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摘要 基于本体的e l e a r n i n g 个性化学习与资源共享研究 摘要 随着i n t e r n e t 的迅速发展和全球对终身教育的需求，以异步敦育方式为主要 特征的e l e a r n i n g 正成为i n t e r n e t 上的一种重要应用。i n t e r n e t 的分布式资源环境， 能够在知识获取方式和协作学习等方砸为远程教育和知识龈务提供有力的技术 支持。i n t e r n e t 上的学习资源日益丰寓，但是匿前的e l e a r n i n g 应用还存在一些 不足，例如动态w e b 环境下的个性化学习和资源共享等。针对这些问题，本文 从知识资源语义和体系结构等方面进行了深入的研究。 论文首先探讨了学习资源标准和学习对象在e - l e a r n i n g 环境中的应用，学习 资源标准和学习对象能在一定程度上支持个性化学习和资源共亨，但学习资源标 准有其局限性，它们过于着重属性的规范说明，且不能描述学习材料的主观信息。 接着对e l e a r n i n g 个性化学习和资源共亨进行深入分析，指出其根本原因在于资 源缺乏语义，以及系统共享机制弱。进而提出使用本体来描述e - l e a r n i n g 资源豹 语义，并将e l e a r n i n g 系统实现在语义w e b 框架中，通过增强e - l e a r n i n g 语义互 操作能力来提高个性化学习和资源共享水平。 本体作为一个概念模型，可以表达出一个领域的基本知识体系，论义以语义 w e b 理论为基础，研究r 本体在e l e a r n i n g 资源应用中的必要性和可行性，并明 确了e l e a r n i n g 资源各个级别的语义实现技术。论文探讨了r d f 和r d f s c h e m a 的语义表达能力，采用r d f 和r d fs c h e m a 进行本体的描述，而基于r d f 模撄 和i 胃词逻辑的t r i p l e 用于本体的推理，墓于本体模型实现e l e a r n i n g 资源的智 能检索和导航。 在本体建模理论基础上，结合e - l e a r n i n g 领域知识模型，论文建立起了 e l e a r n i n g 知识资源语义体系，并对各类奉体进行，范侧分析。该语义体系包括 领域知识本体、学习者本体，以及各种具体的学习谍程概念本体等，从丽将 e l e a r n i n g 资源内容和资源联系的描述进行分离，为全面的e l e a r n i n g 瓷源共享 和个性化学习提供丁语义基础。 摘耍 在分桥了各类e - l e a r n i n g 知识本体之后，论文采用层次结构建模方法，提 1 1 了一个基于资源语义描述和推理的适应性e l e a r n i n g 系统结构，并对系统各个层 次的功能和实现技术进行了深入的分析。层次化系统结构具有模块化和丌放性的 特点，能够为e l e a r n i n g 系统提供更好的个性化学习支持，并且能够应用于语义 w e b 框架中，通过w e bh 技务实现分布学习资源共享和集成。 论文最后设计了一个适应性e l e a r n i n g 原型系统o n t e d u ，并以j a v a 学习谍 程为例讨论了系统的实现过程。o n t - e d u 能够根据学习者特征提供个性化的学习 内容和学爿形式，为学习者的学习过程提供个性化指导。o m e d u 把适应性教育 系统和分布学习资源环境进行了有效的结合。 关键词：e l e a r n i n g ，本体，个性化，资源共享，r d f ，t r i p l e i i a b s t r a c t r e s e a r c ho f e - l e a r n i n g p e r s o n a l i z a t i o na n d r e s o u r c e s h a r i n g b a s e do n o n t o l o g y a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n l e r n e ta n d g l o b a lr e q u i r e m e n tf o rl i f ee d u c a t i o n ， e - l e a r n i n gw h i c hp r o v i d i n ga s y n c h r o n o u se d u c a t i o n h a sb e e n b e c o m i n g a ni m p o r t a n t a p p l i c a t i o no n i n t e r n e t t h ed i s t r i b u t e de n v i r o n m e n to fi n t e r n e tc a l lp r o v i d ep o w e r n l t e c h n i c a ls u p p o r t sf o rd i s t a n c ee d u c a t i o na