摘要：本文設(shè)計了智能化作業(yè)系統(tǒng)的工作模型及其層次結(jié)構(gòu)：采用學習者需求驅(qū)動模式，并采用四層模型層次結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層和用戶類型表現(xiàn)層和個性化表現(xiàn)層；本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)用了基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的面向?qū)ο罄碚?，方便了信息的獲得，同時提高了系統(tǒng)的可擴展性。

關(guān)鍵詞：智能化作業(yè)系統(tǒng)；智能作業(yè)提醒；知識架構(gòu)挖掘

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)19-30126-03

Research of Web-Based Intelligent Homework System

ZHANG Hui-yan， ZHANG Hu

(College of Information Technology， Anhui University Finance Economics， Bengbu 233041， China)

Abstract: This paper design a schema and its layer model on which it works for the intelligent homework system. All of the schemas are based on the Student-oriented mode. And we use four layers model， data layer， network service layer， users type of performance layer and personalized performance layer; The database design of the system applications based on the relationship between the object-oriented database theory， Convenient access to information， at the same time improve the system scalability.

Key words: Intelligent Homework system; Intelligent Homework awake; knowledge structure mining

1 引言

遠程教育是學生與教師、學生與學校之間采用多種媒體方式進行系統(tǒng)教學和學習交流的一種教育形式?，F(xiàn)代遠程教育是隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型教育方式?，F(xiàn)代遠程教育是隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型教育方式。計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使遠程教育的手段有了質(zhì)的飛躍。

基于Web的遠程教育方式是指教學資源（如大綱、教案、課件、作業(yè)、考試等）存放在Web服務(wù)器上，學習者可以在隨時隨地通過瀏覽器獨立地進行課程學習、做作業(yè)、考試，向教師提問以及和其他同學交流，我們稱之為異步的或面向?qū)W生的(student-oriented)學習模式 。

采用“學習者需求驅(qū)動模式”的思想設(shè)計的遠程教育網(wǎng)站，可以統(tǒng)計學生的學習情況，更直接與科學地了解到學習者的需求與教育網(wǎng)站的資源信息的冗余和不足，適時地調(diào)整自身的策略、方案來滿足受教育對象的需求。

傳統(tǒng)作業(yè)系統(tǒng)平臺在設(shè)計過程中忽略了學習本身是一種個性化的過程，接受教育的對象存在個性差異，學習者的學習能力、興趣與習慣、努力程度都存在巨大的差異?，F(xiàn)有的作業(yè)系統(tǒng)平臺雖然可以做到作業(yè)形式多樣，數(shù)量巨大，但是學生并不了解自己的課程掌握程度，于是就不了解哪些是適合自己的作業(yè)，或者同一作業(yè)中哪些題目適合自己，老師也不了解學生的學習進度，只能夠統(tǒng)一發(fā)布作業(yè)，所有的學習者都是相同的作業(yè)，這樣在教學方法與模式上就顯得很單一。網(wǎng)絡(luò)教學過程中忽略了老師的個別指導(dǎo)作用和因材施教的教學原則，在傳統(tǒng)的遠程教育平臺，這是一對無法調(diào)和的矛盾。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在Web領(lǐng)域開始采用人工智能和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，通過知識發(fā)現(xiàn)、機器學習、統(tǒng)計分析或其他方法，從大量的學習者學習行為數(shù)據(jù)中進行數(shù)據(jù)挖掘，提取有用的信息。這些使個性化教學服務(wù)成為可能。將為學習者提供更具有針對性的學習資源，作業(yè)系統(tǒng)平臺上的內(nèi)容也更具有針對性，能夠更好的促進學習者掌握教學內(nèi)容。因此，在傳統(tǒng)的遠程教育技術(shù)上引入智能化是必要的、可行的。

2 基于Web的智能化作業(yè)系統(tǒng)模型

智能化作業(yè)系統(tǒng)模型主要研究如何搭建一個智能化、開放化的作業(yè)系統(tǒng)平臺。相對于傳統(tǒng)的作業(yè)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)主要實現(xiàn)兩個方面的特性：一是對于作業(yè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流，狀態(tài)流，控制流建立統(tǒng)一標準，使其能夠與作業(yè)系統(tǒng)外的其他遠程教育子系統(tǒng)共享；二是通過數(shù)據(jù)信息的分析與挖掘，提取有用的學習行為信息，并在系統(tǒng)運行過程中不斷的進行自我學習和擴展。

本系統(tǒng)設(shè)計在四層模型層次結(jié)構(gòu)上來實現(xiàn)。即在通常三層（數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、表現(xiàn)層）模式基礎(chǔ)上，將表現(xiàn)層分為二層：用戶類型表現(xiàn)層和個性化表現(xiàn)層。

