泛在学习环境下的个性化学习服务的研究与实现

浙江工业大学硕士学位论文泛在学习环境下的个性化学习服务的研究与实现作者姓名:陈正晖指导教师:陈庆章浙江工业大学教育科学与技术学院年月Ⅵ::浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所提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研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外,本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果,也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。?名:诵,已暇‘吼舭‘月侈日学位论文版权使用授权书本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,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业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??年解密后适用本授权书。、不保密留。请在以上相应方框内打”作者签名:戴:≯年《目∞日导师签名:目黪年‘月孑目浙江工业大学硕士学位论文务的研究与实现泛在学习环境下的个性化学摘要一个泛在学习环境提供了一个互操作的、泛在的、无缝的学习框架,能够访问、整合、共享三个主要的学习资源:学习伙伴,学习内容和学习服务。能够在适当的时间和适当的地点,提供适当的学习伙伴、适当的学习资源等学习服务。这就要求基于泛在学习环境下的学习平台,必须具有智能性,能够理解学习者的当前需求,并根据学习者的自身特征、学习者的周围环境和学习设备的变化从无限的网络资源中检索到最恰当的学习资源和学习服务给学习者。本论文运用本体技术构建了泛在学习环境下的学习者情境信息本体,并制定了学习者情境信息本体的推理规则,根据论文中构建的本体和推理规则通过以下几点实现泛在学习环境下的个性化服务:学习资源的个性化推荐。即学习者搜索学习资源时,系统能够根据学习者的个人特征、环境状况等情境信息个性化地反馈学习资源学习伙伴的个性化推荐。即系统能够根据学习者的情境信息推荐给学习者适当的学习伙伴。最后通过系统的设计和实现来加以讨论。为泛在学习环境下的学习者提供一种更智能的方法来获取合适的学习服务。关键词:泛在学习、个性化、本体论、移动平台浙江工业大学硕士学位论文卫胛姬,,,,.:,,.,’,.,,浙江工业大学硕士学位论文:.,’,.....:,,浙江工业大学硕士学位论文目录摘要第一章绪论。?。.研究背景.研究意义??..国内外研究情况和进展.研究内容及论文组织..研究内容?..论文组织?..本章小结相关理论?...??。第二章.泛在学习理论..普适计算..泛在学习.本体与本体相关技术....本体论?..本体的描述?....本体建立步骤...本章小结??..第三章基于本体的学习者情境信息的组织和表达..学习者本体模型?....学习者的特征?..学习者的环境?..学习者的设备?.学习资源本体模型..浙江工业大学硕士学位论文.学习伙伴本体模型...本体建构?....类的定义..关系的定义?....实例分析??...本章小结?..学习者情境信息本体的个性化推理规则....第四章.语言一语义规则语言.规则...学习者情境信息的个性化推理规则设计??....根据学习者学习方式的推理规则....根据学习者学习设备的推理规则....根据学习者工作状态的推理规则...根据学习者网络情况的推理规则..根据学习者专业技能的推理规则?..根据学习者地理位置推荐学习伙伴的推理规则...本章小节?。第五章原型系统的设计与实现....系统总体设计??。..移动客户端软件功能结构?....后台管理软件功能结构??...功能结构...功能模块设计??....移动客户端软件功能模块设计??...后台管理软件功能模块设计...功能模块设计?...系统运行?....移动客户端软件??..浙江工业大学硕士学位论文..后台管理软件..第六章总结与展望?.全文总结。展望..参考文献...?...??...??...?...??...??...致谢??...?....?........攻读学位期闻参加的科研项目和成果?。??。?∞浙江工业大学硕士学位论文绪论珀下匕第一章帚一早.