n dk n o w l e d g es e r v i c e so nt h ea s p e c to f k n o w l e d g ea c q u i r e m e n t a n dl e a r n i n gc o l l a b o r a t i o n t h el e a r m n gr e s o u r c e so n n t e r n e t a r eg r o w i n gr i c h e ra n dr i c h e r , b u tt h ec u r r e n te - l e a r n i n ga p p l i c a t i o ns t i l lr e m a m s s o m el i m i m f i o n ，s u c ha sp e r s o n a l i z e ds m d ya n dk n o w l e d g e s h a r i n gi nt h ed y n a m i c w e be n v i r o n m e n ta i m i n ga tt h e s ep r o b l e m s 、s o m ei n v e s t i g a t i o ni n c l u d i n g k n o w l e d g e s e m a n t i c sa n da r c h i t e c t u r ea r er n a d ei nt h i st h e s i s w e f i r s t l yd i s c u s s e dt h eu s e f u l n e s so fl e a r n i n gr e s o u r c es t a n d a r d sa n dl e a r n i n g o b j e c t sf o re - l e a r n i n ge n v i r o n m e n tt h e s es t a n d a r d sc a l ls u p p o r tp e r s o n a l i z a t i o na n d r e s o u r c e - s h a r i n gt oac e r t a i ne x t e n t ，b u tt h e ys t i l l h a v es h o r t c o a l i n g ss u c ha st h e i r e x c l u s i v ef o c u so np r o p e r t yb a s e ds p e c i f i c a t i o n sa n dt h e i rc a p a b i l i t yo fd e s c r i b i n g s u b j e c ti n f o r m a t i o n o f l e a r n i n gm a t e r i a l o nt h eb a s i so f a n n y z i n g t h ef u n c t i o n a l i b ro f p e r s o n a l i z a t i o na n dr e s o u r c e s h a r i n g ，w ep o i n t e do n t t h a ti t su n d e r l y i n gr e a s o ni st h e w e a k - s e m a n t i cr e s o u r c e sa n dt h ew e a ks h a r i n gm e c h a n i s m t h u sw ep r o p o s e dt o d e p i c tt h er e s o u r c e ss e m a n t i c sb yo n t o l o g i e sa n di m p l e m e n t e d t h ee - l e a r n i n gs y s t e m i nt h es e m a n t i cw e b h a m e w o r k ，t h e r e b yi m p r o v i n g t h e p e r s o n a l i z a t i o n a n d r e s o u r c e s h a r i n gl e v e lt h r o u g hs e m a n t i ci n t e r o p e r a b i i t y a sc o n c e p t u a lm o d e l ，o n t o l o g yc a l l e x p r e s st h eb a s i ck n o w l e d g es y s t e mo f a d o m a i n b a s e do ns e m a n t i cw e b ，w ei n v e s t i g a t e dt h en e e da n df e a s i b i l i t yo ft h e o m o l o g ya p p l y i n gi ne l e a r n i n ge l l v i r o