數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)提供給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層對數(shù)據(jù)進行組織，通過編寫的服務(wù)過程來完成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。用戶類型表現(xiàn)層調(diào)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層提供的服務(wù)功能，實現(xiàn)在用戶界面中基本內(nèi)容的表現(xiàn)，最后經(jīng)過用戶個性化表現(xiàn)層的個性化服務(wù)，對內(nèi)容進行篩選、調(diào)整，最終表現(xiàn)出不同用戶的個性化界面。

這樣，通過對表現(xiàn)層次進行細化，即體現(xiàn)了用戶在用戶類型表現(xiàn)層的共性，又在個性化表現(xiàn)層體現(xiàn)了作為一個個性化的服務(wù)系統(tǒng)所具有的表現(xiàn)特性。在這樣一個模型的基礎(chǔ)上，我們來實現(xiàn)作業(yè)平臺的智能化、個性化。

這個模型中各層次中與基于Web的智能化作業(yè)系統(tǒng)相關(guān)的主要功能為：

1) 在數(shù)據(jù)層上主要存放與作業(yè)系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)，我們把所有數(shù)據(jù)信息分為幾種類型的對象。主要包括：

①用戶對象：是指用戶的屬性以及他們的行為記錄；

②資源對象：是指學習者的主要學習對象，也是指導(dǎo)者的主要管理對象。他們本身具有一定的屬性（如，資源名稱、存儲路徑等），同時也具有一定的行為；

③行為對象：對應(yīng)于用戶對象的某一種行動，即用戶對象的行動是一個新的對象。行為對象的屬性（行為執(zhí)行人、行為發(fā)生時間等）是后臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)；

④行為結(jié)果對象：是一些行為發(fā)生后所產(chǎn)生的結(jié)果對象。由于行為的結(jié)果可以反映用戶對象，尤其是學習者的學習偏好和學習效果，所以這一類對象也是后臺數(shù)據(jù)挖掘、學習評估和智能化指導(dǎo)的一個基礎(chǔ)；

⑤后臺信息統(tǒng)計對象：是由于后臺數(shù)據(jù)挖掘而產(chǎn)生的對象。這些對象是后臺系統(tǒng)對用戶對象的行為、表現(xiàn)、偏好，根據(jù)一定的數(shù)據(jù)挖掘算法得到的結(jié)果。

對以上這些對象，我們采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫來保存這些信息，為上層的功能實現(xiàn)提供信息基礎(chǔ)。

2) 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層的功能是接收表現(xiàn)層發(fā)來的請求，對數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)進行存取，并根據(jù)服務(wù)要求調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)來完成用戶的請求。

本模型將作業(yè)發(fā)布、答案發(fā)布、作業(yè)批改、管理等功能都以模塊化的方式在服務(wù)器端運行，并且允許遵循一定定義規(guī)則的新功能的自由添加。其主要特點是：對于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流（數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)），控制流（消息傳遞），過程流指定統(tǒng)一標準，使各個子系統(tǒng)中信息都能遵從一定標準而方便共享。通過數(shù)據(jù)信息的分析與挖掘，智能化作業(yè)系統(tǒng)可以不斷的進行自我學習和擴展。

3) 用戶類型表現(xiàn)層設(shè)計用戶類型基本接口，按照用戶類型產(chǎn)生基本用戶格式表現(xiàn)和用戶請求類型。

4) 個性化表現(xiàn)層是用戶的接口，包括根據(jù)用戶的個性化定義，接收用戶請求與產(chǎn)生格式化數(shù)據(jù)返回頁面。

3 作業(yè)系統(tǒng)部分智能化功能的實現(xiàn)

3.1 智能作業(yè)提醒模塊

在基于Web的作業(yè)方式中，學生通過網(wǎng)絡(luò)資源學習，接受老師布置的作業(yè)，由于對作業(yè)上交期限沒有注意，導(dǎo)致過了期限，從而影響了作業(yè)的成績。另外，可能由于學生各人對于Web的掌握能力有限，可能造成其根本不知道作業(yè)的上交期限。這就要求我們建立一個能夠以各種方式在特定時間向用戶發(fā)送作業(yè)上交提醒的模塊。

我們通過將當前的系統(tǒng)時間與數(shù)據(jù)庫中各個作業(yè)的最后期限相比較，若是符合設(shè)定的條件，則向所有還沒有交此作業(yè)的學生發(fā)送提醒。

向?qū)W生發(fā)送提醒消息的實現(xiàn)：當查找到符合提醒要求的學生以后，記錄其用戶代號，在數(shù)據(jù)庫的消息表格中添加一條消息，將其屬性設(shè)置為新消息，即未閱讀的消息，并將其內(nèi)容設(shè)置為提醒內(nèi)容，所屬用戶設(shè)置為此用戶。

向?qū)W生發(fā)送提醒電子郵件的實現(xiàn)：當查找到符合提醒要求的學生以后，記錄其用戶代號，在數(shù)據(jù)庫用戶電子郵件表格中查找到用戶的電子郵件，將其連同郵件主題及內(nèi)容等添加入待發(fā)郵件隊列，完成某個作業(yè)判斷以后，通過系統(tǒng)提供的郵件發(fā)送控件，將郵件發(fā)送出去。