研究背景随着信息技术的发展,知识经济的到来,人们面临着不断学习和提升自己的压力,终身学习理念也深入人心。在教育中,相对以教师为中心的传统课堂教学模式,利用信息技术带来的不同媒体的教学形式越来越被大家接受。教育部在上世纪末拟定的《面向世纪教育振兴行动》【】中提出了“形成开放式教育网络,构建终身学习体系“,并根据我国的实际情况,统一规划和部署,逐步推进我国的信息化教育。基于现代信息技术基础上的学习始于网络学习,慢慢的发展为移动学习现在已经扩展到泛在学习。泛在学习是普适计算环境下的学习方式,是一种任何人可以在任何地方、任何时刻获取所需的任何信息的学习方式,是提供学生一个可以随时随地使用手边可以取得的科技工具来进行学习活动的学习。泛在学习强调学习者在任何时间、任何地点,利用周围的学习设备获取任何所需的学习资源,享受无所不在的学习服务,它充分利用学习者所处的情境和学习者所拥有的学习设备来为学习者提供更好的学习服务。在泛在学习环境下,学习者能够在不同的位置和环境中获得不同类型的学习资源、交互和学习体验。文献【】有这样的前景描述,普适计算技术的发展,将对学习发生重大影响,我们正朝着一个情境感知泛在学习空间的生态环境迈进,我们的学校、图书馆、教室、会议室、博物馆,乃至于流通的商品,都能主动发送自身的知识和信息,每一个学习者都沉浸到现实世界和数字世界交织的信息生态环境之中。.研究意义泛在学习的特点在于泛在性和情境感知【】,而且能够根据学习者的自身状况给予个性化的学习服务。这意味着能够从学习者的周围获取环境信息和工具设备信息,并根据学习浙江工业大学硕士学位论文者的自身特征和周边的情境信息提供学习者相关的学习服务和学习内容。例如,学习系统中保存着学习者的个人特征和个人资料,并且可以自动感知学习者的位置、所处的环境信息、正在进行的学习活动、学习者与环境或他人的交互情况等信息,并经过分析处理形成对学习者行为和需求的理解,然后推荐给学习者合适的学习内容和学习服务,据此来提供最高效能的使用环境。在这样的学习环境中,学习者透过移动设备、无线网络,甚至于感应科技的辅助,与真实环境的学习对象互动而自我组织建构知识,透过各种感应设备,学习系统可以随时记录并分析学习者的学习状态,并透过无线通信及移动设备提供实时性与个性化的回馈。这就要求基于泛在学习环境下的学习平台,必须具有智能性,能够理解学习者的当前需求,并根据学习者周围环境和学习设备的变化从无限的网络资源中检索到最恰当的学习资源和学习服务给学习者【】。然而,泛在学习环境下的个性化学习服务研究目前还基本处于理论研究状态。由于泛在学习理论的前瞻性,个性化学习服务的多样性和复杂性,在现实中能够稳定运行,广泛应用的泛在学习个性化学习服务的平台案例还是比较少见。而大多相关的案例平台只重视学习资源传送方式的研究和学习资源的整合,忽视对学习者本身的研究,不同学习者所访问到的学习内容都是一样的,并没有根据学习者自身的特点提供适当的服务。而泛在学习强调根据学习者的自身特征和学习者的周围环境来提供差异化的学习服务,显然目前一些自称是泛在学习的应用平台并没有做到这点。为了从学习者的角度来为学习者提供服务,需要整合更多的学习者的个人信息并结合学习者在不同场合和环境下的不同请求,根据每个学习者的能力、性格、志趣和周围环境等具体情况采用不同的教育方式、教授不同的知识,提供适合其特点的学习服务。所以根据学习者情境信息的个性化学习服务目前仍然是很多学习系统所面临的一个重要课题,特别在数字化学习中,“个性化服务更成为其获得成功并持续发展的瓶颈问题之一【。而泛在学习作为数字化学习、乃至移动学习的一个延伸,更是如此。本文的主要研究内容就是运用本体阐述了泛在学习环境下学习者的相关情境信息,并根据这些情境信息来为学习者提供一种更智能的个性化学习服务。浙江工业大学硕士学位论文.国内外研究情况和进展为了实现泛在学习环境下的个性化学习服务,首先需要跟踪和学习者的信息需求兴趣和特征,设计一种合适的方式,表达和应用这些特征。另一方面,为了把资源推荐给用户,必须组织好资源,选取资源的特征,并且采用合适的推荐方式。总之,个性化信息服务系统必须具有三个能力,即用户模型能很好地反映用户的兴趣偏好;为适应用户偏好的变化,用户模型能做适应性的改变;自动开发新的信息领域,主动向用户提供推荐服务。在国外,已有大量的学习系统个性化服务研究成果和应用项目。早期比较典型的有【儿引,,等。是卡内基梅隆大学的等人在年开发的一套简易的网络课程创作工具,并能把普通文本转换成经过标注的形式。为了给学习者提供个性化的学习服务,为每个注册的学习者建立了一个用户模型,用属性.