习者个性特征千 变万化，实现真正的具有高度适应性的学习系统尚未实现，因此，研究学习者个性特征， 设计能够引导学习者自学的学习法方案和符合学习者个性特征的教学流程是提高自适 应学习系统的关键所在。 本文针对现有的自适应学习系统的研究现状，通过分析系统学习功能不足，学习方 案单一，系统交互性和适应性差产生的原因，提出了一种融合学习风格和多元智能理论 的个性化学习者模型。并以此模型为依据，由系统为每一位学习者提供符合个性特征的 学习方案，在学习方案的引导下，动态生成符合学习者风格特征的活动序列，调用学习 者偏好的资源类型，并通过对学习者学习行为的追踪和分析，提出了一种学习方案自适 应优化算法，学习者应用该系统的次数越多，系统为学习者设计的学习方案就越符合学 习者个性特征，从而实现真正的自适应性。 本文内容组织如下： 第一章介绍课题的研究背景及其研究现状，界定了本文的研究范围。 第二章阐述了本课题研究的教育教学理论依据，介绍了设计和开发自适应学习系统 所应用到的人工智能关键技术，通过对教学理论和学习理论的研究，将自适应学习系统 的理论支持要素进行提炼和学习。 第三章在现有自适应学习系统的体系结构基础上，提出了本文设计的自适应系统的 体系结构，系统流程，并对个功能模块的改进进行了详细的阐述，同时对学习者模型和 领域知识模型进行了本体形式化描述。 第四章是系统的核心模块个性化学习方案的制定，在本章综合学习方案的设计原则 和要素，设计出了一个各个学科通用的涵盖所有课型并符合不同类型的学习者的学习方 案模板，并对学习方案进行本体形式化描述。 第五章着重介绍本文的两个关键算法，既学习方案制定算法和学习方案自适应优化 算法。 第六章是原型系统的编码实现和运行结果展示。 第七章对本文的研究进行了总结，同时对末来的研究方向做了展望。 本文的贡献和创新： 全面而系统的对自适应学习系统进行了设计和改进，在原有的自适应学习系统基础 之上，融合了布鲁姆教育目标分类理论，多元智能理论和学习风格理论，以及学习者个 性挖掘技术对系统进行了改进。 提出了个性化学习方案制定模块，设计出适应性较强的学习方案通用模板，将学习 者的学习活动拆分，进行封装和重组，能够实现针对学习者个性特征生成个性化的学习 方案，同时允许学习者自主编辑学习方案，提高学习者自主学习积极性。 提出了学习方案在自适应优化算法，通过对学习者行为的分析，利用学习者相对学 习速度，知识点掌握程度，教学资源偏好度和活动序列合理度四个方面对学习方案实现 自适应优化。 关键词：自适应学习系统；学习方案；学习风格；多元智能；本体 l - f 、一 刀 a b s t r a c t n o w a d a y s ，t oa c h i e v eq u a l i t y e d u c a t i o na n d l i f e l o n ge d u c a t i o n h a sb e c o m et h e r e q u i r e m e n t so ft h ee d u c a t i o n a ls y s t e m ，i ne d u c a t i o n ，p e o p l ep a ym o r ea t t e n t i o n t ot h e i m p r o v e m e n to fp e o p l e so v e r a l lq u a l i t ya n dt h ed e v e l o p m e n to fp e r s o n a l i t yc h a r a c t e r i s t i c s a l t h o u g ht h et r a d i t i o n a lc l a s s r o o mt e a c h i n gm o d e li sc h a n g i n gt op e r s o n a l i z e de d u c a t i o n g r a d u a l l y , t h e r ei s l i t t l e p r o g r e s so ft h ep e r s o n a l i z e dt e a c h i n g a st h ec o n s t r a i n t so ft h e t r a d i t i o n a lp a t t e r nw h o l ec l a s st e a c h i n g w i t ht h ec o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，t h e e m e r g e n c eo fa d a p t i v el e a r n i n gs y s t e m st oe n a b l ep e o p l et os e e t h er e a l i z a t i o no fp e r s o n a l i z e d e d u c a t i o na n dt h ed a w no fl i f e - l o n ge d u c a t i o n a d a p t i v el e a r n i n gs y s t e m ，t h r o u g ht h ed e s i g n k n o w l e d g eb a s e ，r u l eb a s ea n dt h el e a r n e rc h a r a c t e r i s t i c so ft h et e a c h i n gl i b r a r y , i no r d e rt o a c h i e v ef o rt h el e a r n e rc h a r a c t e r i s t i c so fp e r s o n a l i z e dt e a c h i n g h o w e v e r , t h ee v e r - c h a n g i n g p e r s o n a l i t yc h a r a c t e r i s t i c so fl e a r n e r st oa c h i e v eat r u eh i g h l ya d a p t i v el e a r n i n gs y s t e mh a s n o ty e ta c h i e v e d , t h e r e f o r e ，t h es t u d yp e r s o n a l i t yc h a r a c t e r i s t i c so fl e a r n e r s ，d e s i g n e dt o g u i d et h el e a r n e r ss e l f - l e a r n i n gl a wp r o g r a ma n di na c c o r d a n c ew i t ht h et e a c h i n gp r o c e s s p e r s o n a l i t yc h a r a c t e r i s t i c so f l e a r n e r si st oi m p r o v et h ea d a p t i v el e a r n i n gs y s t e mk e y i nt h i sp a p e r , t h ec u r r e n ts t a t u so fa d a p t i v ei , e a r n i n gs y s t e m ，b ya n a l y z i n gt h ef u n c t i o n o fl a c ko fs y s t e m a t i cs t u d y , l e a r n i n gt h ep r o g r a mas i n g l e ，i n t e r a c t i v ea n da d a p t i v es y s t e m ，t h e c a u s e so fp o o r , p r e s e n t saf u s i o no fm u l t i p l ei n t e l l i g e n c e st h e o r yo fl e a r n i n gs t y l e sa n d p e r s o n a l i z e dl e a r n e rm o d e l a n dt h i sm o d e li sb a s e do nt h es y s t e mf o re v e r yp e r s o n a l i t y c h a r a c t e r i s t i c so fl e a r n e r si nl i n ew i t ht h el e a r n i n gp r o g r a m s ，u n d e rt h eg u i d a n c eo ft h e l e a r n i n gp r o g r a m ，i nl i n ew i t hl e a r n e rs t y l ec h a r a c t e r i s t i c sd y n a m i c a l l yg e n e r a t e ds e q u e n c eo f a c t i v i t i e s ，c a l lt h el e a r n e r sp r e f e r