（模式识别与智能系统专业论文）个性化网络教学关键问题研究.pdf

摘要 目前，我国一些电视大学、网络学院等开设的网络教学课程己取得很大成功。 对于我国高校正在大力推行的学分制管理体制来说，网络教学也是解决师资力量 不足、学分制学生管理难度较大等问题的有效方法。在国家级精品课建设中，网 络教学是其中的重要组成部分。建立好的网络课程平台能够有力促进精品课程的 示范功能，能够有效指导学生进行高效的学习。目前，各个高校在申报精品课程 时都非常注重网络课程的这一部分。 当前国内外一些企业和高校开发了众多网络教学平台，其组织结构和功能基 本相近，主要存在两大不足：网络课程的体系和内容过于死板，难以组织个性化 学习。这样影响了国家级精品课程的示范效果，也阻碍了网络教学的发展和应用。 为了顺应未来的教育发展趋势，解决以上提到的网络教学平台不足，真正体 现教育的个性化，本研究主要做了如下工作：进行个性化网络教学特征分析，确 定了个性化网络教学系统功能和系统组成；设计基于课程的知识点库，并以多模 式电工学网络课程生成为例，研究基于知识点的网络课程自主生成平台的设计与 实现方法，并使用j s p 技术和s q ls e r v e r 数据库技术进行实现；设计学生学习 行为的个性化智能数据库，以此为基础设计学生学习情况反馈方案，并用例证阐 述了基于智能数据库形成个性化教学方案的方法。 本研究开发的网络课程平台具有如下突出特点：( 1 ) 网络课程自主生成，( 2 ) 个性化网络教学方案的形成。未来有望在其基础之上，进一步深入研究，开发出 适用范围更广泛，反馈效果更好的智能化教学平台。 关键词：个性化网络教学知识点库智能数据库 a b s t r a c t t h e s ed a y s ，n e t w o r kt e a c h i n gc u r r i c u l u mo fs o m et va n dn e t w o r ku n i v e r s i t i e s i no u rc o u n t r yh a sr e a c h e dt og r e a ta c h i e v e m e n t f o rt h ec r e d i tm a n a g e m e n ts y s t e m w h i c hi sa d v o c a t e di nt h eu n i v e r s i t i e s ，t h en e t w o r kt e a c h i n gi sa l le f f e c t i v es o l u t i o nt o s o m ep r o b l e m s ，s u c ha st e a c h e rr e s o u r c e ，m a n a g e m e n td i f f i c u l t yo fc r e d i ts y s t e m t h e n e t w o r kt e a c h i n gi sa l li m p o r t a n tp a r to ft h es t a t e l e v e la a i c g o o dn e t w o r kt e a c h i n g c u r r i c u l u mp l a t f o r mc a l ln o to n l yg r e a t l yp r o m o t e st h ed e m o n s t r a t i o no fa a i cb u t a l s oe f f e c t i v e l yi n s t r u c t ss t u d e n t st os t u d y t h e r e f o r e ，e v e r yu n i v e r s i t yp a y sm u c h a t t e n t i o nt on e t w o r kc u r r i c u l u mw h e ns h ea p p l i e sf o rh i g h q u a l i t ya a i c t h es t r u c t u r e sa n df u n c t i o n so fn u m e r o u sn e t w o r kt e a c h i n gp l a t f o r m sw h i c h w e r ed e v e l o p e db yc o r p o r a t i o n sa n du n i v e r s i t i e sa r ev e r ys i m i l a r ；h o w e v e r , t h es y s t e m a n dc o n t e n to ft h e s en e t w o r kc u r r i c u l u m sa r ei n f l e x i b l e ，s ot h a tt h e yc a n tm e e tw i t h t h er e q u i r e m e n t so fi n d i v i d u a t i o ns t u d y t h ec o n d i