摘要:自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)是現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的重要內(nèi)容。本文通過分析自主學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，構(gòu)造個性化的自主學(xué)習(xí)模型，并對學(xué)習(xí)材料的組織、推薦模型進(jìn)行研究。目的是為學(xué)習(xí)者推薦有針對性的學(xué)習(xí)材料，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞:自主學(xué)習(xí);個性化推薦;課程資源;推薦算法

目前，中國互聯(lián)網(wǎng)用戶已達(dá)到1.23億，其中12%的用戶經(jīng)常使用網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)。并且，建設(shè)學(xué)習(xí)型社會已經(jīng)成為中國的發(fā)展戰(zhàn)略之一，網(wǎng)絡(luò)教育正逐漸成為一種普遍采用的學(xué)習(xí)方式[1]。

網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn):(1)學(xué)習(xí)者在時間和空間上有了很大的靈活性和選擇性;(2)充分利用優(yōu)秀的師資力量和教學(xué)資源，以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)來傳遞多媒體、多樣化的教學(xué)信息，激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的積極性;(3)提供了個性化學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，能夠提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。

其中，自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)是以教育學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，為學(xué)習(xí)者提供符合個人特征的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者高效地進(jìn)行知識建構(gòu)[2]。他既能滿足現(xiàn)代社會規(guī)?；瘜W(xué)習(xí)的要求，也能為學(xué)習(xí)者提供個性化的學(xué)習(xí)服務(wù)，因此，得到了廣泛的關(guān)注。

個性化服務(wù)系統(tǒng)在電子商務(wù)中得到了廣泛的應(yīng)用，許多大型電子商務(wù)系統(tǒng)都不同程度地使用了推薦系統(tǒng)，如eBay、Amazon、當(dāng)當(dāng)網(wǎng)上書店等，通過顧客需求分析、產(chǎn)品搜索和產(chǎn)品表示等步驟，為顧客尋找合適的產(chǎn)品和服務(wù)[3]。因此，可以借鑒電子商務(wù)的研究成果，設(shè)計和開發(fā)個性化的自主學(xué)習(xí)服務(wù)系統(tǒng)。

但是，個性化的自主學(xué)習(xí)服務(wù)系統(tǒng)與電子商務(wù)中的應(yīng)用具有明顯的不同。學(xué)習(xí)者不是顧客，知識的建構(gòu)過程不是消費(fèi)過程。對于所學(xué)習(xí)的知識和課程，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)之前，不能完全地了解和把握，因此，不能完全從其偏好出發(fā)進(jìn)行推薦。有效的個性化學(xué)習(xí)服務(wù)需要根據(jù)學(xué)習(xí)者背景、狀態(tài)和學(xué)習(xí)目標(biāo)，動態(tài)地選擇和組織有針對性的學(xué)習(xí)材料，因此，個性化學(xué)習(xí)服務(wù)系統(tǒng)是一個具有目標(biāo)約束的動態(tài)系統(tǒng)。

1自主學(xué)習(xí)模型

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)教育的發(fā)展，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論逐漸顯示出其優(yōu)勢。建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)過程是學(xué)習(xí)者通過自身原有的知識體系和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，借助他人的幫助，利用外部資源主動建構(gòu)知識意義的過程。在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，教育系統(tǒng)不再是輔助教師的教學(xué)工具，也不再由教師完全控制，而是以學(xué)習(xí)者為中心進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和資源配置，因此，文章以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)來設(shè)計個性化學(xué)習(xí)服務(wù)模型，通過分析學(xué)習(xí)者特征，為學(xué)習(xí)者推薦學(xué)習(xí)材料，協(xié)助學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者進(jìn)行知識建構(gòu)。如圖1所示。

個性化的自主學(xué)習(xí)模型主要包括學(xué)習(xí)者接口、教師接口、教學(xué)知識庫、學(xué)習(xí)材料庫和學(xué)習(xí)推薦模型五個部分組成。

學(xué)習(xí)者接口:學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)者接口與系統(tǒng)交互，完成課程的學(xué)習(xí)、測試。