r e dr e s o u r c et y p e ，l e a r n i n gb e h a v i o ro fl e a r n e r st h r o u g ht h e t r a c k i n ga n da n a l y s i s ，p r o p o s e dal e a r n i n gp r o g r a ma d a p t i v eo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m ，l e a r n e r s u s et h es y s t e m ，t h em o r et h en u m b e r , t h es y s t e md e s i g n e df o rl e a r n e r st ol e a r nt h ep r o g r a m m o r ei nl i n ew i t hp e r s o n a l i t yc h a r a c t e r i s t i c so fl e a r n e r si no r d e rt oa c h i e v et r u es e l f - a d a p t i v e t h ec o n t e n ti nt h i st h e s i si sa sf o l l o w i n g ： i n c h a p t e r1 ，d e s c r i b e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n dr e s e a r c ht o p i cs t a t u s ，d e f i n e st h e s c o p eo ft h es t u d yo ft h i sa r t i c l e i nc h a p t e r2 ，e l a b o r a t e do nt h er e s e a r c ho fe d u c a t i o na n dt e a c h i n go ft h i st h e o r e t i c a lb a s i s ， b yt e a c h i n gt h e o r ya n dl e a r n i n gt h e o r yr e s e a r c h ，t h et h e o r yo ft h ea d a p t i v el e a r n i n gs y s t e mt o s u p p o r te l e m e n t so ft h er e f i n i n ga n dl e a r n i n g d e s c r i b e st h ed e s i g n a n dd e v e l o p m e n to f a d a p t i v el e a r n i n gs y s t e m sa p p l i e dt ot h ek e yt e c h n o l o g i e so fa r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，i n c l u d i n g k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n ，p a t t e r nm a t c h i n g , s e a r c ha l g o r i t h m sa n du n c e r t a i n t yr e a s o n i n g i nc h a p t e r 3 ，b a s e do nt h ee x i s t i n ga d a p t i v el e a r n i n gs y s t e m sa n dt h ea r c h i t e c t u r e ，i p r o p o s e dan e wa d a p t i v es y s t e m i ti n c l u d e st h ea r c h i t e c t u r e ，t h ep r o c e s s e so ft h es y s t e ma n d t h ed e t a i l so ft h ei m p r o v e df u n c t i o n a lm o d u l e s i ta l s oi n c l u d e st h eo n t o l o g i c a ld e s c r i p t i o no f t h el e a r n i n gm o d e la n dt h ed o m a i nk n o w l e d g em o d e l i nc h a p t e r4 ，t h ed e s i g no fp e r s o n a l i z e dl e a r n i n gp r o g r a mf o rt h ec o r em o d u l e so ft h e s y s t e m u s i n gt h ep r i n c i p l ea n dt h ek e ye l e m e n to fl e a r n i n gp r o g r a m s ，ip r o p o s e dal e a r n i n g p r o g r a mt e m p l a t et h a tc o r r e s p o n d sw i t ha l lt y p e so fl e a r n e r sa n da l lk i n d so fc o u r s e s t h e r e a r ea l s oa d a p t i v eo p t i m i z a t i o na l g o r i t h ma n dt h ed y n a m i co p t i m i z a t i o no ft h i ss y s t e m i nc h a p t e r5 ，t h ea u t h o rm a d et w oi m p o r t a n ta r i t h m e t i c sa b o u tt h ed e v e l o p m e n to f p e r s o n a l i z e dl e a r n i n gp r o g r a m si nt h ea d a p t i v el e a r n i n gs y s t e m i nc h a p t e r6 ，t h ea u t h o rm a k e st h es y s t e mc a ) m eo u ta n ds h o w st h er u n n i n gr e s u l t s i nc h a p t e r7 ，t h ea u t h o rm a d eac o n c l u s i o no nt h i st h e s i sa n dt h e ni n d i c a t e ds o m e s h o r t c o m i n g sa n dt h en e x tr e s e a r c hg o a l t h ec r e a t i v ea n dc o n t r i b u t i o n si nt h i st h e s i sc a nb es u m m e du pa sf o l l o w i n g ： ac o m p r e h e n s i v ea n ds y s t e m a t i cs t u d yo ft h ea d a p t i v e l e a r n i n gs y s t e md e s i g na n d i m p r o v e m e n t ，b a s e do no r i g i n a la d a p t i v el e a r n i n gs y s t e m ，b l o o mt a x o n o m yo fe d u c a t i o n a l o b j e c t i v e sc o m b i n e st h et h e o r yo fm u l t i p l ei n t e l l i g e n c et h e o r ya n dl e a r n i n gs t y l et h e o r y , a s w e l la si n d i v i d u a ll e a r n e r sm i n i n gt e c h n i q u e st oi m p r o v et h es y s t e m p r o p o s e dt od e v e l o pp e r s o n a l i z e dl e a r n i n gp r o g r a mm o d u l e s ，d e s i g na d a p t i v el e a r n i n g p r o g r a m ss t r o n g e rg e n e r i ct e m p l a t e ，l e a r n e r 。