作為系統(tǒng)的智能作業(yè)提醒功能，應(yīng)該是自動的運行，由于數(shù)據(jù)庫的查找有嵌套，所以數(shù)據(jù)庫的查詢及修改操作的數(shù)目很大，所以不可能讓該功能不停地運行。所以將其設(shè)計為，加入某個頁面的頭部，每次該頁面被請求的同時，該功能就被啟動。將作業(yè)提醒功能在用戶登陸遠程教育主頁時就運行，這樣就能保證該功能的正常運作。并建立一個記錄文件，文件中記錄的為上次提醒功能運行的日期，每次遠程教育首頁被請求時，提醒功能啟動，首先讀取該記錄文件，讀取上次運行時間，如果與系統(tǒng)日期相同，說明已經(jīng)運行過提醒，就跳過提醒直接進入首頁；若讀取的日期與系統(tǒng)日期不同，則需要運行提醒模塊。

3.2 智能化作業(yè)統(tǒng)計模塊

在傳統(tǒng)的課堂教學方式中，教師在完成作業(yè)的批改之后必須手動做出統(tǒng)計表格，才能對學生的作業(yè)情況有一個整體的了解，以安排合適的教學進度和教學方法。在遠程教育系統(tǒng)中，我們可以實現(xiàn)智能化的作業(yè)統(tǒng)計功能。

作業(yè)上交情況統(tǒng)計的實現(xiàn)：在數(shù)據(jù)庫中查找出當前課程下的所有作業(yè)；然后對于每個作業(yè)，查找其相應(yīng)的班級人數(shù)、已上交人數(shù)、遲交的人數(shù)和已經(jīng)批改的人數(shù)。這樣，經(jīng)過計算就可以得到應(yīng)交人數(shù)、異交人數(shù)、遲交人數(shù)、未交人數(shù)、已批人數(shù)和未批人數(shù)，及其各自的百分比。

作業(yè)得分情況統(tǒng)計的實現(xiàn)：在數(shù)據(jù)庫中查找出當前課程下的所有作業(yè)，同樣，該作業(yè)必須是未刪除的作業(yè)；然后對于每個作業(yè)，查找統(tǒng)計出已經(jīng)上交的人數(shù)，再查找出分別獲得各個分數(shù)的人數(shù)，與已上交人數(shù)相除就可以得到其相應(yīng)各個分數(shù)人數(shù)的百分比。

3.3 知識架構(gòu)智能挖掘模塊

學生知識架構(gòu)的挖掘是智能化作業(yè)系統(tǒng)的一個重要部分。通過智能化作業(yè)系統(tǒng)，教師可以了解學生的作業(yè)完成情況，進而了解不同學生的知識架構(gòu)，掌握學生對知識點的掌握情況，然后根據(jù)不同學生的特點選擇合適的教學方法。這里我們需要實現(xiàn)知識點與作業(yè)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫表格設(shè)計，還有設(shè)計教師布置作業(yè)時指定與知識點的連接關(guān)系的方法。

在教師布置作業(yè)時，通過多項選擇框列出的所有與該課程相關(guān)的知識點。教師在布置作業(yè)的同時選擇和該作業(yè)相關(guān)聯(lián)的知識點，然后將新作業(yè)插入作業(yè)表格，將其與知識點的關(guān)系插入知識點關(guān)聯(lián)表。

然后我們在每次作業(yè)學生全部完成后，通過數(shù)據(jù)挖掘功能，挖掘出學生本次作業(yè)完成的情況，作業(yè)中知識點的掌握程度，以及本次作業(yè)與以前知識點的相關(guān)程度，學生對相關(guān)知識點的掌握，進而在教學過程中發(fā)現(xiàn)知識點的相關(guān)性，把握好教學的重點和難點。

4 小結(jié)

基于Web的遠程教育環(huán)境具有4W(Whoever、Wherever、Whenever、Whatever)的特征，但目前這種教育模式也有許多的缺點有待克服。尤其是目前的大多數(shù)遠程教育系統(tǒng)都缺乏足夠的開放性和智能性，站點基本是靜態(tài)的內(nèi)容，所有資源完全交給用戶自己去選擇。這種做法忽略了學生之間的能力差異和學習興趣，忽視了教師在學習中的指導(dǎo)作用。因此，在傳統(tǒng)的基于Web的遠程教育環(huán)境基礎(chǔ)上，充分考慮了遠程教育的特點和實際應(yīng)用中的需求，提出了建立一個開放化、智能化的遠程教育平臺。在這個平臺下，學生可以獲得動態(tài)的個性化的教學資源配置，通過智能化的反饋，使得學生真正做到按需學習，老師真正做到因材施教。

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