值来描述用户的特征,如用【,漓散值来表示用户对知识的掌握程度。然后根据这些属性值来为学习者提供个性化的导航等服务。项目是年由荷兰艾恩德霍芬科技大学的和等人开发的白适应超文本的创作工具。该系统学习者模型包括一系列的概念一属性对,来表示学习者的知识水平,学习者的访问状态,学习资源的推荐等级等属性。而且允许创作者进行编辑,可以更改学习者模型的设置,对学习者模型的自适应规则进行编辑,能够实现自适应内容呈现和个性化导航,还通过和记录学习者的访问信息来构建和完善学习者模型。加拿大开放大学的教授最早开始研究移动学习自适应系统模型。根据移动学习和自适应系统的特点,教授将移动学习自适应系统框架分为用户模型、内容、设备、连通、协作五个维度。日本在自适应学习方面的研究也属于世界前沿。由东京大学山内佑平副教授领导的项目组近年来一直致力于移动学习的研究。在山内佑平的研究课题中有一个项目为学习策略导航器,这个项目关注的是通过数据挖掘,分析大量的数据和结果的基础上来判断学生的学习计划,并根据学习计划来提供相关学习资料桫】。在国内,很多专家学者也开始关注泛在学习环境下自适应系统的研究。黄荣怀教授【提出了基于移动学习特点的学习活动框架设计,他将学习环境和学习资源做了详细的分类分析,将学习资源提供给不同环境的学习者,以满足学习者不同的需求。北京师范大学的余胜泉教授?】在《泛在学习的内容个性化推荐模型设计??以学习元平台为例》中提到泛在学习强调的一个重要特点??个性化,并且针对这个特点提出了学习元的概念。学习资浙江工业大学硕士学位论文源以学习元的形式出现,学习元既能符合泛在学习对学习资源的要求也能满足学习者对学习资源获取的需求。除此之外,更多的泛在学习个性化学习服务研究更加关注学习者的个人特征,如文献‘根据参观者的基本资料、行为、环境信息天气、时间等,应用本体】是从心理学、教育学、行为学的角度判定学习技术来实现校园景点的个性化导航。文献【者在学习过程中各种行为、活动所代表的个性化信息,并对其进行分类描述来构建学习者特征模型,以便根据学习者的个性化信息判定其学习偏好和认知状态来为学习者提供个性化的服务。而文献更是针对网络学习环境,作者从学习者和学习服务两方面构建学习者特征模型,学习者特征模型中包含了学习者的个人信息,兴趣偏好,日程安排,社会关系,位置等。从以上研究案例可以得出,泛在学习高速地发展并逐渐满足人们对学习的需求。各国的学者都展开了相关研究,不仅提出有关泛在学习自适应的各种理论,同时也开发出了很多学习平台供学习者使用。泛在学习有着远大的发展前景,但同时应该指出,目前泛在学习环境下的个性化学习服务研究存在着很多不足,需要探讨的问题还有许多:忽视语义关联信息在很多相关研究中,对学习者情境信息缺少形式化的描述,从而不具备可重用性。情境信息之间存在复杂的语义关联,很多泛在学习个性化学习服务只是实现了资源的简单推荐,而忽略了存在其它语义关系如包含、属于、相关、等价、上下位概念、因果、例子等的资源的推荐,导致推荐效果不理想。忽视人际网络信息在学习过程中,学习者不仅获取到了学习资源,还能通过交流、互动、协作形成人际网络。在交流中,他人的学习经验或多或少总是有帮助的,且在与他人的交互中还可以降低学习者的孤独感,所以“人”也是学习资源的一部分,它对学习起到的作用并不亚于学习内容。很多相关研究中并没有对“人这种特殊的学习资源进行推荐。学习平台忽视与移动设备的适应性随着近年来移动互联网的快速崛起,各种移动设备层出不穷,相对于台式电脑和笔记本电脑,移动设备有着易携带性和便捷性。人们已经把更多的时间倾注于智能、平板电脑等移动设备上。再加上移动通信的发展,移动设备几乎具备了传统个人电脑的所有功能,更多的人开始利用移动设备进行学习。而不同的移动设备在系统、性能、屏幕大小上都有着巨大的差异。因此一个好的个性化学习服务系统是能够根据学习者不同类型的学习浙江工业大学硕士学位论文设备提供其与之相适应的学习资源。这也是目前很多泛在学习个性化学习服务研究所缺失的。对比上述研究,本文用本体来描述学习者的情境信息,系统地阐述了学习者的情境信息以及它们之间的语义关系。除了学习者的个人特征和学习环境外,也详细描述了学习者的设备信息,特别是移动设备,并制定本体推理规则,针对泛在学习环境下学习者的情境信息和个人特征来为学习者提供个性化学习服务,除了提供学习资料的个性化检索以外,也为学习者提供学习伙伴的个性化匹配服务。.研究内容及论文组织..研究内容研究内容具体包括以下几个方面:泛在学习环境下的学习者情境信息本体的构建从学习者本身、学习资源和学习伙伴三个角度来研究和分析泛在学习环境下影响学习者学习行为和学习需求的情境信息,将这些情境信息进行分类和梳理,并用本体来描述这些情境信息以及它们之间的关系。