n m e n l ，a n ds p e c i f i e dt h es e m a n t i ct e c h n i q u e s j u a b s t r a c t f o rr e q u i r e dl e v e l so f e l e a r n i n gd o m a i n t h e nw ed i s c u s s e dt h es e m a n t i cc a p a b i l i t y o fr d f s ，a n du s e dr d f sa so n t o l o g yd e s c r i b i n ga n dt r l p l ea so n t o l o g yi n f e r r i n g ， s ot or e a l i z ei n t e l l i g e n ts e a r c ha n da v i a t i o no fe l e a r n i n gr e s o u r c e sa c c o r d i n gt ot h e o n t o l o g y m o d e l b a s e do no n t o l o g ym o d e l i n g ，w ee s t a b l i s h e dt h ee l e a r n i n gd o m a i ns e m a n t i c s y s t e m ，d e f i n e d s o m eo n t o l o g i e si n f o r m a l i z a t i o n ，a n dg a v es o m ee x a m p l e s i t i n c l u d e dd o m a i nk n o w l e d g e o n t o l o g i e s ，l e a r n e ro n t o l o g i e s ，a n d c o u r s e c o n c e p t o n t o l o g i e sa c c o r d i n g l y , w es e p a r a t e d t h er e s o u r c ec o n t e n t sa n dt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h e mi n e - l e a r n i n ge n v i r o n m e n t ，a n dp r o v i d e d s e m a n t i cb a s i sf o r c o m p r e h e n s i v er e s o u r c e s h a r i n ga n dp e r s o n a l i z a t i o n a f t e rt h eb u i l d i n go fe - l e a r n i n gd o m a i nk n o w l e d g eo n t o l o g x e s ，w ep r o p o s e da s e m a n t i c d e s c r i b i n g a n d i n f e r r i n g b a s e da d a p t i v e e - l e a r n i n g a r c h i t e c t u r e u s i n g l a y e r e dp r i n c i p l em o d e l i n g ，a n da n a l y z e df u n c t i o n sa n dt e c h n i q u e so f e a c hl e v e lo f t h es y s t e m l a y e r e df r a m e w o r km a k e st h es y s t e mb e c o m em o d u l a ra n do p e n ，a n dc a n p r o v i d eb e t t e rp e r s o n a l i z a t i o ns e v i c e s a d d i t i o n a l l y , i tc a n b ea p p l i e di nt h es e m a n t i c w e bf r a m e w o r k ，w h i c hc a n s u p p o r t d i s t r i b u t e d l e a r n i n g r e s o u r c e s s h a r i n g a n d i n t e g r a t i n gb y w e bs e r v i c e s a tl a s t w e d e s i g n e d a n a d a p t i v ee - l e a r m n gs y s t e m n a m e do n t - e d u , a n d d i s c u s s e di t si m p l e m e n t a t i o nw i t haj a v al a n g u a g ec u r r