t i o ne x e r t sn e g a t i v ei n f l u e n c e0 1 1 t h ed e m o n s t r a t i o ne f f e c to fa a i c ；w h a t sm o r e ，i ta l s oh a m p e r st h ed e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o no fn e t w o r kt e a c h i n g t ob e c o m ea d a p t e dt ot h e d e v e l o p m e n tt r e n do fe d u c a t i o na n ds o l v et h ea b o v e s h o r t a g eo fn e t w o r kt e a c h i n gp l a t f o r mf o ri n d i v i d u a t i o n ，t h ep a p e rd i s c u s s e dt h e c h a r a c t e r i s t i c so fi n d i v i d u a t i o nn e t w o r kt e a c h i n g w i t ht h ee x a m p l eo fm u l t i - p a t t e r n e l e c t r i c a le n g i n e e r i n gn e t w o r kc u r r i c u l u m ，t h ep a p e rr e s e a r c h e do nt h em e t h o d so f d e s i g na n di m p l e m e n to nt h en e t w o r kc u r r i c u l u mp l a t f o r mb a s e d o nk n o w l e d g ep o i n t ， a n dt h e nd e v e l o p e dt h ef e e d b a c ks c h e m ew h i c hw a sa p p l i e dt oc o l l e c tt h el e a r n i n g c o n d i t i o n so fl e a r n e r s w h a t sm o r e ，t h ep a p e ri n t e r p r e t e dh o wt of o r mt h et e a c h i n g s c h e m ef o ri n d i v i d u a t i o nb a s e do ni n t e l l i g e n td a t a b a s eb ye x a m p l e k e yw o r d s ：p e r s o n a l i z e dn e t w o r kt e a c h i n g ，k n o w l e d g ep o i n td a t a b a s e ， i n t e l l i g e n td a t a b a s e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁盗盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：赦 一飙了p 砌 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫盗盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘鲎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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：7 溆 签字r 期：们年 1 月r 别币答名：了彳 签字r 期：加7 年 f 月号口日 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 进入2 1 世纪，随着计算机网络技术和i n t e m e t 的不断发展，网络教学已经成为 一种现实。所谓网络教学是指教师利用计算机网络向学生传递教学信息，或学生 通过计算机网络获取学习的知识。当然它还包括教学资源调度，教学计划管理， 学生学籍管理等【l 】。目前，我国一些电视大学、网络学院等开设的网络教学课程 已取得很大成功。由于网络教学具有时效性、共享性、交互性和个别化等特点， 它还可以作为课堂教学的有益补充，学生在课堂上未能完全掌握的知识，可在课 下通过网络教学平台继续进行有针对性的学习和自检【2 】。对于我国高校正在大力 推行的学分制管理体制来说，网络教学是解决师资力量不足、学分制学生管理难 度较大等问题的有效方法【3 1 1 4 1 。学生在网络教学平台的学习中，可以根据自身的 知识基础，理解能力，学习速度，自主安排学习计划和学习进度，从而取得良好 的学习效果【5 j o 近几年，在教育主管部门的倡导和支持下，精品课程建设正在全国高等学校 轰轰烈烈地开展。