基于学习者情境信息的本体推理规则制定在定义了泛在学习环境下影响学习者学习行为和学习需求情境信息后,为了进一步实现个性化学习服务,根据上述的情境信息来制定了本体推理规则,即制定根据什么样的情境信息来提供什么样的学习服务。构建基于本体的泛在学习个性化学习服务系统在上述研究的基础上,开发泛在学习个性化学习服务系统,系统采用移动终端软件后台管理软件的架构,学习者利用手中的移动设备来获取学习服务,后台程序能够根据学习者的情境信息以及制定的本体推理规则来个性化地反馈学习服务。..论文组织本论文的章节安排如下:第一章描述了本课题的研究背景和研究意义以及国内外相关研究现状,概括了论文的主要工作。浙江工业大学硕士学位论文第二章介绍了相关的理论知识,介绍了泛在学习理论以及泛在学习的特点,接着介绍了本体和本体技术,阐述了本体的含义和应用范围以及在本体在本研究中所发挥的作用。第三章研究了泛在学习环境下影响学习者学习行为和学习需求的情境信息,并从学习者、学习资源和学习伙伴三个方面来阐述相关的情境信息,并用本体对其进行描述,也详细描述了这些情境信息之间的关系。最后用创建了学习者情境信息本体。第四章是对本体推理规则的制定。在第三章的研究基础上,根据已经创建的学习者情境信息本体来制定推理规则,即根据什么样的情境信息来为学习者提供怎么样的学习服务,包括学习资源的推荐和学习伙伴的推荐。第五章根据上述的研究成果,将本体和推理规则应用在系统之中,设计并实现了泛在学习个性化学习服务系统。第六章对全文进行总结,并提出本研究的不足之处和下一步深入研究的方向。.本章小结本章首先简要介绍了泛在学习的知识背景,接着分析了本课题的研究意义。重点分析了泛在学习个性化服务的国内外研究现状。最后说明了本文的研究内容和论文组织结构。浙江工业大学硕士学位论文第二章相关理论.泛在学习理论..普适计算普适计算又称普存计算、普及计算。这一概念强调和环境融为一体的计算,而计算机本身则从人们的视线里消失。在普适计算的模式下,人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理。普适计算最早起源于年实验室的一系列研究计划。在该计划中美国施乐公司研究中心的首先提出了普适计算的概念。年在《上发表文章,正式提出了普适计算。普适计算的核心思想是小型、便宜、网络化的处理设备广泛分布在日常生活的各个场所,计算设备将不只依赖命令行、图形界面进行人机交互,而更依赖“自然”的交互方式,计算设备的尺寸将缩小到毫米甚至纳米级。它具有以下特征:特征一:情境感知根据用户所在位置或场景专门提供行动建议的应用。特征二:看不见却无处不在的微计算机小型、便宜、网络化的处理设备广泛分布在日常生活的各个场所,计算设备将不只依赖命令行、图形界面进行人机交互,而更依赖“自然”的交互方式,计算设备的尺寸将缩小到毫米甚至纳米级。特征三:无处不在的传感器不需要走到特定的地方与智能设备进行浙江工业大学硕士学位论文交互操作,也不需要穿戴特殊的设备或标志让智能设备知道用户在哪里。用户可以随时随地地与一系列动态智能设备进行不问断的交互,其中包括许多用户感知不到的设备。为了支持更多形式的智能交互,智能设备必须具备感知外部环境的能力,即”无所不在的感知”,这种感知体现在对环境、用户和设备的感知。..泛在学习泛在学习正是基于普适计算这一概念演变而来的一种新的学习模式,普适计算强调人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理,而泛在学习则把这一理念应用到学习领域,即学习者能够在任何时间、任何地点、以任何方式获取合适的学习资源或学习服务。图.显示的是泛在学习的框架模型。资源库/~\鬈习服人际网络/臼图\\、、、\、\学习资源推送\学习资源推送驴终端设备卜