sl e a r n i n ga c t i v i t i e sw i l lb es p l i t ，f o rp a c k a g i n g a n dr e o r g a n i z a t i o n ，p e r s o n a l i t yc h a r a c t e r i s t i c sc a nb ea c h i e v e df o rl e a r n e r s g e n e r a t e p e r s o n a l i z e dl e a r n i n gp r o g r a m s ，w h i l ea l l o w i n gl e a r n e r s t ol e a r ns e l f - e d i t i n gp r o g r a m st o i m p r o v el e a r n e rs e l f - l e a r n i n gi n i t i a t i v e l e a r n i n gp r o g r a m sp r o p o s e d i nt h e a d a p t i v eo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m ，a n g i i c i z i n g l e a r n e r sb e h a v i o r , l e a r n e r s r e l a t i v es p e e da n dm a s t e r yo fk n o w l e d g ep o i n t s ，t e a c h i n g r e s o u r c e sa n da c t i v i t i e so ft h es e q u e n c eo far e a s o n a b l ed e g r e eo fp r e f e r e n c ef o rd e g r e e si n f o u ra r e a so fl e a r n i n gp r o g r a m st oa c h i e v es e l f - a d a p t i v eo p t i m i z a t i o n k e yw o r d s ：a l s ，l e a r n i n gp r o g r a m s ，l e a r n i n gs t y l e ，m u l t i p l ei n t e l l i g e n c e s ，o n t o l o g y i v 1 ， 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v 1 绪论1 1 1 研究背景1 1 2 本文的研究意义1 1 3 自适应学习系统研究现状2 1 4 本文所作工作3 2教育教学及人工智能理论基础4 2 1 自适应学习系统4 2 2b l o o m 模型5 2 3 学习者特征6 2 3 1 学习者学习准备6 2 3 2 学习者学习风格6 2 3 3 多元智能9 2 4 学习方案1 l 2 5 知识表示1 2 2 6 搜索算法1 4 2 7 不确定性推理方法1 4 2 8 本章小结1 4 3自适应学习系统设计1 6 3 1 系统体系结构1 6 3 2系统流程设计1 8 3 3 功能模块分析2 0 3 3 1 特征采集模块2 0 3 3 2 学案生成模块2 0 3 3 3 学习界面呈现模块2 l 3 3 4 学习方案优化模块2 2 3 3 5 系统管理模块2 2 3 4 学习者本体与领域知识本体描述2 2 3 4 1 学习者本体形式化描述2 3 3 4 2 领域知识本体形式化描述2 6 v 3 5 本章小结2 8 4 学习方案设计与形式化描述2 9 4 1 个性化学习方案设计2 9 4 1 1 学习方案设计2 9 4 1 2 学习过程设计3 0 4 2 学习方案本体形式化描述3 3 4 3 本章小结3 6 5 学习方案制定算法3 7 5 1 学习方案生成算法3 7 5 2 学习方案优化算法3 9 5 3 本章小结4 3 6 原型系统的实现与评价4 4 6 1 系统开发、运行环境及关键技术4 4 6 1 1 关键技术介绍4 4 6 1 2m v c 开发模式4 5 6 1 3 服务器与客户端运行环境4 6 6 2 数据库的设计4 7 6 3 系统功能测试4 9 6 4 系统评价5 2 7 总结与展望5 4 7 1 本文总结5 4 7 2 研究结果及创新点5 4 7 3 未来的工作展望5 5 参考文献5 6 致谢5 7 v i ， f 鲁 1 东北师范大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究背景 在实施新课程标准的今天，全国上下都在进行课程改革，教育对人的培养更加注重 综合素质的提高，强调健全的人格教育，以及个性独特的潜能发挥和资质的呼唤。 随着人类社会的发展，终身教育与素质教育已经成为人们对教育的要求，而学科教 育是实施素质教育，培养学生创新能力的有效手段，但当今的学科教育仍然存在着过分 单一的严重问题，一味追求统一的教学目标和内容，统一的教学方式与评价，使学生的 个性和创新能力不能得到有效的发挥。 教学实践表明，在充分考虑到学生的个体差异，将学习主动权适当移交给学生，对 学习目标，学习方法以及学习内容呈现个性化的选择，将会给学生的个性和创新潜能带 来良好的促进作用，传统的课堂传授式教学模式显然在实现“个性化学习 中力不从心。 随着计算机技术以及网络的发展、应用及推广，已经引发了传统教育理念、方法， 教学策略、模式的重大变革，正如约翰钱伯思( 美国思克集团总裁) 所断言：互连网和 教育作为推进社会经济发展的两个核心动力，将深刻地改变一个民族的历史和命运，谁 把握了互联网，谁就把握了未来：谁开创了面向未来的教育体系，谁将具有持续发展的能 力。基于网络的适应性学习系统的出现，使得学习不再是受时间和空间的限制，传统 的以教师的教为中心的教学模式正在转变为以学生的学为中心的教学模式，使得真正意 义上的“个性化学习”成为可能。 自2 0 0 3 年4 月教育部启动了高等学校教学质量和教学改革工程精品课计划以来，极 大的推动了社会对教育教学系统的建设和改进，但基本上还是把现有的学习资源按照一 定顺序摆放在网络教学系统上，无法动态的呈现适合学习者的学习内容，因此，构建自 适应学习系统是解决学习者个性需求和教育资源静态化，教学方案单一化的有效方法乜1 。 1 2 本文的研究意义 当前的自适应学习系统的开发已日趋完善，但是在学习者个性特征挖掘进而实现个 性化学习方案的制定和选择仍然不能令人满意，一个适应性的，符合特定学习者学习特 征的个性化的学习方案，将对学习者的学习效果产生积极的促进作用。但是目前对于学 习方案的研究，还主要停留在基于传统课堂教学模式下的学习方法的研究，而对于基于 计算机和网络技术发展而产生的网络课堂学习模式下的学习方案的研究则寥寥无几1 。 而学习方案的个性化与否是自适应学习系统其智能性优劣的核心体现，因此，研究一种 基于个性化学习方案制定的自适应学习系统，将会提高系统的“个性适应 ，达到良好 的辅助学习的效果，对促进学习者学习的学习热情进而取得良好的学习效果有着积极的 1 东北师范大学硕士学位论文 意义。 1 3 自适应学习系统研究现状 自适应学习系统是以i t s 即智能授导系统的模式下发展起来的，近年来受到国家教 育部和社会学者机构的广泛的高度重视，但是由于研究起步比较晚，主要集中在理论研 究层面，虽然国内部分高校开发了支持自主学习，一步协作、学习管理，教学评价、在 线测试等网络教学平台，但真正投入到教学实践，能够为用户提供有效的学习服务的自 适应学习系统还远远不够。目前国内外开发的自适应学习系统仍然存在着很多的不足， 具体表现如下： 1 既定教学智慧与灵活授导需求之间的矛盾 自适应学习系统虽然是智能化软件教学应用的集成体现，但其适应性无法超越既定 “经验 去有效地应对灵活的授导需求，对不同认知水平的学生和不同的教学内容采用 相同的教学策略，难以实现因材施教。 2 沉浸式功能欠缺，人机交互不和谐 学习者与系统以及学习者之间的交互不能动态适应，各教学子系统缺乏互通共享， 当前的自适应学习系统大部分不具有沉浸式功能，用户无法亲身体验在网络中交互的 感觉。其交互很少涉及到在多用户分布式虚拟环境下具有物理性质的用户化身之间的交 互。 3 轻视学习过程的设计，学习方案单一。 现有的自适应学习系统的设计仍然强调以教师的“教”为主题，强调知识的传授和 灌输，轻视以学生为主体的学习过程的设计，采用千篇一律的教学方案，影响学习者的 学习效果。 4 个性化学习方案适应性差 学习方案是学生针对特定的学习内容，进行学习时所采取的方法。一般来说，不同 的学生要根据不同的学习风格而采取的不同的学习学习方案，同一个学生在不同时期可 能使用不同的学习方案，同一学生在学习同一学习内容时也可以采取多种学习方案，而 现有的适应性学习系统在学习方案的设计上缺少一定程度的适应性，忽略学习方案对学 习成效的影响。 5 针对性弱，缺乏有效的授导机制。 不能根据学习者个性特征提供合适的、智能化的交互界面，对学习者当前知识水平 和学习情况提供相应的指导，实现因材施教 6 与其他学习者合作学习效果差 虽然大部分自适应学习系统提供合作学习功能模块的支持，但多为学习者盲目的寻 找，随机组合学习团队，由于学习者各自具有不同的知识水平和学习风格等个性化的差 异，这种盲目的组合使得合作学习很难发挥最大的促进效果。 本文针对以上问题，提出了对自适应学习系统的改进和提高，强调学习风格对学习 2 r ， 东：l o j 币范大学硕士学位论文 者个性特征的影响，模型的建立应用本体的方法，在此基础上动态生成个性化的学习方 案，从而增强系统对学习者的引导，淡化教师的“教 的角色，将教师改进为系统管理 员角色。由于自适应学习系统的关键是对学习者特征进行分析，从而设计出符合教学规 律的、满足学习者个性特征的、合理的高效的个性化的学习方案。 型。 1 4 本文所作工作 ( 1 ) 介绍自适应学习系统的框架结构及其组成模块。 ( 2 ) 对系统的理论依据和关键技术做了详细介绍。 ( 3 ) 建立学习者本体模型，领域知识本体模型、学习方案本体模型、学习资源本体模 ( 4 ) 设计个性化学习方案模板，实现根据学习者特征和知识特征动态生成学习方案。 ( 5 ) 对自适应学习系统的其他功能模块进行改进，整体提高系统的适应性。 ( 6 ) 提出学习方案生成算法和学习方案自适应优化算法 3 东北师范大学硕士学位论文 2 教育教学及人工智能理论基础 2 1 自适应学习系统 1 自适应学习系统的定义 ( 1 )“适应性”则指个体在这种使自己的机体和心理状态适应环境要求时表现出 来的特征。 ( 2 )“学习适应性 则是指个体在学习过程中调整自身， “超越学习情境中的 障碍的倾向 ，取得较好学习效果的倾向。 ( 3 )“自适应学习 始于2 0 世纪8 0 年代，它的诞生加快了素质教育实现的脚步。 根据学习内容和学习方式的不同，学习可以分为机械的学习、示教的学习以及自适应的 学习三种不同的类型，自适应学习就是学习者在考察实例和解决具体问题的过程中，通 过积极的思考和操作主动获得知识和技能的学习，是人类获取知识和技能的重要形式。 自适应学习形式下，学习不再是被动的接受知识的过程，而是主动发现知识的过程。 ( 4 )自适应学习系统a l s 是一种系统以人工智能技术为基础，以学习者为中心， 计算机为媒介的综合性研究课题学习技术系统，系统掌握相关领域的知识、授导策略和 方法，能模拟学习者的知识状况及教学专家的思维过程，其最终目的是让学习系统在一 定程度上能够模拟人类教师的角色，根据学习者的学习目标和需要，利用教学方法和学 科知识动态地调整学习内容，为有效地学习创造条件h 1 。 2 自适应学习系统的一般结构与基本功能 自适应系统是在i t s 系统的基础上发展而来的，因此其系统的一般结构也是基于i t s 的经典三元模型框架，即系统必须处理领域知识( 专家模型) 、学习者的知识( 学生模 型) 、教学策略的知识( 导师模型) 。这一经典模型一直指导着计算机教学系统的设计和 开发，随着人们对教学系统同研究的深入，自适应学习系统在此模型基础上也逐渐得到 完善和扩充，在原有的三元模型的基础上增加人机交互模型，并对各个模块进行着创新 和改进，但系统的基本结构仍然由领域知识，教学策略，学习者模型，人机交互接口组 成。如图2 1用户 图2 - 1 臼适应学习系统一般结构 4 r 东北师范大学硕士学位论文 领域知识是指与教学科目相关的知识和及其在教学过程中使用的各类教学资源。 学习者模型则收集存储了学习者的基本属性信息和学习行为信息，其中基本属性如姓名 学号等属于学生的静态信息，在学习过程中保持不变，而学习者的学习行为信息则随着 每一次的学习进程动态的更新，静态信息和动态信息共同构成学习者个性特征库，这些 积累存储的信息表示了学习者领域知识构建的临时模型。它在调整课程结构、进行适应 性测试等情况下，为学习者匹配选择相应的教学策略隋， 教学策略是指在整个教学过程中，依据学习者的个性特征，教学的主、客观条件， 所选用的教学方法和教学手段及教学模式等，并在应用中不断监控、调节，用于指导学 习过程、满足学习者的需要。 人机交互接口是学习者与系统交互的界面，其交互能力的智能程度，也是影响学习 效果的因素之一，理想的人机交互接口希望系统能够理解学习者的自然语言。本质上来 说，智能用户界面能够为学习者提供学习环境的清晰访问；提供相关恰当的信息内容； 引导学习者的任务进度等晦l 2 2bio o m 模型 美国著名的教育心理学家本杰明布卢姆( b e n j a m i ns b l o o m ) 与1 9 5 6 年在其著作 教育目标分类学一认知领域提出了认知领域的教学目标分类理论，他将教学目标 进行逻辑学化和心理学化，依照达到目标所需的细腻发展水平的高低有序的组成了一个 逻辑的教学目标系统，是教学目标可观察和测量1 。 布卢姆认为教学目标包括2 个层次，第一层是学生必须掌握的学习内容的规定性， 第二层为学生掌握这些学习内容所表现的行为的规定性。 教学目标的分类就是运用分类理论将各项教学目标按照简单到复杂的连续递增的分 类体系形式进行有序的排列和组合1 。 布卢姆按照简单到复杂的顺序将教学目标分为六个层次即：知识、了解、应用、分 析、综合和评价。 