教育部在教高 0 3 】1 号文件中指定“精品课程是具有一流教师队 伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课 程。”精品课程的建设目标，就是要建设一批能体现新的教育理念的高水平、高 质量的示范性课程。工科高校的精品课程的示范性应体现在：教学理念新颖，体 现全面素质教育和创新教育的全新理念；教师队伍过硬，体现在教学思想正确、 学术水平高、教学效果好；教学内容合适，体现在教学内容能针对专业培养目标 需要，并能体现新的科技成果；教学方法有效，体现在能利用现代科技手段使用 多种教学方式多方位为学生服务；评价体系科学，体现在能正确评价教和学两个 方面，指导和激励作用明显【6 】。 在国家精品课程评估指标中有一项关于网络教学的要求，即“网络教学资源 建设初具规模，并能经常更新；运行机制良好：在教学中确实发挥了作用。”因 此，在国家级精品课建设中，网络教学是其中的重要组成部分。建立好的网络课 程平台能够有力促进精品课程的示范功能，能够有效指导学生进行高效的学习。 目前，各个高校在申报精品课程时都非常注重网络课程的这一部分，因而对于网 络教学的研究已经不仅仅限于传统的电视大学等远程教育范畴。 第一章绪论 1 2 国内外研究现状及存在问题 1 2 1 研究现状 在国内，许多高校和网络公司都开发了网络教学平台，比较有代表性的有清 华大学教育技术研究所研发的支持高等教育教与学的网络支撑平台( 参见图 1 1 ) ，该网络教学平台针对不同角色的用户，设置了不同的个性化空间，包括 管理员空间、教师空间和学生空剐7 1 。 公告管理 开课申请 学生选课 教师信息 课程介绍 教学讲义 答疑讨论 任课教师管理 教师信息 课程介绍 教学讲义 答疑讨论 用户管理课程管理 课程维护 教师任课 课程选择 教学大纲 主题教学 在线测试 选课学生管理 课程介绍 教学大纲 主题教学 在线测试 教学日历 课程资源 课程作业 教学博客 选课申诘管理 教学日历 课程作业 教学博客 课程通知 教学日志 教学邮箱 课程学习设置 课程通知 学习笔记 教学邮箱 1 - 1 网络教学平台 管理员空间主要包括以下功能模块：公告管理、用户管理、课程管理( 院系 维护、课程维护、开课申请、学生选课、教师任课) 、问卷调查管理、网上论坛 管理、内部邮箱管理、主题教学管理、系统设置、课程统计信息、教师统计信息、 系统运行信息等。 教师空间主要包括以下功能模块：课程选择、课程介绍、教学大纲、教学日 历、教师信息、课程通知、教学讲义、主题教学、答疑讨论( 课程论坛、常见问 题、自动答疑、邮件答疑) 、课程作业、教学博客、课程问卷、教学邮箱、教学 日志、课程资源、在线测试、试题试卷库、课程学习设置、选课学生管理、选课 申请管理、任课教师管理等。 学生空间主要包括以下功能模块：课程选择、课程介绍、教学大纲、教学日 历、教师信息、课程通知、教学讲义、主题教学、答疑讨论( 课程论坛、常见问 题、自动答疑、邮件答疑) 、课程作业、教学博客、课程问卷、教学邮箱、学习 笔记、在线测试、试题试卷库等。 2 第一章绪论 目前，国内各高校采用的网络教学平台功能大同小异，基本呈现出图1 2 所 示的格局【8 1 。从构成上，由网络教学系统模块，网络教务管理系统模块，网络课 件开发工具模块，教学资源管理系统模块组成：其结构可由以下几部分构成：浏 览器、客户端、网络服务器、后台系统等，浏览器与网络服务器采用b r o w s e r s e r v e r 结构，客户端与网络服务构成c l i e n t s e v e r 结构；从功能上，主 要体现在四个方面：网络课程开发、网络教学、网络教学管理、网络教学资源管 理；从教学内涵上，包括新知识新课程学习、练习及检测等【9 1 。 网络教学平台 网 络 教 务 管 理 模 块 网络教学系统模块 季ii 耋ii 曩il 蓁 网 络 教 务 管 理 模 块 网 络 教 务 管 理 模 块 图1 - 2 网络教学平台格局 国外的网络教育发展的比较早，研究较多，无论理论上还是实践上都处于领 先地位。美国是实行网络教育较早的国家，美国政府为了推行网络教育制定了著 名的i n t e r n e t 2 计划。该计划称，要把教育广泛架构在i n t e r n e t 上。无论是政府 教育部门，还是研究机构及各级学校，都通过张完全独立于现存i n t e r n e t 的另 一个巨大网络连接起来，要将其教育的最终端口连接到每一个家庭、每一所学校， 甚至每一间教室，以形成广泛的协作式学习和资源共享，使全体美国国民在未来 享受i n t e r n e t 带来的全新的学习环境。目前，己有8 0 多所大学和数百所中学的学 生可通过网络获得学位和文凭【l o 】。国外比较著名的网络教学平台有： ( 1 ) l e a r n i n gs p a c e ： ( h t t p ：w w w 2 1 0 t u s c o m h o m e n s f w e l c o m e l e a r n s p a c e ) l o t u s 公司( 现己 被i b m 公司收购) 开发的，系统中所提供的具有自我引导作用，开放的，可扩展 性的，能够跟踪、管理和评估学习过程，同步异步共存的交互式帮助系统，堪 称当前全球最完整，最灵活的网络学习辅助系统。 ( 2 ) v i r t u a l - u ：( h t t p ：v i r t u a l - u c s s f u c a v u w e b ) 加拿大s i m o nf r a s e r 大学开发的基于w e b 的教学和培训集成工具。它可以使 老师方便的建立和管理协作小组，创建会议以方便主题讨论，允许学生进行角色 扮演，在消息中插入多媒体素材。如图1 3 。 第一章镕* 0n ? j 二曼 曼二茎苎 图i - 3 国外网络教学工具( v i r t u a l ) ， “一。- 一“ _ n 一 u 一。_ 。 oh hi * 自 巴 一 图1 _ 4 国外网络教学工具( w c b c t ) ( 3 ) w e b c t ：( h t t p ：h o m e b r e w c su b c c a w e b c t ) 英属哥伦比亚大学计算机系开发的，是一个比较完整的商业化教学支撑平 台，包括会议系统，在线聊天，小组项目组织学生自我评价，成绩管理与发布 课程内容搜索等功能，还支持邮件、新闻组机制，已经在国际上1 0 0 0 多所大学使 葛 第一章绪论 用，如图l - 4 。 ( 4 ) w i s h ( w e bi n s t r u c t i o n a ls e r v i c e sh e a d q u a r t e r s ：h t t p ：p r o ，je c t s c a c ts u ed u w i s h ) 由美国p e n n s y l v a n i a 州立大学开发，包括课堂管理、电子通信、课程公告牌、 电子白板、适时音频系统、邮件列表等系统模块。该系统的特点是提供教学资源 管理服务，网络教学功能是通过一些通用的工具来实现的。 总的说来，这些产品支持自主学习、异步协作、适时学习，大多具有课程发 布能力以及管理能力，部分产品还具有集成的课程内容与编创工具，为使用者提 供了灵活丰富的学习体验【1 1 】。但是大多数这类产品同样也缺乏个性化指导和实时 跟踪服务等，且是针对国外的教育体制和教学模式来设计的，由于教育、文化、 历史背景的差异，它们不能适应国内的教育现状，因此直接搬到国内来使用是行 不通的。 分析目前网络教学的功能和内涵，整体上能够满足网络教学的基本需要，但 仍存在一些不足。 1 2 2 存在问题 组成网络教学的两大要素分别是：基于网络的教学资源，和基于网络教学资 源的教学组织及管理。教学资源是可重用的网络学习资源，它可以是一叩 a p p l e t 、 动画、文本块、视频流或其他形式；网络教学的组织及管理则涉及如何组织学习 者开展积极的学习，同时了解学习者的学习状况，在对学习者做出比较客观的评 介的基础上，提出进一步学习的有效建议等方面【1 2 1 。 基于网络的教学资源应服务于如何充分体现网络的特点，构建多媒体化的接 近真实生活的自主、协作学习情境，及充分利用网络的资源开放性。它给人们提 供了大量便捷的学习机会，丰富的教学环境和教学资源，使学习活动更加自主化、 个性化，使教育的适应性大大加强【l 3 1 。 基于网络教学资源的学习是以学习者为中心的，而各种类型的学习资源是构 成学习环境的主体。学习者以信息搜集者和处理者的身份使用信息工具解决实际 问题，并在此过程中完成知识的建构；教师在教学过程中则是以学习的督促者和 帮助者的身份出现；学习结果是将“信息读写能力 作为一种积极有效的学习能 力。 当前的网络教学在以上两大要素上存在问题，使网络教学的优势尚不能得到 充分体现【1 4 】。 ( 1 ) 网络课程的体系和内容过于死板 现有的网络课程，无法兼顾到不同专业学生在知识水平、学习需求等方面的 第一章绪论 差异，而更强调共性。而网络课程作为一种异步自主式学习方式，其特点则是突 出个性。当前各个高校的网络课程基本上都是针对某一种教学大纲、教学类型和 模式，因而普适性差。但是真实情况是：就一门课程而言，特别是技术基础课程， 学校的定位不同，教学大纲随之不同；即便是同一所学校，不同专业的需求也各 有特点。例如非电类专业的电工电子学( 电工学) 课程，天津大学比较强调知识 的广度以及现代电气工程的应用，设计有1 9 6 、1 2 8 、9 6 等几种学时类型供不同专 业选用，几种类型的电工电子基础基本相同，而在现代电气应用系统地选讲上有 所区别；天津城建学院则比较强调电工电子学的基础知识，在学时设计上，建筑 设备工程专业通常要求讲授9 0 学时，实验3 2 学时，强调建筑电气的学习和掌握， 对于材料工程专业只要求讲授6 4 学时，实验2 0 学时。由此看来，同样的教学内容 安排和大纲结构显然是不能满足要求的，而如果针对同一门课程每一种学时情况 都单独列出网络课程当然也不甚现实。因此，如果网络课程，特别是示范性网络 课程的章节及内容安排固定( 过于死板) ，则会严重影响受益面，尤其是影响国 家级精品课程的示范效果。 ( 2 ) 难以组织个性化学习 在学习的过程中，学生对其行为结果所产生的反馈，对他以后的学习有很大 的帮助。