教師接口:教師接口用于豐富教學(xué)材料，添加專家知識和管理學(xué)習(xí)者特征，向教學(xué)材料庫補(bǔ)充教學(xué)材料等。

教學(xué)知識庫:主要用于存儲教學(xué)策略的規(guī)則知識、學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)質(zhì)量等評價標(biāo)準(zhǔn)。

課程資源庫:學(xué)習(xí)材料庫主要用于存儲能反應(yīng)課程知識，并能為學(xué)習(xí)過程提供充足的學(xué)習(xí)材料的數(shù)據(jù)庫，它相當(dāng)于傳統(tǒng)教學(xué)中教師所具有的教學(xué)材料。

自主學(xué)習(xí)推薦模型:主要實(shí)現(xiàn)依據(jù)課程的知識體系結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)者的個性特征、學(xué)習(xí)目標(biāo)和當(dāng)前學(xué)習(xí)狀態(tài)為學(xué)習(xí)者組織適合教學(xué)材料，根據(jù)學(xué)習(xí)過程的情況指導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)。其中，學(xué)習(xí)者特征分析主要通過學(xué)習(xí)者主動提交的個性特征，如前期教育經(jīng)歷，學(xué)習(xí)方式等，還可以通過記錄和分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)效果，從而識別學(xué)習(xí)者的個性特征。

在所開發(fā)個性化自主學(xué)習(xí)服務(wù)系統(tǒng)中，課題組采用專家系統(tǒng)建立教學(xué)知識庫，用Web挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者特征分析，通過教師的離線評價和在線測試來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程監(jiān)控。而學(xué)習(xí)材料推薦是體現(xiàn)個性化服務(wù)水平高低的主要部分，學(xué)習(xí)材料庫的組織形式是個性化推薦的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，本文主要對這兩部分進(jìn)行討論。

2課程資源組織

學(xué)習(xí)材料庫存儲了豐富的學(xué)習(xí)資料，是提供個性化推薦的基礎(chǔ)。一般情況下，構(gòu)造學(xué)習(xí)材料庫，需要滿足三方面要求[4]:(1)一門課程由一定數(shù)量的知識點(diǎn)組成，學(xué)習(xí)內(nèi)容的組織應(yīng)該能夠體現(xiàn)該課程的知識結(jié)構(gòu)，并滿足教學(xué)過程的需要;(2)學(xué)習(xí)材料庫應(yīng)根據(jù)學(xué)習(xí)需要和學(xué)習(xí)者反饋等進(jìn)行及時更新;(3)適應(yīng)于進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)推薦，因而是開放的、動態(tài)的知識結(jié)構(gòu)。本文采用具有開放性和擴(kuò)展性良好的XML來組織學(xué)習(xí)材料。

通過分析課程(如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))各知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，將知識間的關(guān)系劃分為如下四種關(guān)系:

(1) 層次關(guān)系。是根據(jù)課程中知識劃的分而得到的。一個復(fù)合知識點(diǎn)由一個或多個基本知識點(diǎn)或復(fù)合知識點(diǎn)組成，由幾個知識點(diǎn)組成的復(fù)合知識點(diǎn)，又稱父知識點(diǎn)。子知識點(diǎn)是在父知識點(diǎn)的范圍內(nèi)對知識點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)分和豐富，從不同的角度圍繞父知識點(diǎn)進(jìn)行闡述。

(2) 依賴關(guān)系。當(dāng)前知識點(diǎn)A是否可以學(xué)習(xí)，往往取決于另一個或一些知識點(diǎn)B是否學(xué)過，則稱A依賴B，體現(xiàn)了知識學(xué)習(xí)的依賴性和序列性。

(3) 參考關(guān)系。一個知識點(diǎn)所涉及的領(lǐng)域知識與其他知識點(diǎn)有關(guān)，如果學(xué)習(xí)者對其感興趣，可以參考其他知識點(diǎn)。這些知識點(diǎn)通常有部分或全部相同的主題詞，所描述的內(nèi)容緊密聯(lián)系或者具有一定的相似性。

(4) 交叉關(guān)系。如果某一知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)依賴于另一知識點(diǎn)，而該知識點(diