（计算机软件与理论专业论文）elearning中基于学习过程的智能导学系统的研究与实现.pdf

上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t y 摘要 随着信息技术的发展，e l e a r n i n g 己经成为一种流行的学习方式。e i e a r n i n g 打破了空川、时间的限制，为需要学习的用户提供了一种获得知以、接收敦肯的 新途径。网络教学为传统教学模式的改革带来新的契机，同时也更加需要得到教 育技术和计算机技术的共同支持。 不同的用户在知识水平、学习方向和学习能力等方面存在差异，目6 “的 e l e a r n i n g 系统提供的功能都是很普通的功能，这种无差别的学习策略无法满足 刁i 同用户的个性化需求。在个性化服务的应用领域同益增多的今天，将个性化的 学习方案引入到e - l e a r n i n g 中，学生的学习过程作为学习效果评价和学习万案调 整的依据，将在一定程度上满足学生的个性化要求，提高学卜的学习效率。本文 t 要的工作就是e l e a r n i n g 中基于学习过程的智能导学系统研究。 首先本文论述了远程教育的发展历史、e l e a r n i n g 的发展现状和研究内容、 以及目日口的e l e a r n i n g 系统中存在的问题。针对e l e a r n i n g 中存在的问题和 e l e a r n i n g 系统丌发的需要提出了本文的研究内容。 其次，本文论述了学习过程的基本理论，包括学习的定义，以认知学爿的脱 点将学习过程分成八个阶段，并且对学习过程的每一个阶段进行叙述，【 l 明每个 阶段在学习过程中的地位和完成的任务。智能导学系统可以记录习得阶段、叫忆 阶段、作业阶段和反馈阶段学生学习的信息。根据学习过程信息的获墩方式将学 习过程信息分成人工获取的信息和机器获取的信息。学习过程信息是评价学生学 习的币耍依据，学习评价的日的是动态调整学，卜的学习方案，因此，获取学习过 程信息非常重要。 再次，本文研究了智能导学系统中的关键技术。智能导学系统要完成传统教 学过程中的教师完成的某些任务。基于学习过程的智能导学系统的关键技术包括 智能制定学习方案、学习过程信息获取、学习效率的评价和学习方案的动念优化。 本文提出了知 = 掌握程度、学习速度和学习效率的量化算法，：j ：| 对这- 叱钎法进 j 了9 龟证和应用。 最后，本文详细描述了智能导学系统( i i s l p ：i n t e l l i g e n tl n s t r n c t i n gs y s t e m b a s e do nl e a r n i n gp r o c e s s ) 的结构及具体实现方法。 本文得到了国家自然科学基金智能系统中的人机交互技术及其应用研究 ( 6 0 2 0 3 0 1 1 ) 的资助。 关键词：e i 。e a r n i n g 、智能导学、学习过程、学习方案 上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t ) a bs t r a c t w i t ht h ed e x e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y e l e a r n i n gi sb e c o m i n ga p o p u l a rm o d eo fs t u d y e l e a r n i n gb r e a k st h el i m i to fs p a c ea n dt i m e ，i tp r o v i d e sa n e w a y f o rt h o s ew h ow a n tt o g e tk n o w l e d g ea n da c c e p t e d u c a t i o n n e t w o r k t r a i n i n gp r o v i d e sa no p p o r t u n i t yf o ri n n o v a t i o no ft r a d i t i o n a lt e a c h i n gp a t t e r n ：i ta l s o n e e d se d u c a t i o nt e c h n o l o g ya n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y t h ee l e a r n i n gs y s t e m sn o wu s e dt op r o v i d ep l e n t yc o m m o nf f m c t i o n sw i t h o u t m a n yd i f f e r e n c e sf o rd i f f e r e n ts t u d e n t s i nf a c t ，t h e r e a r em a n yd i f f e r e n c e sa m o n g d i f f e r e n ts t u d e n t sa tm a n ya s p e c t s ，s u c ha sk n o w l e d g e ，s t u d yi n t e r e s t i n g ，s t u d ya b i l i t y a n dt h es t u d ys t r a t e g y s ot h ee - l e a r n i n gs y s t e m sc a r ln o ts a t i s f yt h ed i f f e r e n tn e e d s o fd i f f e r e n ts t u d e n t s i ti so fi m p o r t a n c et oi n v o l v et h ei n d i v i d u a ls e r v i c e si nt h e e l e a r n i n gs y s t e m ss o a st op r o v i d et h ec u s t o m i z e ds t u d ys t r a t e g y f o rd i f f e r e n t s t u d e n t s ，i fw ec a ne v a l u a t et h es t u d ye f f e c ta n da d j u s tt h es t u d ys c h e d u l ea c c o r d i n g t ot h ei n f o r m a t i o no fs t u d yp r o c e s s ，i tw i l ls a t i s f yt h ei n d i v i d u a ln e e da n de n h a n c et h e s t u d ye f f i c i e n c yo fs t u d e n t st os o m ee x t e n t i nt h i sp a p e r , t h ea u t h o r sw o r ki s t o r e s e a r c ht h ei n t e l l i g e n ti n s t r u c t i n gs y s t e mb a s e do nl e a r n i n gp r o c e s s ( i i s l p ) f i r s t l y ，i td e p i c t s t h e h i s t o r yo fr e m o t ee d u c a t i o n ，s t a t e - o f - t h e a r t ，r e s e a r c h f o c u s e s ，a n dt h es h o r t a g e so f e - l e a r n i n gs y s t e m t h ea i mo f t h i sp a p e ri st oo v e r c o m e s o m eo ft h e s es h o r t a g e ss oa st of i tt h er e q u i r e m e n t so fe l e a r n i n gd e v e l o p m e n t s e c o n d l y ，t h et h e s i s d e s c r i b e st h eb a s i st h e o r yo fs t u d yp r o c e s s ，i n c l u d i n g d e f i n i t i o no fs t u d y , t h ee i g h ts t e p so fs t u d yp r o c e s s ，a n dt h em i s s i o na n dt h er o l eo f e a c hs t e pi nt h es t u d y p r o c e s s i i s l pc a l l r e c o r dt h ei n f o r m a t i o n o f e a r n i n g c o u r s e w a r es t e p ，r e c o l l e c t i o ns t e p ，e x e r c i s es t e pa n df e e d b a c ks t e p w ec a nd i v i d ei t i n t oh u m a nt r a c ki n f o r m a t i o na n dm a c h i n ea u t o m a t i ct r a c ki n f o r m a t i o na c c o r d i n gt o t h et r a c km e t h o d l e a r n i n gp r o c e s si n f o r m a t i o ni sv e r yi n l p o r t a n tt oe v a l u a t et h es t u d y e f f e c to f s t u d e n t sa n dt oa d j u s tt h es t u d ys c h e d u l eo f t h es t u d e n t t h i r d l y , i tr e s e a r c h e st h ek e yt e c h n o l o g yo ft h ei i s l pa st h ei i s l pm u s t i m p l e m e n ts o m ei n t e l l i g e n tf l m c t i o n i tm u s ta c c o m p l i s hs o m et a s k sl i k et h el e a c h e r s i nt h et r a d i t i o n a lt e a c h i n g t h e r ea r es e v e r a lk e yt e c h n o l o g i e si l li i s - 1 i ) b a s e do n s t u d yp r o c e s s ，s u c ha sm a k i n gs t u d ) 7s c h e d u l e ，t r a c k i n gs t u d yp r o c e s si n f o r m a t i o n e v a l u a t i n gs t u d ye f f e c ta n da d j u s t i n gs t u d ys c h e d u l e i nt h i sp a p e r , s o m eq u a n t i t a t i v e 上海大学硕士学住论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t y a l g o r i t h m sa r ep r o p o s e d ，s u c ha st h ed e g r e eo fk n o w l e d g em a s t e r i n g 1 e a r n i n gs p e c d a n dl e a r n i n ge f f e c t a n dt h e ya r ev a l i d a t e di ni i s l 只w h i c hw ed e 、e l o p e d f i n a l l y i ti n t r o d u c e st h ea r c h i t e c t u r eo fi i s l p a n di t si m p l e m e n t a t i o n k e yw o r d s ：e l e a r n i n g ，i i s lp ，l e a r n i n gp r o c e s s ，s t u d ys c h e d u l e 上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t y 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发农 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：三壁毡蛩 日期坦尘! i ：! 里 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅：学校- i a 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 雅障 日期：心- 3 ，o 上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t y 第1 章绪论 1 1 引言 计算机是二世纪的最大发明之一，自1 9 4 6 年诞生以来，l ! 经得剑e 述发 展。目自u ，计算机已经深入地渗透到人类社会生活的各个领域，从科研、7 i - j “、 国防、文化、教育、卫生到家庭生活都离不丌计算机的支持。 在我国，1 9 9 4 年4 月2 0f 1 ，n c f c 工程通过美国s p r i n t 公司接入i n t e r n e t ， 实现了与i n t e r n e t 的全功能连接，标志着中国互联网应用的丌始，从此中国被国 际上i f i 式承认真f 拥有全功能i n t e r n e t 的国家。i n t e r n e t 给人们的生活带来了很多 变化，使工作和生活变得更加方便和快捷。 电子学习( e l e a r n i n g ) 是互联网出现以后，教育工作者和计算机研发人挝研 究的一个热门课题。e l e a r n i n g 结合了计算机网络、通信技术、人工智能、管理 学、数学、运筹学、心理学、决策支持系统和数据库技术等学科的最新成粜。随 着相关理论和技术的发展，越来越多的公司、科研机构、专家学者加入到这个行 列。e l e a r n i n g 的研究方向很多，其中智能导学是一个重要的研究方。 1 2 远程教育的发展历史 1 2 1 远程教育发展的三个阶段 远程教育是指教师和学生凭借媒体进行的非面对面的教育，它们 l l 现l 经引 起教学模式的重大变革，它以低廉成本为每个人提供了更多的学爿机会，闪巾j 近 求订了很大发展。远程教育的发展可以分为三个阶段：d l e a r n i n g 叫远程学习 ( d i s t a n c el e a r n i n g ) ，e - l e a r n i n g 即电子学习( e l e c t r o n i cl e a r n i n g ) ，m l e a r n i n g 即移动学习( m o b i l el e a r n i n g ) 。 1 d l e a r n i n g 阶段 d l e a r n i n g 起源于1 9 世纪中叶和2 0 世纪初期，由于交通和通信技术的发腱， 函授教育和广捅电视教育悄然兴起，其本质在于使教师和学生分离，使群体学习 变成个体学习，使大众化学习变成了个性化学习。学习资料的主要载体是印刷i 销、 音像制品、广播电视等。 1 9 世纪中期，北欧和北美发生的工、i k 革命带来巨大的技术进步0 发ri ) 一 l e a r n i n g 。特别是由于交通平 i 通信技术的发展，使远程教学这种新的教方形态，i ： 人类历史i ：第一次成为可能。到2 0 世纪9 0 年代中期，英国政府建量了种刈包 上j 夸大学硕士擘住论丈 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t y 括英国丌放大学弥尔敦- 凯恩斯( m i l t o nk e y v n e s ) 在内的1 0 0 多所大学的学术成 就进行评价的体系，d l e a r n i n g 的办学水平和学术成就被进一步证实。“5 乎意料， 丌放大学名列英国大学学术成就第l o 位。丌= 放大学与牛滓、剑挢等7 所嘶授救 、j 的夫学同处t ：英国大学的前l o 位，而且评价统计状态连续5 小小变。j 。；似f ! i l 断述了自已的观点：d l e a r n i n g 同e l e a r n i n g 和m l e a r n i n g 起，描述j 1 今远程教学系统的丰富性和复杂性，从而为世界各国的人提供了越来越多学习和 获以犬学学位的机会。 2 0 世纪术，d - l e a r n i n g 己随处可见，d l e a r n i n g 系统成功的奥秘在于：当教 师和学生在时空上分离时。仍能确保教育过程成功地进行下去。在非d l e a r n i n g 系统中，如传统的学校教育，教育过程是自动进行的，由学校设背术实现教学过 程学生在规定的时间和地点学习规定的内容。d l e a r n i n g 成功地重整了教学活 动，这种重整是由以下两方面的出色活动实现：为远程学生丌发学习材料和提供 学习支持和帮助服务。无论他们在家中还是工作单位或其它任何地点学习， d l e a r n i n g 充分发挥技术进步的功能，使教师和学生分离、学生从学习集体中分 离成为可能，教育过程能够得以继续进行下去并取得成功。而传统教疗过f 通常 并非这样。 2 e - l e a r n i n g 阶段 2 0 世纪来，随着互联网技术的广泛应用，基于i n t e m e t 的远程教育系统，即 e l e a r n i n g ，得到飞速发展。它克服了d l e a r n i n g 中缺乏交互的弱点，可以让学 ，i j 和教师之叫进行异步或同步的双向交流。观阶段提供e l e a r n i n g 服务的：卜娶机 构是例络学院，互联嘲是信息的传输载体。 e l e a r n i n g 中的远程辅导和教学使得d - l e a r n i n g 系统的些主要弱点得到了 补偿。这些弱点主要包括缺少面对面的接触，以及不能让学生学习观察教师的教 学过程并与教师及时交流。e l e a r n i n g 在人类历史上第一次使远程集体教学成为 可能，这就使得在原来作为d l e a r n i n g 特征的个体化远程教学系统卜增加群体 远烈教学系统成为可能。随蓿网络电视、网络视频会议和其它形式的数。，学2 - m 0 成功，基于万维网的教育自然就得到快速的发展。2 0f ! = 纪9 0 年代术利1 1 ：纪 初，无论是传统大学，还是传统的远程教育院校都丌始应用 n t e r n e l 。 3 m - l e a r n i n g 阶段 值得注意的是，移动技术的出现使m l e a r n i n g 应运而生，并代表。种新的 二习趋势。它的最主要的特点是移动性好，叮以随时随地学刊。m l e a r n i n gn 0 终 端敬备是掌上电脑、p d a 、手机和笔记本 乜脑等移动发备。 d l e a r n i n g 的五大特征如教师和学生分离、教育机构的影响、媒体技术的运 用、师生双向交流、学习群体的丧失，学生以独立学习为主， e l e a r n i n g 已基 上海走掌硕士学位论天 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t y 本具备，但m l e a r n i n g 除此之外还具备了独一无j 的特点，那就是学爿行) i 再 限制n ：电腑桌前，可以自d l f j 在、随时随地进行4 i 同翻的、小i 叫力的二j 。 牛的物理位胃和学习环境都町以是移动的。学生向提供“在任何时问、仃似地点、 以任何节奏投递”的学习内容的商业公司订购，通过无线( w i r e l e s s ) p d a 和电 r 邮件技术的结合来实现。 d l e a r n i n g 的产生与发展已有一百多年历史，e l e a r n i n g 在国外真i f 投入应 用却只有十多年光景，在我国实际应用也不到十年时州。从e - l e a r n i n g 到 m l e a r n i n g ，这一发展过程意味着e l e a r n i n g 的不断成熟。 d l e a r n i n g 以单向传输为主，不受空间限制，但缺乏互动和交流：e l e a r n i n g 利用p c 、互联网和其它辅助教学系统。大大增强了互动和交流：m l e a r n i n g 基 于互联网、移动网络，使实现真正意义上的虚拟大学成为可能。这三种不同的学 习方式相互自j 并不矛盾。显然，随着e l e a r n i n g 时代的到来，d l e a r n i n g 将继续 繁荣，而随着移动时代的不断临近，d l e a r n i n g 和e l e a r n i n g 将继续并存并目结 合使用。展望二。卜一世纪，学习者将有更多的学习方式可以选择和运j 叭 1 2 2e l e a r n i n g 的发展历史 e l e a m i n g 是指通过计算机、i n t e m e t 等数字化方法进行学习与教学的活动， 它充分利用信息技术所提供的、具有全新沟通机制与丰富资源的学习环境，址 种新的学习方式。e l e a r n i n g 提供了学习的随时随地性，从而为终身学爿提供了 叮能。 目日口，基于i n t e r n e t 的教学己经成为研究的热点。世界各固尤其是发达固家， 对基于i n t e m e t 网络的教育无不给予高度的重视，并投入大量资金丌展这一领域 的基础与应用研究工作，其目的是在全球范围内实现信息交流、资源共享、科技 合作和远程教学，从而促进整个阁家的科研和教育z j f l k 的发展。 1 e l e a r n i n g 在因外的发展历史 在英国，从1 9 8 9 年丌始，全国所有高校中实旋一项称之为“计算机用于教 学创新”( c o m p u t e r s i n t e a c h i n g i n i t i a t i v e ，c t i ) 的庞大项目，其鼠标是要通过 计算机、多媒体与i n t e r n e t 的结合，实现对高校的所有学科从教学模式、教产内 弈剑教学组织形式的彻底变革。这是真正意义上的e l e a r n i n g 较i 也求。 征r | 本，1 9 9 5 年，文部省与通产省联合实施了“1 0 0 所r t i 小学校联h 试验研 究”的项目( 实际参与试验的学校为1 1 l 所) ，其目的是要探索种基1 i i n t e r n e t 网络的新型教学体制与教学模式，培养学生的利用互联网获取信息的能力。 美国前总统克林顿在1 9 9 6 年初提出：在2 0 0 0 年以前要把美国的每一删教室 利缚个i 刘书馆都连到i n t e r n e t ：。1 9 9 7 年他又进。步提出要实施。顾称为“炎 。1 上海大学硕士学住论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so f s h a n g h a iu n i v e r s i t y 本具备，但m l e a r n i n g 除此之外还具备了独 兀二的特点邢就是学爿栉不m 限制北电脑桌前呵以自白在、随时随地进行4 ：蚓【j 的、小旧办的。j 爿。+ 、7 ： q i 的物理位置和学习叫；境都町咀是移动的。学生向提供“在任何时叫、仃_ j 地j ! i 、 以仔何节奏投递”的学习内容的商业公司订购，通过无线( w i r e l e s s ) p d a 和电 f 邮件技术的结合柬实现。 d l e a r n i n g 的产生与发展已有一百多年历史，e - l e a r n i n g 在国外真i f 投入应 用却只有十多年光景，在我国实际应用也不到十年时州。从e - l e a r n i n g 到 m l e a r n i n g ，这发展过程意味着e l e a r n i n g 的不断成熟。 d l e a r n i n g 以单向传输为主，不受空问限制，但缺乏互动和交流；e - l e a r n i n g 利用p c 、互联网和其它辅助教学系统，大大增强了互动和交流：m l e a r n i n g 基 于互联网、移动网络，使实现真正意义上的虚拟大学成为可能。这三种不同的学 习方式相互间并不矛盾。显然，随着e - l e a r n i n g 时代的到来，d l e a r n i n g 将继续 繁荣，而随着移动时代的不断临近，d - l e a r n i n g 和e - l e a r n i n g 将继续j r 仃并n 结 含使用。展望二一卜1 目纪，学习者将有更多的学习方式可以选择币返 】。 1 2 2e l e a r n i n g 的发展历史 e - l e a r n i n g 是指通过计算机、i n t e m e t 等数字化方法进行学习与教学的活动， 它充分利用信息技术所提供的、具有全新沟通机制与丰富资源的学习环境，足 种新的学习方式。e l e a r n i n g 提供了学习的随时随地性，从而为终身学刊提 ! 了 j 能。 目时，基于i n t e r n e t 的教学已经成为研究的热点。世界各国尤其是发达固家， 对基于i n t e r n e t 网络的教育无不给予高度的重视，并投入大量资会丌展这一领域 的基础与应用研究工作，其目的是在全球范围内实现信息交流、资源共享、科技 合作和远科教学，从酊促进整个闭家的科研和教育对 、【k 的发塍。 1 e l e a r n i n g 在困外的发展历史 在英国，从1 9 8 9 年丌始，全国所有高校中实施一项称之为“计算机用j 二教 学创新”( c o m p u t e r si n t e a c h i n g i n i t i a t i v e ，c t i ) 的庞大项目，其目标是要通过 计算机、多媒体与 n t e r n e t 的结合，实现对高校的所有学科从教学摸式、教产内 容到教学纠织形式的彻底变革。这是真正意义上的e l e a r n i n g 较1 1 1 址j 止。 柏：h 木，1 9 9 5 年，文部省与通产省联合实施了“1 0 0 所一t 叫、学校联试验f _ j i 究”的项目( 实际参与试验的学校为1 1 1 所) ，其目的是要探索。种基 _ i n t e r n e t 网络的新型教学体制与教学模式，培养学生的利用互联网获取信息的能力。 美国前总统克林顿在1 9 9 6 年仞提出：在2 0 0 0 年以前要把美国的每i a j 教窀 和缚个阁肛馆都连到i n t e r n e th1 9 9 7 年他又进步提出要实施项称为“戈 和缚个阁阽馆都连到i n t e r n e th1 9 9 7 年他又进 步提出要实施项称为“炎 。1 上海大掌硕士学位论天 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t y 固教育行动”的宏伟计划，目的是达到以下四个目标：使每一个8 岁的儿瞄都能 阅读：使每一个1 2 岁的儿章都能上i n t e r n e t ；使每一位1 8 岁的青年都能受到高 等教育：使每一位成年美国人都能进行终身学习。其中每一个目标的实现都离不 j 璀于i n t e m e t 的教育网络尤其离不丌广大中小学和每个家庭接入! l ：肤m 。 此外美国及其他一些国家还积极探索创办网【= 虚拟大学，通过i n t e r n e t 实 施教学，寻求新型的教学体制与教学模式。 2 e - l e a r n i n g 在国内的发展历史 自1 9 9 6 年我国第一家中小学网校成立，被认为是我国e l e a r n i n g 的丌始。 随着网络技术的进步和一些优秀网络学院的综合实力不断增强，视听多媒体的网 络教学方式已经浮出水面并给学生和家长带来了耳目一新的感觉。网络学院采 用最新的技术，把全国教育一线的特、高级教师声情并茂的授课和动态板书通过 网络传输给学生，在网上辅导学生学习，使学生坐在家早就能感觉如嗣亲临教室 听课，而且对于不明白的地方还可以反复看、听、在线询问老师，直到明白为止。 这种灵活的授课方式，无疑会让一直处在呆板、拘束的课堂环境之中的学生学习 起来更为轻松自由，学习兴趣自然也会有很大的提高。 从1 9 9 9 年- 丌始，教育部陆续批准4 5 所高等学校丌展现代远程教育试点。现 在，e l e a r n i n g 进入了高速发展时代。 我固在网络方面的基础设施尽管尚不是非常完善，但已经取得了较大进腱。 我国教育科研网的主干网已经建成，各地区网在“2 l l 工程”的支持- 卜也已经建 成，最近我国基于i p v 6 的第二代互联网已经全面丌通。目前围内的高校、发 达地区的i + 】小学基本建立了校园网络，欠发达地区的部分学校也已经建：了或嚣 i 下在着手建立校园网，清华大学、北京大学、上海交通大学、北京邮电入学、湖 南大学和浙江大学等很多高校f 在进行远程教学。一个由主干网和校k 邬q 纠成的 全幽性教育网络系统f 在形成，并且实现了与i n t e r n e t 的互联，这为我国jf 展基 于i n t e r n e t 的教育应用创造了必要的前提条件。但我们在这一领域的研究和i 应用 还处于初级阶段。如果想在未来的世界竞争中不处于劣势，我们必须i i i i , i 历史发 展潮流，抓住教育大变革的机遇，积极探索、研究与发展基于i n t e r n e t 和无线通 信技术的新型教育模式，实现我国教育的重火革新，以适应2 1i j j = 纪刘人j 培养 的需求。 1 3e - l e a r n i n g 的研究内容 e i 。e a r n i n g 的理论研究包括：学习资源的设计、丌发、利刖、管州霸盱r 价州 沦；学习过程的设计、丌发、利用、记录、管理和评价理论：人机变和汁弹机 l + 秤心理学理论。e l e a r n i n g 的应用研究包括学习资源的设引、丌发、利刚、管 4 一 上海大学硕士学位论天 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t y 理和评价：学习过程的设计、丌发、利用、记录、管理和评价，学习过程信息的 定义、获取、利用：e l e a r n i n g 个性化的理论与实践。 1 学习资源的研究内容 学习资源的设计是指为达到给定的教学目标，首先要进行学生的特征分析和 教学策略的制定，而教学策略包含教学活动程序和教学方法等两个方面在此揍 础上进行优化的教学系统与教学信息的设计，包括确定教学内容和相应知识点排 列顺序、选择教学媒体、呈现教学信息与反馈信息、以及这些信息的呈现方式， 5 己现方式的设计需要考虑学生的思维习惯和学习习。陨等因素。 学习资源的开发包括将音像技术、视频技术、电了出版社技术应用j ：教学资 源的丌发研究，基于计算机的辅助教学技术( s a i 和c s a i ) 的丌发研究以及将 多种技术加以综合与集成并应用于教育、教学过程的丌发研究。 学习资源的利用，应强调对新兴技术( 包括新型媒体和各种最新的信息技术 手段) 的利用与传播并要加以制度化和规范化，以保证教育技术手段的不断革 新。 学习资源的管理，包括教学系统、教育信息、教育资源和教育研究i f 划j 项 目的管理。 学习资源的评价，既要注重对教育、教学系统的总结性评价，更要注重形成 性评价并以此作为质量监控的主要措施、为此应及时对教育、教学过程中存在的 问题进行分析，并参照规范要求进行定量的测量与比较。 2 学习过程的研究内容 学习过程的设计包括学生学习的整个过程，从制定学习汁划到学刿结求。 学习过程的初始阶段，系统要辅助学生制定合适的个性化学习方案，恰当的 学习方案是根据学生的自身信息来制定的，必须满足学生的需要。不同学习课朽! 之| 1 l j 的灭系、学习课程的必要条件、学习课程的时间都是学习过程仞始阶段研究 的内容。 在学习过程中，系统要获取学生的学习过程信息，定义要获瞅的信息、歌取 信息的方式、信息的存储方式、信息之间的关系是学习过程研究的内容。 学习过程结束时，对学习过程中的信息进行整理、统计和分析。统训和分析 结果j h 于修币这门课程的信息和学生的学习方案。 3 个性化的研究内容 这是一个个性化的时代，学生希望有自己合适的界面，个性化的斫- j l0 ，= i f ：| 1 系统能够符合自身的使用习惯。e l e a r n i n g 中的个性化研究内容包括刖、界面的 个性化、学习方案的个性化、学习内容的个性化等。研究的主要目的是使系统方 便使用、并能够提高学习效率，节约时间。 上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so f s h a n g h a iu n i v e r s i t y 综i ：所述，叮以把研究e l e a r n i n g 的基本思怨归纳为： ( 1 ) 研究e l e a r n i n g 以优化教学为目的： ( 2 ) 教育技术是以学习理论和传播理论为基础； ( 3 ) 教育技术是以信息技术和系统方法为手段； ( 4 ) 教育技术是以教学过程与教学资源为研究对象； ( 5 ) e l e a r n i n g 的研究内容包括了学习过程与学习资源的设计、j 1 ：发、利 刖、管理和评价的理论与实践。 1 4e l e a r n i n g 中存在的问题 网络教学是未来重要的教学方式之一，它必将成为全民教育与终身教育的主 渠道。但在现阶段，网络教育还面临着许多问题，阻碍了e l e a r n i n g 的推“和普 及。 ( 1 ) 智能性较低或没有智能 一方面，在学生学习过程中，系统不能根据学生的学习情况提供有效的帮助； 另一方面，系统不能根掘学生的学习过程进行有效地推理，不能根掘具体学习情 况建议学生调整学习方案，例如：调整学习速度、学习先修课程、放弃课程学习 等。让学生提高学习效率、节约时间。 ( 2 ) 个性化功能不强 这是一个个性化的时代，每个学生的个人喜好，操作习惯都不一样，学生都 希望自己的操作界面符合自己的习惯，包括界面的颜色、布局、鼠标图案和进入 界面等。但是目前的e l e a r n i n g 系统基本没有做到这些，学生和学生的区别就是 学习的课程不同。 ( 3 ) 现有教学环境的动态交互功能不强 交互包括两个方面的内容：一是学生与系统之间的交互，学生通过使用系统 学习并且掌握知识，学生和教师通过e - l e a r n i n g 系统交互：二是学生与学生之阳j 的交互。有些系统也采用了语音、视频等多种媒体技术实施教学，但交互功能有 限。