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.伙伴推荐、、??交流\赢磊一服务接口,’鼍滔浙江工业大学硕士学位论文、泛在学习环境的几个主要特征:移动性、位置感知人际关系感知、兼容性、持续性、状态感知、及时性和适应性,具体如下:学习资源获取服务的可持续性能够适应位置移动性的不断变换。涉及参数包括各种移动终端的性能参数。位置感知感知用户及设备的所在位置的能力。涉及的参数有户外的经纬度位置、户内的所处房间位置扫莹守。人际关系感知识别用户的社会人际网络的能力。要求包括识别不同用户之间的人际关系。能够使得不同标准、不同平台的资源能够良好兼容性的交互、整合。涉及参数有资源和服务的标准、通信协议等。能够提供不问断的连接服务,并适应各种不同持续性的设备。涉及参数包括网络漫游状态、服务迁移等。状态感知能够识别用户所处的场景和状态的能力。要求包括知道用户和谁在什么地方做什么。能够快速响应用户的服务请求。及时性能够提供个性化的、适合用户情境的服务。要适应性求包括能够提前了解用户可能需要的服务和想要的服务。泛在学习的环境是学习者情境信息的主要来源,为了给泛在学习环境下的学习者提供个性化服务,必须形式化描述其环境的特征和相关参数,而上述特征也为本文的研究提供了借鉴。浙江工业大学硕士学位论文.本体与本体相关技术..本体论本体最初是一哲学概念,起源于公元前的古希腊,哲学家亚里士多德定义本体为“存在论”,即“对世上客观存在事物的系统化描述’’。后来,随着人工智能的发展,本体被计算机科学领域给予了新的定义,.指出:“一个本体定义了一个主题领域的词汇的基本术语及关系,以及用于组合术语和关系以定义词汇的外延的规则”。万维网发明人.提出的语义网体系结构中,本体用于描述应用领域的知识,描述各类资源及资源之间的关系。本体属于该体系结构中的第四层,这一层中用户不仅可以定义概念并且可以定义概念之间丰富的关系。用简短的话说本体就是概念集以及概念之间的关系。本体技术的应用可以为一个系统工程带来如下好处:本体是领域内的重要实体、属性、过程及其相重用互关系形式化描述的基础。这种形式化描述可成为软件系统中可重用和共享的组件。当构造基于知识的系统时,用已有的本体作为知识获取起点和基础来指导知识的获取,可以提高其速度和可靠性。由于本体的描述是形式化的,形式化的表达使可靠性得自动的一致性检查成为可能,从而提高了软件系统的可靠性。本体分析有助于确定系统如知识库的需求规范描述和规范。表本体在系统:工程中的作用泛在学习环境中的学习资源是海量的、分布式的,存放于不同的数据库中,每个系统都是有着开发人员自己的需求和标准,不同平台的资源缺乏整合性和交互性。而且一个学习系统都有不同的逻辑和机制,这些判断逻辑日后很难在新系统中重新使用。而本体可以为某一特定领域提供一套共享和可重复使用的知识框架。并且本体具有的良好的概念层次结构和对逻辑推理的支持,借助本体能够更加有效地获取知识。因此,本文尝试运用本体技术来描述泛在学习环境下的学习者的相关情境信息、学习资源等。浙江工业大学硕士学位论文..本体的描述本体能够使用户依据领域模型编写形式化的、清晰的概念描述,它应该满足以下要求:.良好定义的语法良好定义的语义.有效的推理支持充分的表达能力表达的方便性本体相关领域已成为热门研究领域,不少研究人员针对不同的应用需求,给出了不同的本体描述语言,例如、、、、等。大部分本体描述都是与互联网相关,特别是语义网的关系联接紧密。在本文中,将采用本体语言作为描述语言。..本体建立步骤本体表示的客观事物的模型,因此构建的本体必须符合特定领域的客观事实。而且本体的建构是一个反复迭代的过程,整个过程将伴随本体的生命周期。参考其他本体构建方法四,本体的建立步骤如下:元本体建立本体例举领域中重确定本体领本体重用框架要概念和术语域和范围定义领域中概念及概念中的关系不符合对本体进行编码对本体进行评估明确本体的应用领域和范围浙江工业大学硕士学位论文首先要确定构建的本体的应用目的和范围、本体所覆盖的专业领域、以及它的系统开发和维护的应用对象。对于特定专业领域的特殊表达方法和详细内容的注释应予明确。设计领域术语,建立本体框架在创建本体以前,要对系统将要表达的或向用户阐述的概念、属性以及概念之间的关系进行说明。并要按照相关性和规则将上述列举的无组织和结构的词汇进行分组,组成不同的分工领域。此外,还需要对概念的重要性进行进一步分析,选出关键术语,精确简练地表达出该领域的知识,建立本体的框架结构。定义类、类的属性和属性约束要用类来定义描述的概念,仅用类来描述概念还不足以完整描述一个领域,还要用属性来描述类的内部结构。属性值的集合又称为属性类,而属性类的属性则称为属性约束。属性约束用来描述属性值的类型、基数、取值范围、领域和属性的默认值。本体编码选择合适的本体语言对创建的本体进行编码、形式化。本体检验和评价完成本体编码以后,本体的术语定义是否清晰,是否满足当初的设计需求,是否合乎本体建立规则,本体中的概念及其关系是否完整等,对这些问题需要评估和检验。.本章小结本章主要介绍了和本研究相关的理论知识,首先介绍了泛在学习这一概念的起源??普适计算,接着介绍了泛在学习这一作为普适计算的具体应用,它的含义和特点。最后介绍了本研究用到的工具??本体,介绍了本体论的概念以及本体的建立步骤。浙江工业大学硕士学位论文第三章基于本体的学习者情境信息的组织和表达个性化服务的主要步骤是:信息采集、分析过滤、形成推荐。要想形成个性化的学习服务,必须首先定义要收集哪些信息,然后对这些信息分析和过滤。本章就是运用本体来对泛在学习环境下学习者的情境信息进行系统性地阐述,为下一步的分析过滤和推荐做好准备。根据不同的应用领域,人们对情境也给出了不同的定义。和认为,情境是对物理环境中人和事物的位置以及这些对象的改变所进行的标示。,和则主要关注基于位置的计算,特别是用获得户外位置,所以他们将情境定义为人的位置和特征、时间、季节和温度等。等【定义情境为当前环境的所有方面。,和同时也认为情境是用于表达用户在什么地方、和谁在一起、在附近有什么资源的信息,情境是持续变化着的执行环境,并将这些环境分为计算环境、用户环境和物理环境三类。,和定义情境是用户的物理、社会、情绪和信息状态等。文献【】则对情境信息进行了更加通用的定义:“情境是能够描述用户与应用程序之间交互时所涉及的实体包括人、位置、物体、用户和应用程序自身的状态信息。’’这个定义使应用开发者更易于列举一个给定应用场景的情境,如果一个信息片段可以被用来在一个交互中对一个参与者的形态进行特征化,那么这个信息就是情境。泛在学习环境中的情境信息是指影响学习者的相关实体状态的信息。本文将从三个方面定义学习者的情境信息:学习者、学习资源和学习伙伴。从学习者方面来说,情境是影响学习者学习需求的软硬件环境,如学习者的个人特征、学习者的学习设备等。学习资源方面,情境是影响学习资源传输的环境因素。从学习伙伴方面来说,是指学习者同一网络环境下的学习伙伴的情况信息。浙江工业大学硕士学位论文.学习者本体模型本文所定义的学习者本体包括学习者的特征?、学习者的周围环境、学习者的学习设备三部分。接下来将为所定义本体模型的相关概念做出说明和解释。如表.所示,所定义的学习者本体模型的概念如下:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,浙江工业大学硕士学位论文..学习者的特征学习者信息包】是基于语言的学习者信息描述标准和学习者信息系统模型。模型可以从三种角度理解并使用,树状模型、对象模型、表格表现方法。这一规范支持在不同学习管理系统、人力资源系统、学习信息系统、企业.系统、知识管理系统、简历库和其他学习过程使用到的系统中学习者的信息交换,其中某些定义了具体的数据类型,某些定义了回归层级结构和参考机制,支持内部参考和通过使用的外部参考。参照的相关标准做了适当的取舍,并结合泛在学习环境的特点,本文的学习者特征包含学习者的私人信息、学习方式、媒体类型,学习者管理信息和专业技能。私人信息包含了姓名、地址、、学历、邮箱、兴趣方向等学习者的日常个人信息。专业技能描述了学习者所在的专业领域,如学习者的专业技能选项有文史类、计算机/通信类、管理/人力资源、教育、法律等大类,并且可以添加和扩展。在学习资源的搜索中,学习资源按照专业领域进行分类,而学习者的专业技能的描述有助于其获取领域相关的学习资源。在学习伙伴的推荐中,学习者的专业技能的描述也能帮助其找到相同或相关专业领域的学习伙伴。学习方式。本文的本体模型包含了自学型、听讲型、体验型和探究性四种不同类型的学习方式。自学型的学习者以阅读文字教材或电子书为主要的学习方式,能够按照自己的时间来安排学习进度,并根据自己掌握知识的情况选择学习的内容。听讲型的学习者以观看教学视频为主要的学习方式,通常以在线观看、点播等方式进行学习。体验型的学习者一般由教师创设一种类似科学研究的情境,引导其选择和确定研究课题,用类似科学研究的方式,主动探索问题、发现规律地学习。探究型的学习者一般通过实践与反思相结合来获得知识、技能和态度。强调直接的个体经验在学习中的作用及意义,并从深刻的反思和总结中获得经验的提升、知识的掌握和持久性的发展。通常是在辅导教师或相关材料的引导和支持下,以个人或小组的形式,主动体验、应用知识,促进知识技能的迁移。‘浙江工业大学硕士学位论文对于这四种不同类型的学习者,本体能根据其特点为其提供个性化的服务。例如:对于体探究型的学习者,本体会以学习任务的形式推荐其学习资源,内容包括学习任务目标,与此课题相关的知识点和参考文献等。对于听讲型的学习者,本体会适当推荐其教学视频、课堂讲座等形式的音频、视频类的教学资源。媒体类型是用于描述用户选择资源媒体格式时的倾向,喜好文本、图表或视频等。例如,对于语言型学习者,本体推荐的媒体类型∈文字信息。而对于视觉型的学习者,其本体推荐的媒体类型∈图表、图片、视频、流程。管理信息描述学习者登录相关学习系统的用户名、密码、权限以及其他安全相关的信息。..学习者的环境本文前面提到过,泛在学习这一概念是从普适计算衍生过来的,所以本质上说泛在学习应视为普适计算的某一具体应用,只不过它传输的内容是学习资源,服务对象是学习者,所以泛在学习的环境应该主要参考普适计算的软硬件环境并结合学习者的一些特点。本文结合了学习者的相关特征,所定义本体的环境信息部分主要包括学习者的网络环境、学习者的工作状态和学习者的位置。网络环境用于描述学习环境的网络状态。普适计算环境要求提供不问断的连接服务,所以当网络状态发生变化时,能够保证学习者能够不问断、正常地连接网络,并且可以根据网络状态对学习服务进行调整,例如:如果学习者用的是第二代手机通讯技术,则本体不会推荐大容量的学习资源,如视频、图片等,转而优先推荐文本资源。如果学习者使用的网络的带宽为以上,并且学习者恰好又是视觉型的学习者,贝本体推荐给学习者的学习资源将是大容量的、内容丰富的视频类学习资源。工作状态贝包含了日常、会议、户夕、行走、图书馆指的是正式的、长时问的学习等几种模式。不同的模式推荐的学习资源的类型和大小也略有不同。例如,一段户外旅途或临时候车,学习者的学习需求往往是非正式、片段式的学习,此类学习一般具有偶发性并且学习时间较短,对这类学习需求,本体推荐的学习资源一般是较为简洁明了的,概括式的学习内容,如某一名词的解释,一个事物的简要概括,一篇短文或几张图片配上尽量少的文字等等。而当学浙江工业大学硕士学位论文习者处于图书馆或书房等正式场合时,往往是进行正式性的、长时间的、系统性的学习,对于此类学习需求,本体则尽量推荐系统性的知识,除了推荐大容量的学习资源外,还可以提供这个知识点的知识脉络前驱知识点、后继知识点等,并提供和此学习内容相类似的知识点、参考文献等。位置用于描述学习者的位置信息,其中包含了学习者所处的城市、地区、经纬度信息等。学习者的位置信息给学习伙伴的搜寻提供了便利。本文后面设计的原型系统中,学习者能够以自己的坐标点经纬度为圆心,查找方圆距离内的学习伙伴,并且可以发送消息给对方,这样学习者和学习者附近的用户无形之中形成了一个虚拟社区,除了能够在网络上进行交流外,也方便了线下的走动。..学习者的设备本文的学习设备分为、平板电脑、和智能手机。这样区分是因为不同的学习设备,学习资源的呈现方式也有很大不同。虽然很多平板电脑乃至智能的性能越来越接近传统的个人电脑,几乎拥有传统个人电脑具备的所有功能,但普通台式电脑或笔记本电脑和这类设备还是有所差异,例如普通一般采用的是英特尔的处理器架构,而平板电脑和智能一般采用架构,因此它们之间的软件往往不能兼容,采用的操作系统也大有差异,而且传统往往以的形式获取互联网上的资源,而以智能为代表的则更倾向于使用应用程序来获取学习资源,所以一个个性化的学习系统,应该根据学习者不同类型的终端设备传递与之相适应的学习资源,能够解决不同设备、不同平台的兼容问题,学习内容呈现方式的差异性问题。所以本文的本体将学习者的学习设备加以区分,使得本体能够根据学习者的设备类型提供其与之相适应的学习资源。本体部分独立出来主要是和平板电脑和智能加以区分,传统个人电脑之间的学习资源呈现方式没有太大差异。本体包含操作系统、屏幕尺寸、系统版本、平板电脑网络模式。这些参数对学习资源的呈现方式都有决定性的影响。目前平板电脑等。本体能主流的操作系统有、、、、够根据不同的操作系统提供其相匹配的资源格式。而像等操作系统,操作系统本浙江工业大学硕士学位论文身有多种版本并存的情况,相同操作系统的学习者可能有着不同的操作系统版本,如.、.等,因此可能出现学习资源版本兼容匹配的问题,所以本体的系统版本正是用于描述这种差异,使得学习资源能够按用户的版本提供其相适应的服务。网络模式描述的是网络连接方式,如无线网络.、网络、有线网络、上网等。智能本体和平板电脑类似,影响智能和平板电脑学习资源呈现方式的主要因素是屏幕尺寸,一般的智能屏幕尺寸在英寸一英寸之间,而平板电脑的屏幕尺寸往往在寸以上。屏幕尺寸的差异对内容的分辨率有重要影响,因此本体能够根据平板电脑和智能的屏幕尺寸来提供合适的学习资源。.学习资源本体模型本文的学习资源本体包括核心元数据、学习资源分类、关联资源三部分。如表.所示,本文所定义的学习者本体模型的概念如下:,、、、,、、,、、、、、?、?、、、、核心元数据.描述了学习资源的基本属性,有标题、创建人、资源作者、发布日期、统一资源定位符、语言类型、学科类别、平台类型、资源大小等。学资源分类.包含了类学习资源:试题、试卷、媒体素材、文献资料、课件、案例、常见问题及解答、资源目录索引和网络课程。关联资源则描述了学习资源的关联知识点。包括前驱知识点、后继知识点、内容描述。浙江工业大学硕士学位论文.学习伙伴本体模型、、、、、、、表学习伙伴本体概念模型描述了学习者之间的关系,这里定义了六种入际关系,同学、老师、同事、学生、陌生人、朋友六种关系,当然这些关系并不存在排他关系,可以重叠,比如和之间既是同学又是同事。当然,本体中的关系可以根据需要再扩展。表示学习伙则描述了学习伙伴所关注的学习活动,伴所关注和想讨论的学科领域,可以按工学、经济学、理学、哲学、文学这些大类进行分类,或者根据实际需要再做调整。表示学习伙伴所关注的研究活动,有学术活动或对此感兴趣的学习者可以通过对的设置找到有相同研究方向的学习伙伴。表示了与考试相关的活动和话题,如有考研、期中期末考、公务员考试等,学习者可以通过此来寻找有相同志趣和目标的学习伙伴。.本体建构本文构建本体使用的本体编辑工具是。是美国斯坦福大学医学院医学信息中心开发的本体编辑工具,它提供了方便定义概念、属性、约束的视图,还有很多显示关系和实例的不同视图,可以方便的用图形化的界面显示本体的构建的结果。根据上面定义的本体概念模型,下面将利用建构本体。..类的定义类相当于本体定义中的“概念”,是客观事物的抽象描述。如上面所描述的学习者信息本体中的概念,个人信息?、学习方式、媒体类型?,学习者管理信息和专业技能?浙江工业大学硕士学位论文等都可以定义为类。根据上文的概念模型,我们定义了学习者、学习资源、和学习伙伴本体中的类。在中首先定义了、、三个类。、和学习者本体下面分别定义了三个子类。同样按照上文的本体模型,对这三个子类分别定义了它们的子类。如图.,按照层次关系定义了学习者本体中的类。,息。曼。、,.帮,¨。,。。‰,,《一一陀~~~一~一一一一一一一一一一一一一一一一一~一一图学者信息本体类登磐团哆竽生划.臣回,黪岫?∞,,一一竺镶№岫萼三习嘲。至蓦丑至习:。固回固,:警囊三;一匹薹三’臣三三习“‘≥???二、?。兰:竺坚:兰二二::祭、叵兰亟三口、???????‘??????????童竺堂匿雪匿囝???????????????????????????????????????????????????一同样按照上文所的本体概念模型,分别定义了学习资源本体和学习伙伴本体的类。如图所示。囹番簿豢’喾,渗。霉丫棼餐嚣’谨嚣鞲静图学习资源信息本体类和学习伙伴信息本体类匪亘回囤.压鲴压四。√一一一,一一一’题亘亘习一啼‰一≮、、匝亟圄图?学习资源本体类的树形图浙江工业大学硕士学位论文画、匝匾。~。一匡亘主茎丑,,臣甄、、回匝困匝至匦递晤一’...一区圃匝三至至习÷??????.??一,‘:。匕翌:一一?。‘臣叵困。???生塑二二上二::乜丝堡一再毒聂◆,勰:::圈学习伙伴本体中的类及其部分实例..关系的定义在中,代表了一种关系,在里,有种类型的。一种叫,代表了个体到个体之间的一种关系,如小明的学习设备是,则的学习设备是就是一种。还有一种叫,代表了个体和基本数据类型的关系,有点像类的属性,比如年龄、身高等。为还有一种叫,是属于元数据,数据的数据,可以用来注释。本文定义的本体中的关系如下:表示学习者个体的位置信息,对应.七?个体和.?的个体之间的关系,,,为?的个体为的个体表示学习者个体所对应的网络,对应?个体和?个体之间的关系,,为?的个体为?可的个体表示学习者个体所对应的工作状态,对?个体和个体之间的关,,为?的个体八为?的个体表示学习者个体所对应的媒体偏好,对浙江工业大学硕士学位论文个体和个体之间的关系,,为的个体为的个体表示学习者个体所对应的学习方式,对?个体和个体之间的关系,,为?的个体为的个体表示学习者个体所对应专业技能,对应?个体和之间的关,,为?个体?’的个体表示学习者个体所对应管理权限和安全信息,?个体和个体之间的关系,,为?的个体为的个体表示学习者所对应的学设备,对应?个体和?个体之间的关系,,为?的个体八的个体表示学习设备个体所对应的操作系统,对应、、个体和个体之间的关系,,为、、的个体为的个体表示学习设备个体所对应的屏幕大小,学习设备只包括智能或平板电脑,对应、个体和为个体之间的关系,,、的个体为的个体表示学习资源所适合的屏幕大小和设备个体所对应的屏幕大小相匹配,学习设备只包括智能或平板电脑,浙江工业大学硕士学位论文对应个体和、个体之间的关系,,为?的个体为、的个体表示学习资源个体所对应学习设备,对应?个体和?