知识：知识又分为3 种，包括具体的知识，处理具体事物的方式方法的知识，某一 领域普遍和抽象的知识。 了解：把握教学意义主旨的能力，包括转译、解释和推论。 应用：将所学知识应用于新情况的能力，包括原则、原理、学说的应用规则以及方 法的应用。 分析：分辨整体与局部及其相互联系的能力，包括成分要素的分析，关系与组织原 则的分析。 综合：把相关的部分因素或片段组成新整体的能力。 评价：学生能够根据规定标准，对意见、作品、材料、解决问题的方法及程度作出 是非、真假、成败、善恶等价值判断h 1 。 佰卢姆的教学目标分类改变了我国教育史上长期局限于一般性教学目的的状况，在 5 东北师范大学硕士学位论文 自适应学习系统的建设过程中，将布卢姆的教学目标分类方法应用于领域只是模型的构 建，使教学更有针对性，因而在制定个性化的学习方案时，依据所学知识点的知识目标 分类，选择资源的呈现类型及学习难度，将获得更良好的学习效果。 2 3 学习者特征 2 3 1 学习者学习准备 学习准备指学习者从事新的学习时，原有的知识水平与心理发展水平对新的学习的 适应性，对学习者学习准备的分析包括两方面：( 一) 学习者一般特征；( 二) 学习者初 始能力吲。 ( 1 ) 学习者一般特征 一般特征指影响学习着学习的背景因素。一般包括：年龄、性别、年级水平、认知 成熟度、智能、学习动机、学习期望、生活经验、经济文化、社会背景等因素。这些特 征一般与具体学科内容无直接联系，但是对学习者学习新知识起到促进作用，影响教学 设计者对学习内容，教学放大，教学组织形式的选择与应用。 ( 2 ) 学习者初始能力 学习者初始能力指学生在学习某一特定的知识点时，已经具备的有关知识与技能的 基础，包括他们对这些学习内容的认知和态度。 一般对初始能力的分析包括三个方面： 1 ) 预备技能分析：是否具备进行新的学习所必须掌握的知识和技能。 2 ) 目标技能分析：在进行新的学习前，调查学生对目标技能的掌握程度。 3 ) 学习态度分析：了解学生对即将要学习的学习内容的情感态度：喜欢还是畏惧， 是否有偏见和误解。 ( 3 ) 学习和个性分析与个性化学习方案的制定 学习者是学习活动的主体，学习者模型是自适应学习系统设计的基础。学习者本身 所具备的认知的、情感的、社会的特征信息直接对学习者的学习信息的加工过程产生影 响，进行学习者个性分析就是为了要了解学生的学习准备和学习风格，为教学系统的设 计提供理论依据。 由于每个学习者的学习起点不同，因此，在设计自适应教学系统的过程中要了解学 习者原有的知识水平、技能、态度，明确学习者的学习能力，了解学习者生理和心理上 存在差异，以及他们的共性特征，是得在针对学习内容时，为不同特征的学习者提供个 性化学习方案，最大限度的满足学习者的个体差异。 6 匙。 东北师范大学硕士学位论文 2 3 2 学习者学习风格 学习风格是学习者持续一贯的带有个性特征的学习方式，是学习策略和学习倾向的 总和嗍。它是受特定的家庭、教育和社会文化的影响，在长期的学习过程中形成的相对 稳定的个性特征。 1 9 5 4 年，自西伦首次提出“学习风格 一词，便掀起了人们对学习风格的研究热潮， 现已成为教学心理学、学习理论和教学论等学科共同关注与探讨的一个重要课题，先后 涌现出许多学习风格模型。 ( 1 ) 科尔布学习风格理论 科尔布的学习风格理论是基于其经验学习理论基础之上的，他将学习风格分为四种 类型，即发散型、同化型、聚合型和顺应型。认为学习的最终目的是各种学习风格领域 得到均衡发展m 1 。 ( 2 ) d u n n 学习风格理论 邓恩夫妇认为学习风格是一个人喜欢的学习方式，他们更注重个体的差异，任何一 个学生，如果老师能够把握其学习风格，就会使学生获得进步。邓恩夫妇对影响学习风 格的各种要素进行了系统的分析，设计了针对不同年龄段的学习风格量表，对于教学过 程的设计和教学策略的调整提供了积极的指导作用 邓恩夫妇认为学习风格是由多种要素共同影响的，包括环境类要素，情绪类要素， 社会类要素，生理类要素及心理类要素，其中学习风格要素成分如表2 1 n 。 表2 1 邓恩学习风格要素成分表 刺激层面风格要素成分 环境 情感 社会 生理 心理 声音光线温度( 学习场所) 布置 动机学习持久性性格 集体独自同伴小组变换的学习伙伴 感知时间节律活动性与坐姿 分析与综合左脑型与右脑型沉思与冲动 为了辨别学习者的学习风格，邓恩夫妇设计了针对不同年龄段的学习风格量表，包 括针对幼儿园到二年级的“初级版p v ”；7 - 1 0 岁的“o w l s 工具”；1 0 1 3 岁的“c y 工具”； 1 4 - 1 6 岁的“p l 工具”；为成人设计的p e p s 和b e s n 们。 洛夫莱斯在长达2 0 年间对邓恩学习风格模型