学生只足被动地接受多媒体课件的内容，很难实际参与到系统ir 进 j ：发现式 学列、创造性学习。 ( 4 ) 现有网上测试系统的功能不强 现有的网上测试系统对同一门课程只能提供几套固定的试题，不能根掘学q i 的访问的随机性动念选题组卷，测试不能客观反应学生知识的掌握程度。 ( 5 ) e l e a r n i n g 的丌发效率不高 6 上海大学硕士学位论叉 i n t e m e t 的发展极大地改变着人们的学习和生活方式，e - l e a r n i n g 将是二十 一世纪教育的重要组成部分。目前得e l e a r n i n g 系统的丌发速度远远跟不上学牛 需要的增长速度。 ( 6 ) 网络传输速度的问题 虽然网络技术f f 新月异，宽带已经进入了很多人的家庭，但是目前的宽带速 度还是不能充分满足多媒体课件的传输需要，况且，在我国的很多地区还有很多 地方没有互联网，即使在大城市，也有很多的家庭没有计算机或者计算机没有以 宽带方式接入i n t e r n e t 。造成了很多地方很多人无法使用e - l e a r n i n g 系统。这个 问题随着通信和网络技术的发展将会逐步解决。随着第二代互联网的f 泛应用， 网络速度就不再是使用e l e a r n i n g 的障碍。 1 5 本文的研究内容 1 5 1 本文拟解决的问题 ( i ) 构建e l e a r n i n g 信息管理体系 根据e l e a r n i n g 系统的需要，构建学生管理、学习资源管理和学习过程信息 等的管理体系。 ( 2 ) 学习方案的制定策略 学爿力案的制定策略是很多e l e a r n i n g 系统的难点， 6 1 多系统没仃角牮决女，这 个l 、u 】题，从而需要太多的人工干预。本文将构建一个制定学习 案的知让溉；，知 i _ 库将考虑与学习方案相关的因素。 ( 3 ) 学习过程信息的收集和处理 本文解决学习过程信息的收集、管理、统计、分析和挖掘，从而为学习方案 评价和动念调整提供依据。 ( 4 )基于决策支持的学习评价和建议 学习过程信息的统计、分析和挖掘的目的都是为了调整学习方案利修i i i 课程 信息，本文将给出利用这些信息进行学习方案评价和动念调整的方法。 1 5 2 本文的内容安排 全文共分五章，对其内容作如下安排。 第一章首先回顾了远程教育和e l e a r n i n g 的研究现状，其中也包含了作者 e - l e a r n i n g 问题的一些看法。 7 上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so f s h a n g h a iu n i v e r s i t y 第：章对学习过程的基本理论进行了论述，本文的研究都是建立在这蝗基本 胖论的基础之上。 第三章对智能导学的关键技术进行了探讨和研究，学习效率评价和l 学爿山案 的动态调整的方式是本章的重点。 第四章对基于学习过程的智能导学系统( i i s l p ：i n t e l l i g e n ti n s t r u c t i n gs y s t e m b a s e do nl e a r n i n gp r o c e s s ) 进行详细描述，并且叙述了系统的实现技术和实现过 程。 第五章总结了全文的主要结论，并指出了需要进一步的研究：r 作。 - 8 上海大学硕士学位论文 ! 生! ! ! ! ：! ! ! 坐! 竺堡! ! ! ! ! ! 墅竺! ! ：型堡 第2 章学习过程的基本理论 2 1 学习过程的基本理论 2 1 1 学习过程概述 1 学习的定义 根据美困当代著名心理学家、教学设计专家、信息加工心理学的奠基人之一 加涅( rg a g n e ) 的观点：学习是指人的心理倾向和能力的变化，这种变化要能 持续+ 段时蒯，而且不能把这种变化简单地归结于生长过程。 学习本身是一个内部过程，是无法测量的。要了解学习是否发生过，只能根 据学生在学习前后行为表现的变化才能推断出来。这种行为变化常常是指完成某 项任务的能力的增长，但也可能包括态度、兴趣或价值观等方面的变化。而且， 这利，变化必须能够持续一段时n j 。再者，这种变化与因身体成长或成熟而引起的 变化也是有区别的，学习引起的变化强调的是因为经验的结果而引起的变化。 2 学习过程 学习过程是学生学习新知识和掌握新技能的认知过程，可以把这个过程分成 若干过阶段，记录每个阶段发生的行为和变化，每一个阶段需要进行不同的信息 加t ，这种学习信息的加 i ，形成了学习信息加r _ = 理论的基本结构。有些学爿阶 段发生在学生大脑内部的，和外界几乎没有交互，其他人和物都不知道学生的思 想和行为变化，从而无法记录发生的变化，但是有些学习阶段是学生和外界交互 的过程，根据交互的对象，能够记录学生的学习过程信息。 教学事件是在每一教学阶段中发生的事件，这是学习的外部条件。将学习过 程f j 教学事件联系起来，对教学设计来说，有深远的意义。教学就是山教j | 1 j 安排 和控制这些外部条件构成的。而教学的艺术，就在于学习阶段与教学事什赴f r j 全匹配。对于e