从行为主义学习理论出发，反应之后的反馈将产生后效强化作用。从认 知结构学习论的观点来看，反馈有助于产生有意义的学习。从学习动机的观点而 言，反馈可视为学习动机形成的外在原因【l 5 1 。 但当前的网络教学中，普遍欠缺“根据学生学习现状组织学生学习”的功能。 即缺乏对学生的学习评价及基于学习评价的学习进程和学习内容的再组织，学生 从网络教学平台上得不到个性化教学过程和学习指导，这将导致： ( 1 ) 学生的学习方向不明确，学习动力欠缺； ( 2 ) 网络教学平台很难做到根据不同学生的学习情况和效果，有效地给与 其单独指导； ( 3 ) 学习效率和教学质量降低。 基于此，使得网络教学的针对性成为空谈。 总而言之，在网络教学中，教学方案应该是灵活多样的，学生应该是积极、 主动、自觉、有主见地学习，充分体现出学生学习的主体性，和教学的适应性。 在这个过程中，教师为学生的学习提供各方面的支持，而网络教学平台则应为教 师和学生的所有活动，特别包括组织并形成个性化的教与学，提供支持环境【1 6 】。 但目前网络上提供的网络教学平台普遍存在以上两种不足，从而使网络教学的预 期效果大打折扣。 6 第一章绪论 1 3 论文研究目标与内容 1 3 1 本文的研究目标 本文从中国高校实行教学改革的现状出发，在认真分析我国网络教育形势基 础上，结合我国现有网络教学平台所存在的实际问题，吸收以往研究成果，提出 了基于知识点库的个性化网络教学系统关键问题的解决方案，并对其各个组成模 块进行设计与实现。 1 3 2 论文的内容组织形式 第一章绪论，分析了研究背景、当前国内研究现状与存在问题，提出本文 的研究目标。 第二章个性化网络教学系统设计，进行了个性化网络教学特征分析，分析 了个性化网络教学的关键问题及系统功能。 第三章基于知识点库的网络课程自主生成方法研究，本章以多模式电工学 网络课程生成为例，研究了网络课程自主生成平台的设计与实现方法。 第四章基于智能数据库的学习方案形成方法的研究，本章设计了学生学习 情况反馈方案，并用例证阐述了据此产生个性化教学方案的方法。 第五章结论与展望，本章对全文的工作做了总结，并对未来研究方向做了 展望。 7 第二章个性化网络教学系统设计 第二章个性化网络教学系统设计 2 1 个性化网络教学特征分析 2 1 1 学校个性不同导致网络教学特征不同 目前我国高校主要划分为：综合性研究型大学、综合性应用型大学及行业性 应用型大学。它们在教学目标、专业设置，教学内容，教学方法上都有所不同。 有些大学的教育目的是培养社会精英、研究型人才；但也有些高校教育的首要任 务是要满足社会对应用型人才的需求，提供有全面素质和专业技能的劳动者。西 方多数发达国家应用型的大学在9 0 左右，研究型大学在l o 左右。有的大学 在教育中注重基本思想、概念和方法，强调数学建模，增强用数学方法解决实际 问题的意识和兴趣：而有的大学教育教学中又要求引入较多的应用实例，介绍相 应应用领域和应用背景与工程实际和日常生活紧密相关的实例及问题。例如，对 于电工电子学中的电子部分有的大学要求要大幅度削减电子器件和集成电路内 部导电机理及内部电路组成工作原理分析的部分，在模拟技术方面突出集成运放 的应用，数字电路教学方面应突出集成电路的外部特性及使用，引入较多的应用 实例，介绍相应应用领域，为选择和使用器件打基础；而有的大学恰恰相反，更 注重内部工作原理研究，为开发新技术新产品作准备。 由于各个高校教育目的，教学内容，教学方法上的不同，导致各高校的网络 教学具有不同的特征。以培养研究型人才为主的大学所设置的网络课程应突出理 论的深入研究，高端知识和技术的创新和探索；而以培养应用型人才为主的大学 所设置的网络课程应更为重视实践应用。相应的，对于同一门网络课程的学时安 排，内容设置，重点偏向等方面当然会有所不同。当前国内一些重点大学国家级 精品课程中的网络教学资源( 含网络课程) ，不仅要在本校范围内使用，还要为 其他普通院校作参考和示范，但由于其网络课程的偏向性，使其他类型院校难于 直接用于教学，精品课程的推广性受到制约。 2 1 2 专业个性不同导致网络教学特征不同 同一所学校中，就技术基础课来讲，通常要为多个专业开设，例如电工学课 程、机械基础、制图、化学、计算机课程等，这样的课程在教学内容、教学方式 和教学手段上会因专业的不同而有所不同。即各个专业培养目标和培养方向是不 第二章个性化网络教学系统设计 同的，学生将来的就业领域也不同，他们需要掌握的知识侧重，难度，深度各有 不同，这就造成同一所学校中不同专业对同一门网络教学课程会有多种不同需 求。 在面授教学中，教师会根据不同的教学大纲和教材安排不同专业的同一门 课，也就是说，对不同专业开设的同一门课程，会使用不同的教学大纲和不同的 教材，而在大纲中体现教学的侧重点，深度和难度。例如，天津城市建设学院的 “电工电子学”课程有多学时和少学时两种大纲，分别采用秦增煌编写的电工 学( 上、下) 和唐介编写的电工学( 少学时) 两套教材。“多学时电工电子 学 课程主要针对建筑设备与环境工程、热能与动力工程专业，总学时为1 1 2 学 时，其中含有3 2 学时的实验部分。教学内容涵盖直流电路和交流电路的基本知 识和分析方法，电路的暂态分析，磁路的基本知识以及变压器和电动机的基本原 理与使用，电气自动控制与可编程序控制器的应用，基本放大电路，集成运算放 大器，正弦波振荡电路和直流稳压电源及晶闸管的有关知识，门电路和组合逻辑 电路，触发器和时序逻辑电路，存储器和可编程逻辑器件等内容。根据这两个专 业的特点，以及学生未来就业与电气行业的密切关系，教学大纲中要求学生对各 部分理论知识掌握程度较深，并有较强的动手实验能力。“少学时电工电子学” 课程主要针对环境工程，给排水工程，材料工程专业，总学时为9 0 学时，其中 含有2 0 学时的实验部分。教学内容包括了直流电路、交流电路分析方法，电路 暂态分析，供电与用电，变压器、电动机的基本原理和使用，电气自动控制与可 编程序控制器的应用，基本放大电路，集成运算放大器，组合逻辑电路。与多学 时的电工电子学相比，不仅教学内容有所减少，而且相应的教学要求也有降低， 这也是适应环境工程，给排水工程，材料工程这些专业特点而制定的。另外还有 针对建筑管理工程专业开设的“电工技术基础 课程，学时只有5 6 学时，其中 实验1 0 学时，只对直流电路、交流电路分析，电路暂态分析，供电与用电，电 动机和变压器等电工和电气部分作介绍和讲解，由于其专业的取向，并不要求学 生对电路理论，磁路理论有更深入的研究，因而课程只是使学生对于电工技术有 初步了解，就达到了教学要求。 在网络教学中，我们希望网络课程的设置，既能够充分满足各个专业的不同 要求，又能够做到课程内容紧凑，不会浪费网络资源。 2 1 3 学习者个性不同导致网络教学特征不同 2 1 世纪是一个充分尊重和发挥人的个性的时代，加强大学生个性化培养是 现代高校创新人才培养的一项重要内容。所谓个性化培养，就是要注重学生在智 力、社会背景、情感和生理等方面存在的差异和特性，积极引导，因材施教。没 9 第二章个性化网络教学系统设计 有个性，就没有创造性，就没有创新人才。当前，社会对人才不仅在质和量的需 求上提出了更新更高的要求，而且在人才个体上的复合性和在群体上的多样性的 需求也越来越突出。个性化人才是人才培养的基本目标，尊重个性是人才培养的 依据和基础，由于个性的独特性，构成了对教育对象的不同要求和不同发展取向。 只有了解和掌握个性特点，才能因材施教，才能充分发挥特长和优势，激发个性 的积极性和创造性，培养个性化人才【1 7 】。 在网络教学过程中应当承认学生的个体意向、智能的差异性，尊重学生的发 展权和学习上的合理选择权，强调学生个性的发展和能力素质的培养。网络教学 为学生提供了更多的学习自由，但是当学生在学什么和怎么学方面缺少明智选择 时，享有自由和合理运用自由就变成了两回事，如果不加强对学生学习效果的反 馈和学习方向的指导，很容易出现学习混乱、盲目等不良现象，不利于学生健康 成长。所以与面授教学方式不同，在网络教学中应该是“一对一”的教学过程， 并且教学的进程安排是灵活的，使能够根据不同需要改变的，要能够针对每一位 学生的不同知识基础、接受能力、智力水平、学习进度等情况进行有针对性的指 导，才能真正体现“因材施教，培养出个性化人才【l 引。 2 2 实现个性化网络教学的关键问题分析 当前各个高校的网络课程基本上都是针对某一种教学大纲、教学类型和模 式，因而普适性差。针对特定对象开发的网络课程不仅应用范围狭窄，而且完成 后便不能根据使用者的需要灵活修改，往往导致更新、调整困难，不能及时跟上 课程的发展，也不能适应对课程多种类型要求的需要。尤为重要的是：此类传统 网络教学平台不能比较充分地体现个性化教学功能和特色，即不能根据学生的特 点，把需要学习的知识以适当的、动态的教学方式和教学内容组织起来，用于对 学生进行教学、辅导；也不能诊断学生在学习过程中的错误，不能根据学生的学 习效果有针对性地调整教学方法和教学进度。 实现个性化网络教学需要解决以下两个关键问题： 2 2 1 个性化网络课程的普适性 一门网络课程的一种教学内容安排和大纲结构不能满足不同学校和专业的 教学要求，因而需要网络课程的教学内容是可以灵活组合、合理安排的。由教师 根据各学校、专业、学生的个性特点选择教学内容，决定教学深度，形成有针对 性的一门完整课程。这就要求网络上容纳这门网络课程最全面，最细致的知识， 并且知识之间的联系方式是松散的，知识是可以自由组合的，使用者可以按一定 l o 第二章个性化网络教学系统设计 要求选择，使之符合特定教学目的和教学对象的需要。 为了实现个性化网络课程的普适性，我们将一门课程的知识内容以知识点作 为最小元素表示出来，以知识点编号确定知识点之间的先后链接顺序，知识点之 间没有硬性的固定联系，因而可以根据需要自由组合。一门课程的完整内容分解 成若干知识点，从而可以根据不同应用产生多种组合方式，使网络课程有着广泛 的适应性，可以适应不同高校，不同专业的需要。 2 2 2 实现网络个性化教学方案 当前的网络教学中，师生交流模式局限于教师与学生的“一对多”交流， 往往存在交流机会不足，信息渠道不畅的缺陷，无法真正做到“一对一直接交 流，以至影响教学效果。由于教学平台缺乏对学生的学习评价，学生得不到有效 的学习效果反馈，导致学习方向不明确，学习效果欠佳；不能够根据不同学生的 学习情况，安排个性化的学习方案，从而使得网络教学的针对性成为空谈。