i c u l u m o n t e d uc a np r o v i d e p e r s o n a l i z e dl e a r n i n g c o n t e n ta n d s t y l e ，a n da l s op e r s o n a l i z e di n s t r u c t i o na c c o r d i n g t o t h el e a r n e rc h a r a c t e r s i tb r i d g e st h eg a pb e t w e e na d a p t i v ee d u c a t i o n a ls y s t e m sa n d d i s t r i b u t e dl e a r n i n gr e s o u r c e se n v i r o n m e n t c a o l e j i n g ( c o m p u t e rs o f t w a r e & t h e o r y l s u p e r v i s e db y l i u x i a o q i a n g k e y w o r d s ：e l e a r n i n g ，o n t o l o g y , p e r s o n a l i z a t i o n ，r e s o u r c e s h a r i n g ，r d f , t r i p l e 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，祟尚严谨学风。所争交的学位论文，是本 人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用 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作品及成果的 内容。论文为本人亲自撰写我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 东华大学学位论文版权使用授权书 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 并向因家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权东华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 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密区 学位论文作者签名：堵量驽 日期：? ，岁年j 月g 日 指导教师签名：荔1 瞳7 ， 日期：口哆年j 月f 日 第一章绪浩 1 l 论文研究背景 第一章绪论 随着i n t e r n e t 的迅速发展和全球对终身教育的需求，以异步教育方式为主要 特征的e - l e a r n i n g 正成为i n t e m e t 上的种重要应用。在本文中，e - l e a r n i n g 是 指与计算机和网络相关的学习活动，罚的是为分布在互联网上的用户提供远程教 育和与知识相关的服务，其中基于w e b 学习足e l e a r n i n g 的主要学习方式。 i n t e r n e t 的分布式资源环境，能够在知识获取方式和协作学习等方面为远程教育 和知识服务提供有力的技术支持。由于用户定制化需求的快速增长，越来越多的 人学和组织开始把它们的培训和教学课程移植到w e b 上，其所提供的教学服务 应该是商效、实时且面向问题的，这些要求能够通过分布式、面向学生、以及动 态的e _ l e a r n i n g 环境得到满足。e l e a r n i n g 强调以学习者为中心，通过在交互式 学习环境中为学习者提供网络课程、多媒体素材、题库、案例等数宁化内容，从 而有效促进学习者知识与能力的提高和发展。支持适应性和个性化的e l e a r n i n g 系统能够根据用户不同学习能力和学习目的等特征，提供不同的学习内容和学习 形式。 基于w e b 的e - l e a r n i n g 学习平台正不断扩展其应用范围，提供质量可靠的 服务在任何时间、任何地点把知识传递给任何人成为各种教育机构的主要目标， 并且开始出现一些前景良好的e ，l e a r n i n g 平台。i n t e r n e t 上的学习资源目益丰富， 但是目前的。l e a r n i n g 应用还存在一些缺点，其中利用动态、异构环境下的分布 学习资源进行个性化学习是困扰已久的笑键问题，表现在学习过程缺乏指导以及 学习资源的重用率低。这些问题阻碍了e l e a r n i n g 的进一步发展，也引发r 新一 轮的e l e a r n i n g 研究高潮。 当今社会正朝着信息化的方向迅速发展，以网络通信和多媒体为核心的信息 技术正改变着我们的生活环境和生活方式。知泌的日新月异，信息的) j n 速- 更新促 使我们所处的社会必须向学爿型社会转变，而网络和多媒体技术也为这种转变提 供了契机，为教育的发展注入r 新的活力。信息化社会对创造性人才和终身教育 的要求对e - l e a r n i n g 来说即是机遇也是挑战，提高e l e a r n i n g 应用水平，促进 第章绪论 e l e a m i n g 在我幽的发展，有利卡提高我国现代化教育水平，推动我国的信息化 建设事业。 i 2 相关技术与研究现状 学习资源的共享和重用是e 。l e a r n i n g 应用的个主要目标，丰富的学习资源 也有利于提供e l e a r n i n g 应用的个性化水平。针对学习资源的重用性问题，其共 享标准和应用方法已经丁f 始引起e l e a r n i n g 研究的关注。一些比较重要的学 j 资 源元数据描述标准有i e e el o m f l6 1 ，1 m s l l 7 1 和a d ls c o r m t l 8 1 等，我囝教育部现 代远程教育资源建设委员会也于2 0 0 0 年5 月推出了一个现代远程教育资源建 设技术规范。这些学习资源标准规范奠定了学习资源共享的基础，促进了学爿 资源共享应用的发展，而学习对象的提出进一步提供了学习资源共享f l 勺有效途 径，按照学习资源标准建立起来的学习对象能够在一定范围 勺被共同理解和使 j 捋。 但是，上面的这些学习资源标准还存在着一些1 i 足之处，第一，它们过于着 重基于学习资源属性的规范说明，缺少对学习资源分类结构和共同属性的描述； 第二，它们不能提供学习资源的主观信息，而这些土规信息对特定主题的理解来 说是非常重要的；第三，它们缺少对学习资源相互关系的说明，没有包括任何领 域本体。这些问题可以通过为学习资源建立合适的本体，并将e - l e a r n i n g 系统应 用到语义w 曲结构中来加以解决。 本体描述了实体之问的联系和限制，由于使用形式化语言表达而能够被机器 理解。本体的目标在于捕获相关领域的知识，确定该领域内共同认可的词汇，提 供对该领域知识的共同理解。从知识表示的角度来看，本体保证了对知识理解和 运用的一致性、精确性、可重用性和共享性。本体是语义w e b 的核心技术。语 义w e b 是i n t e r n e t 的扩展，定义了一个w e b 资源的多层表示结构，f j 的足实现 w e b 资源的语义互操作能力。语义w e b 可以为e l e a r n i n g 知识资源应用提供语 义交互基础，从而有效实现知识发现、共事和应用集成。语义w e b 通过在资源 中加入表示其含义的内容，使得w e b 上的应用系统可以协同工作，而w e b 服务 则实现了应用系统之间通信消息的结构化提升了基于w e b 的应用之州的交互 能力，使大规模的资源共享成为可能。w e b 服务是一利t 面向服务的体系结构，其 第章绪论 最基本的概念是将所有的内容都描述成服务，这些服务发柿a p i 供网络中其他 服务使用。w e b 服务技术的丰：要优点在于使用w e b 协议而不是私有标准交换信 息，整个体系可通过i n t e r n e t 方便地实现。 本体在e l e a r n i n g 中的应用需要和学习资源标准结合起来为了使本体能够 被w e b 团体广泛理解和接受，分类模式必须在w e b 上形成的名字空间里以一种 明确的方式定义词汇集，从而为本体描述的数据提供理解一致的语义。此外，本 体除了能够描述资源以外，还能够描述服务。例如基于o w l 的o w l s ( w e b 服务本体) 就可用于支持w e b 服务，o w l s 通过提供个核心标志语言构造集， 以一种规范化的形式描述w e b 服务的功能和属性，促进w e b 服务的自动化。 目前在语义w e b 中描述和实现个性化c - l e a r n i n g 系统主要有以下几个研究 领域：开放性超媒体( 0 p e nn 3 r p e r m e d i a ) 、适应性超媒体( a d a p t i v eh y p e r m e d i a ) 、 以及基于语义w e b 推理等。开放性超媒体是一种超文本文档的关系管理和信息 组织方法。开放性超媒体的主要特点是内容和关系的分离，第三方应用的集成， 以及高级的超媒体数据模型。在开放性超媒体系统中，数据模型有f o t t m ( f u n d a m e n t a lo p e nh y p e r t e x tm o d e l ) 1 “、o h f ( o p e nh y p e r m e d i ai n t e r c h a n g e f o r m a t ) l 纠等。文献副讨论了本体在开放性超媒体中的使用，本体可以对超媒体 资源的联系进行明确说明，基于本体的推理规则能够导出新的超文本联系。 适应性超媒体系统能够根据用户模型为用户提供合适的超媒体内容，适应性 超媒体通常是一个相对封闭的系统，管理者在系统的设计阶段就已经完全了解底 层超媒体文档空闷的组织结构，而且这种结构在系统完成以后很难进行修改，也 就是说，超媒体文档之闻的联系是预设的。o c a h s ( o p e nc o r p u sa d a p t i v e h y p e r m e d i as y s t e m s ) 是对此问题的改进【。适应性超媒体的研究对e l e a r n i n g 应用的发展起了很大的推动作用，其中一些提供个性化学习的适应性技术，例如 适应性学习导航，在e - l e a r n i n g 系统中得到了广泛的应用。文献【5 】对适应性超媒 体和开放性超媒体的联系进行了详细的讨论。 基于语义w e b 的推理研究现在还没有完全展开，在广阔范围内高质量地共 享和重用w e b 资源仍然是一个公开的问题。现有的研究主要着重于在某个具体 领域里依靠资源的标准化描述和领域本体建设来实现资源的麸享和个性化，这也 是论文所采用的方法。 第章绪论 1 3 论文工作内容 论文针对e i 。e a r n i n g 应用中的个性化学习与资源共享问题开展研究，在对已 有的各种实现技术进行深入分析的基础上，使用本体来描述e - l e a r m n g 知识资源 的语义，并设计和实现了一个支持个性化学习和资源集成的适应性e l e a r n i n g 原 型系统o n t e d u 。论文的主要内容如下： ( 1 ) 研究e - l e a r n i n g 系统中的各种实现技术。在对e l e a r n i n g 的特点及其 应用中的闯题进行分析的基础上，讨论了针对学习资源共亨和重用的学习资源标 准建设和学习对象概念，并分析了学习资源标准在应用中的些不足之处，进而 提出本体和语义w e b 技术是实现e l e a r n i n g 学习资源语义互操作的有效方法。 ( 2 ) 研究e - l e a r n i n g 知识资源的语义。以语义w e b 理论为基础，结合本体 建模方法，建立起了e - l e a r m n g 知识资源语义体系，并对各类本体进行了范例分 析。该语义体系包括学习资源本体，学习者本体，以及各种具体的学习课程概念 本体，为全砸的资源共亨和个性化学习提供了语义基础。 ( 3 ) 研究基于本体的体系结构对e - l e a r n i n g 应用的支持。在建立起了各类 e - l e a r n i n g 知识本体之后，采用层次结构建模方法，提出了一个基于本体的适应 性e l e a r n i n g 系统结构，并分析了各层的功能和实现方法。该系统结构自下而上 分为资源层、语义层、集成层和服务层，具有模块化和开放性的特点，并且能够 应用于语义w e b 框架中，结合w e b 服务提供个性化学习和资源共享支持。 ( 4 ) 设计了一个适应性e l e a r n i n g 原型系统o n t - e d u ，以j a v a 学习课程为 例讨论了系统实现过程，对系统各部分的功能和关键技术进行了分析和说明。 1 4 论文组织结构 论文共分七章，其中第四、五、六章是本文的重点章节。各章节内容简述如 f ： 第一章为绪论，首先说明论文的研究背景，讨论了e l e a r n i n g 的概念及其应 用，然后综述re l e a r n i n g 的相关技术及研究现状，最后介绍论文的工作内容， 并给心论文的组织结构。 第二章阐述了e l e a m i n g 的发展情况。在分析了e l e a r n i n g 与传统教育方式 第- 章结论 所不同的特点之后，讨论了两类已经发展起来的e l e a r n i n g 系统：智能教学系统 和适应性超媒体系统。然后总结了e - l e a r n i n g 系统戍该提供的服务以及目前 e l e a r n i n g 应用中存在的一些问题。 第三章对学习资源建设的现状与不足进行分析，总结了国内外学习资源标准 的研究与建设情况，然后探讨了学习对象的概念及其在学习资源建设中的应用。 第四章研究e l e a r n i n g 应用中的个性化学习和资源共亨问题。在对个性化学 习和资源共享进行描述的基础上，指出其共同原因在于瓷源缺乏语义及系统共享 机制弱。然后分析了相笑纳实现技术，指出元数据和领域本体是一种描述资源语 义的有效方法，而语义w e b 和w e b 服务能够支持系统之间的语义互操作，奠定 了个性化学习和资源共事的技术基础。 第五章将本体技术应用到e - l e a r n i n g 领域，建立起了几个e - l e a r n i n g 系统中 的领域知识本体。在分析了e - l e a r n i n g 知识资源f 勺本体化需要之后，讨论了领域 本体的一些创建规则，然后详细说明了学习资源本体和学习者本体的建立和特 点，并明确了本文中e - l e a r n i n g 本体的表示方法和推理语言。 第六章设计了一个适应性e - l e a r n i n g 原型系统o n t e d u ，以j a v a 学习课程为 例讨论了系统实现过程。o n t - e d u 基于本体并构建在语义w e b 框架之中，系统结 构分为四层：资源层、语义层、集成层和服务层，o n t - e d u 通过w e b 服务提供个 性化学习支持和资源共亨。 第七章对全文进行了总结，概括了论文主要贡献和创新点，并提出了论文的 进一步研究的方向。 第二章e l e a r n i n g 应用的发展及问题 第二章e l e a r n i n g 应用的发展及问题 2 1 e l e a r n i n g 发展背景 2 1 世纪，世界进入信息时代，以网络通信技术和多媒体技术为核一t l , 的信息 技术正在改变着我们的尘活环境和生活方式。一直以来科学技术都是教育发展的 推动力，新技术总是首先应用到教育领域尤其是随着计算机相关的信息技术的 出现扣1 。信息社会的发展产生了新的教育需求，同时也提供了很多新的教育途径。 由于社会的快速发展，传统的教育系统不再能提供给学生一生所需的所有的信息 资源，从而适应社会持续变革和工作环境不断变化的新的教育方法和教育系统纷 纷出现。在这种教育模式下，人们的自学能力变得越来越重要，每个人都必须通 过自主学习来获取足够的知识，以适应社会的需要。为此，能提供个性化的课程， 并能对学生的课程学习进行评估和提供实时帮助的智能教育系统有着广泛的需 求。i n t e r n e t 展示了一个有效的学习平台，并提供了教育过程所需的许多教育手 段，包括从课程的定义到教育资源的收集，从教育材料的发布到使用者之间的互 动等。现在许多传统的学校和教育机构也越来越多地通过w e b 方式实现i n t e m e t 学习环境以满足远程教育的需要，同时也是扩展本身的教育手段。 计算机应用于教育的研究始于二十世纪5 0 年代。计算机辅助教育系统最初 被称为c b t ( c o m p u t e r - b a s e dt e a c h ) 或c a i ( c o m p u t e r a i d e di n s t r u c t i o n ) ，这 些系统可以提供特定的知识和学习响应，但系统的知识组织一般采用预设结构， 缺乏对用户的适应性支持，不能支持个性化的教学。智能教学系统引入人工智能 技术，为系统的适应性服务能力提供了计算机理论基础，但己实现的系统往往是 封闭的，面向特定领域和用户。i n t e m e t 的分布式资源环境，在知识获取方式、 知识共亨能力以及协作学习等方面为远程教育和知识服务提供了更存力的技术 支持。思科公司总裁兼c e o 钱伯斯曾说：“生活中有两个同等重要的东西：i n t e r n e t 和教育。”而将二者结合起来的争l e a r n i n g 已成为全球最流行的教育理念。 e l e a r n i n g 的时代已经到来。 。l e a r n i n g 是指与计算机和网络相笑的学习活动。d r u c k e r 在文献f j 中将 昏l e a r n i n g 定义为：“e l e a r n i n g 是一种结合高速价值链的及时教育形式，能够实 6 第二章e - l e a r n i n g 应用的笈展及问题 时传递个性化的、全面的、动态的学习材料，促进知识社团的发展，并将学习者 乖n 知识专家联系起来。”e l e a r n i n g 的目标是为分布在互联网上的用户提供远程 教育和与知识相关的服务，其中基于w e b 学习是e l e a r n i n g 的主要学习方式， 它提供了与平台无芙的学习支持环境。i m e r n e t 提供了开放网络环境，使由传统 的计算机辅助教育发展起来的e l e a r n i n g 成为一种颓兴的t n t e r n e t 应用。由于用 户定制化需求的快速增长，越来越多的人学和组织开始把它们的培训和教育课程 移植到w e b 上，其所提供的教学服务必须是高效、实时以及丽向问题的，这些 学习要求能够通过分布式的、面向学生的、动态的e - l e a r n i n g 环境得到实现。 2 2e - l e a r n i n g 具有的特点 e l e a r n i n g 是随着现代信息技术的发展而产生的种新型教育方式，是以计 算机技术、多媒体技术、通讯技术和i n t e r n e t 网络等高新技术为主要支持技术， 多种媒体优化、有机组合的教育方式，是构筑2 l 世纪终身学习体系的主要手段。 e - l e a r n i n g 强调以学习者为中心，通过在交互式学习环境中为学习者提供网络课 程、多媒体素材、多媒体课件、题库、案例等数字化内容，从而有效促进学习者 知识与能力的发展。e l e a r n i n g 可以有效发挥各种教育资源的优势，为各类教育 提高教育质量提供有力支持，可以为社会成员提供更广泛的教育服务。e l e a r n i n g 的特点是教师和学生能够跨越时空进行实时或非实时的交互。这是争l e a r n i n g 与 传统教育方式最显著的区别，也是其优势所在。 e - l e a r n i n g 与传统的计算机辅助教育技术相比具有诌1 多新的特点：( 1 ) 它是 一种面向3 a ( a n y t i m e ，a n y w h e r e ，a n y b o d y ) 的应用。教师的讲授和学生的学习 可以在不同的地点同时进行，师生之间可以进行充分的交流：学生能够根据自己 的需要自t 安排学习时间和地点自主选择学习内容，自行安排学习计划，随时 提出学习中的问题并能及时获得解答。( 2 ) 知识的共享、重用成为必然要求。一 方面，知识组织和谍件制作需要花费大量劳动，通过共享可以降低成本并提高教 学效率。另一方面，i n t e r n e t 上的丰富信息资源巫待集成到各种e - l e a m i n g 应用 中。( 3 ) 对用户适应性和智能支持是基于w e b 学习成功的基本条件。在基于w e b 学习中，计算机将取代或部分取代教师的作用。因此，e l e a r n i n g 系统要根据用 户不同学习能力的需要，提供个性化学习支持。在e - l e a r n i n g 中，学生自学为上， 第二章e l e a r n i n g 应用的发展艘问题 这样可以充分发挥学生自主学习的主动性、秘极性及创造性；另外教师可以及时 了解学生的学习进度和对课程的理解程度，解答学生提出的问题。( 4 ) 对合作学 习的支持。i n t e m e t 的分布处理能力为合作学习提供了基础，这里的合作学习包 括人与人之问，以及计算机与计算机之问的合作。所有这些特点使褥e l e a r n i n g 研究成为一个涉及计算机网络技术、知识管理、教育技术、人工智能等多领域交 叉的研究课题。( 5 ) 刘实验教学的支持。传统教学中的实验教学环节是网络教育 中面临的最大挑战。虚拟技，术和网络技术的结合为远程虚拟实验提供了一种实现 手段。 虽然e l e a r n i n g 和传统教育方式相比有着以上的这些优点，但是e l e a r n i n g 在短期内还不会取代传统学校教育。因为一方面传统教育方式一直以来是学生教 育的主要形式，有着坚固的基础和一套成熟的体系，各地的客观条件也不一定能 够满足e l e a r n i n g 教育的要求：另一方面e - l e a r n i n g 所建立的学习环境是一个完 全自主的环境，这个环境所提供的一切先进技术、学习手段、学习资源等只能保 证为学习者提供一套优质的教育基础设施，却不能保证提供的是优质的教育，更 不能保证学习者一定最大限度地接受优质教育。但可以肯定的是，e l e a r n i n g 所 具有的种种优势是信息社会对教育的本质要求，而这些要求在传统学校教育手段 下是无论如何都不能得到满足的。目前我国正在加紧教育改革的步伐，改革的目 标是使教育向着符合信息社会的高新要求发展，e l e a r n i n g 在未来的教育过程中 将扮演越来越重要的角色。 2 3 两类传统的e - l e a m i n g 系统 e - l e a r n i n g 的适应性和智能支持是指根据用户不同学习能力和学习目的需 要，提供不同形式的学习：包括学习内容的选择和学习内容的组织、呈现、交互 支持等。一方面大量的异步学习用户需要按自己的学习进度、知识基础获得学习 帮助；另一方面，为慕一个特殊用户设计的教学支持不一定适合所有用户。口酶 关于适应性和智能支持的研究主要是在以下两种系统中实现：智能教学系统 ( i t s ，i n t e l l i g e n tt u t o r i n gs y s t e m ) 和适应性超媒体系统( a h s ，a d a p t i v e h y p e r m e d i as y s t e m ) 。 第二章e l e a r n i n g 应用的发展及问题 23 1 智能教学系统 智能教学系统把人工智能技术引入到了教学领域，通过分析学生学习过程中 对知识的掌握程度来定制后续课程。例如f l o r i n 等人开发，一个适应性i t s 系统 i 1 3 l ，系统包括六个子模块：介绍模块，内容模块，总结模块，实例模块，练习 模块和测试模块。系统用x m l 文件组织课程内容，用d t d 文件描述课程结构 其适应性通过学生模型体现，学生模型包括学生评价信息和学生特征信息等。所 学习的课程分为一个一个的章节，在学习一个章节前可以测试学生的预备知识， 根据预备知识和学习目的等来个性化课程内容的数量和深度。学习完一个章节后 必须测试学生对该章知识的掌握情况，以确定学生是否有能力进入下一个章节的 学习。对于每个学生，系统根据其学习目的，知识掌握水平，以及其它的一些 要求生成x s l 文件，连同表示课程内容的x m l 文件传给学生的浏览器，通过 x s l 文件控制帆文件的显示来动态生成个性化的课程。 i t s 系统主要是面向领域模型或特定的知识环境，通用性差。另外，i t s 系 统开发对创作者技术要求高、开发时间长、费用高，而且传统i t s 以对解题的交 互支持为主要目的，但目前i n t e r n e t 的访问速度对远程频繁交互提供的响应能力 还存在一定的限制，因此对解题的交互支持能力受到限制，很难为学生提供合作 学习环境。 2 3 2 适应性超媒体系统 适应性超媒体系统依据用户模型为用户提供合适的内容和超媒体页瓦，主耍 毡括适应性表示、适应性导航。适应性表示技术是依据用户学习目标、知l 以及 学生模型中的相关信息为用户动态生成页面，例如对于比较专业的用户提供详细 的深入的知识，而对于初学者则尽可能提供更多解释。适应性表示技术对 e l e a r n i n g 非常重要，因为同一个静态页面对不同用户要体现个性化。适应性导 航技术支持学生在超媒体空间中通过可视超连接的变化来实现导航。这可以被看 作通过超连接在超媒体中实现课程体系结构，帮助学生找到最合适的学习路径， 但它比传统的体系结构实现方式更灵活，可以采用甑接指导、适应性连接注释， 和适应性连接隐藏等方式实现。直接指导意味着系统为学生指示最适台他的最好 路径。这种方式同i t s 中的体系结构非常相似。直接指导指j 的页面一般是现有 第二章e - i 瑚m m g 应用的发展及问题 超媒体空间存在的页面，即使没有指导，学生也能在几步后到达该页。适应性链 接注释、适