彻底 的解决这个问题必须建立有效的学生学习情况反馈系统和个性化教学方案形成 系统。 对于一门课程的每一个知识点，系统配以相应的练习题和测试题，学生学习 完一个知识点后进行练习和测试，测试的结果决定系统对该生在这个知识点学习 效果的评价。根据评价，系统决定该生重新详细学习该知识点、重新简略学习该 知识点或者进入下一个知识点学习。这样能够及时地给予学生学习效果反馈，并 准确指出学生的不足之处，使学生能够扎实掌握所学知识，从而产生良好的教学 效果。 2 3 个性化网络教学系统功能及系统框图 2 3 1 系统功能 为了从根本上解决传统网络教学系统封闭、机械、僵化的缺陷，实现个性化 的网络教学，本文将研究与开发的重点放在网络课程自主生成和个性化教学方案 形成方面。力求使该系统具有以下全新的功能： ( 1 ) 网络课程自主生成。 教师可根据学校、专业、学生的个性特点选择适宜的教学内容，系统会根据 教师选择的知识点自动组织出一门完整的，连接有序的网络课程。同一门课程， 如果是针对需求程度较低的专业开设，则教学内容相应较少，因而教师选择的知 第二章个性化网络教学系统设计 识点较少，形成一门学时较少，知识较浅显的网络教学课程，而若是针对需求程 度较高的专业开设，则教学内容相应较多，因而教师选择的知识点较多，形成一 f - j q ：时较多，内容较细，较深入的网络教学课程。 ( 2 ) 个性化教学方案形成 通过学生知识点测验，系统了解学生学习进度情况，从而对教学作出合理安 排，直至学生充分掌握知识为止。由于知识基础，接受能力，智力水平的差异， 每个学生学习时的特点和效果都不同，所掌握和未能很好掌握的知识点也各有不 同，系统能够针对每个学生给出个性化学习方案，真正做到教学的个性化，也即 真正做到“因人施教”、“因材施教”、“按需受教”。 2 3 2 系统组成 个性化网络教学系统包括人机交互界面、内部调度模块、网络课程生成模块、 测试模块、课程知识点库、测试题库、学生档案库、学习评价与学习建议模块等 部分，其中，学生档案库属于智能数据库的范畴。如图2 1 所示。 图2 1 个性化网络教学系统组成 ( 1 ) 课程知识点库：用来存放课程知识。将一门课程的知识表达为若干知 1 2 第二章个性化网络教学系统设计 识点，以及知识点之间的联系。 ( 2 ) 测试题库；用来存放测试题。对应于每个知识点，有相应的测试题。 ( 3 ) 学生档案库：存放学生学习情况，是一个始终变化的智能数据库。 ( 4 ) 网络课程生成模块：根据不同专业的需要，调取知识点库中的相应知 识点自动生成不同学时，不同教学内容的网络课程。 ( 5 ) 测试模块：对学生一个阶段的学习情况进行测试，测试题由测试题库 提供，并将测试结果送达学习评价与学习建议模块。 ( 6 ) 学习评价与学习建议模块：根据学生学习测试结果，进行有针对性的 个性学习内容的重新组织，强调学生未能掌握的知识点。 第三章基于知识点库的网络课程自主生成方法的研究 第三章基于知识点库的网络课程自主生成方法的研究 3 1 基于误程的知识点库 个性化网络课程内容的组织是以有良好导航结构的w e b 页面为主，并按照学 生的认知规律进行内容的组织与描述。课程内容采用模块化的组织方法，模块的 划分应具有相对的独立性，可以以知识点为依据。因此，如何基于网络教学特点 进行知识点的划分和编写就是一个基本问题n 钔。个性化网络课程知识点的划分需 要兼顾以下方面的考虑： ( 1 ) 应能够满足不同层次的读者不同深度的学习需要，因此 知识点的覆盖面要广以适于不同需求的学习者， 知识点的编写要细致，并相对独立以易于组织不同的模式， 根据知识点的内容特点再划分出深度层次以适于不同层次的学习者。 ( 2 ) 由于网络页面显示的限制，应规范页面的长度( 例如，控制在三屏之 内) 和宽度( 例如，在8 0 0 * 6 0 0 屏幕分辨率下不应横向滚屏) 。可见，个适当 的知识点既不能涵盖的内容过少，但也不能太多。 ( 3 ) 每个知识点应由若干元知识组成，一般，元知识包括： 用于教学的教学内容 用于复习及自检的思考题、习题和检测题 用于与其他知识点相关性的说明性信息 ( 4 ) 多媒体技术与知识点内容的表述 原则上，可以使用声音、图像、文字等多种信息载体对知识点的内容进行表 述。对疑难知识点以及传统课堂中不易表达之处给予多层次多角度的描述，尽量 采用各种媒体形式。例如，通过视频、动画、图像、文本等媒体对异步电动机 的内部结构、转动原理进行讲解，这是传统的采用黑板的课堂教学无法做到的。 3 1 1 知识点划分举例电工学课程的知识点划分 表3 1 编号内容简述编号内容简述 1 4 第三章基于知识点库的网络课程自主生成方法的研究 b 1 1 戴维南定理描述 b 一2 1 叠加定理描述 b 1 2戴维南定理用于电路分析的方法b 2 2叠加定理例题 实验法测得戴维南等效电路参数 b 1 2 的方法 关于电工学课程知识点的详细划分请见附录。 3 1 2 知识点表示方法 为了使用计算机来进行网络教学，必须用计算机能够接受并处理的符号和方 式把知识表示出来，即构建知识库。到目前为止应该说还不存在一个统一有效的 方法能适应各种不同知识的表示模式，一般要具体问题具体分析乜。 ( 1 ) 产生式表示法 产生式通常用于表示具有因果关系的知识，其基本形式是“i fpt h e nq ” 其中p 是产生式的前提，亦可称为前件，用于指出该产生式是否可用的条件；q 是产生式的结论或操作，亦可称为后件，用于指出当前提p 所指示的条件被满足 时，应该得出的结论或应该执行的操作。用b n f ( b a c k u sn o r m a lf o r m ) 给出产生 式的形式描述及语义如下： ：= 一 ：= i ：= i ：= a n d ( 简单条件 ( a n d ) i o r ( o r ) ：= ( ) 产生式表示法具有自然性、模块性、有效性、清晰性等优点，但也存在效率 不高、不能表达具有结构的知识等缺点，因此，产生式常与其它知识表示法相组 合使用。 ( 2 ) 框架表示法 世界上的各类事物都各自具有不同的属性，而不同事物的属性之间往往具有 一定的规律性的联系。这种规律性的知识经过提炼，就可以形成人们认识某一类 事物的一种固定的框架。框架表示法就是用来表示这种经验性知识的一种知识表 示方法。 在框架表示法中，框架被看成是知识表示的基本单位。不同的框架之间可以 第三章基于知识点库的网络课程自主生成方法的研究 通过属性之间关系建立联系，从而构成一个框架网络，充分表达相关对象间的各 种关系。一个框架由若干个被称为“槽”的结构组成，每一个槽又可根据实际需 要分为若千个“侧面”。一个槽用于描述对象的某一方面的属性，一个侧面用于 描述相应属性的一个方面，它们所具有的属性值分别称为槽值和侧面值。 一个框架用b n f 表示如下： ：= ( 槽部分 ：= 框架名 ：= ， ：= 约束 ， 约束条件 ：= i ( ， ) ：= i ：= l ：= i i i l ：- - ， ：= 侧面名) ：= i ：= i 过程) i l f ：= i i l ：= i 动作) ， ：= 在用框架表示知识的系统中，推理主要是通过框架匹配与填槽来实现的。框 架表示法具有结构性、继承性等特点，但其主要的不足之处是不善于表示过程性 的知识。 ( 3 ) 语义网络表示法 语义网络是1 9 6 8 年q u l i l l i a n 在研究人类联想记忆时提出的心理学模型， 它是通过概念及其语义关系来表示知识的一种网络图。一个语义网络是一个带标 识的有向图，其中，有向图的节点表示各种事物、概念、属性、动作、状态等， 有向弧表示它所连接的节点间的某种语义联系，每个节点可以带若干属性，可以 用框架或元组来表示一个节点的若干属性。一个节点还可以是一个语义子网络， 从而形成一个多层次嵌套结构的语义网络。 语义网络的b n f 描述： ：= im e r g e ( ，) ：= 节点) ：= ( ，) 1 6 第三章基于知识点库的网络课程自主生成方法的研究 ：= ： 语义联系) ：= l 全部知识点表( k n o w l e d g ei n f o m a t i o n ) 字段名类型说明 k n o w le d g el dv a r c h a r ( 6 )知识点编号 k n o w le d g e n a m e v a r c h a r ( 1 0 0 )知识点名 f o u n d a ti o nv a r c h a r ( 6 )前驱知识点编号 k e yv a r c h a r ( 8 0 )知识点关键字 t y p e v a r c h a r ( 1 0 0 )知识点内容描述类型 c o n t e n t t e x tv a r c h a r ( 8 0 )文本描述路径 c o n t e n t pi c v a r c h a r ( 8 0 )图片描述路径 c o n te n t _ m o v v a r c h a r ( 8 0 )动画描述路径 c o n t e n t v is v a r c h a r ( 8 0 )视频描述路径 d e m a n dv a r c h a r ( 8 0 ) 知识点的能力层次 第三章基于知识点库的网络课程自主生成方法的研究 ( 3 ) 课程选择知识点表( c h o s e nk n o w l e d g ei n f o r m a t i o n ) 字段名类型说明 c o u r s e n a m e v a r c h a r ( 1 0 0 )课程名 c o u r s e n u m v a r c h a r ( 4 )课程编号 k n o w le d g el d v a r c h a r ( 6 )知识点编号 k n o w le d g e n a m ev a r c h a r ( 1 0 0 ) 知识点名 c h a p t e rv a r c h a r ( 2 )所属章号 c h a p t e r n a m e v a r c h a r ( 2 0 ) 所属章名 p a r a g r a p h v a r c h a r ( 2 )所属节号 p a r a g r a p h n a m e v a r c h a r ( 2 0 ) 所属节名 n u m v a r c h a r ( 2 )知识点号 f o u n d a t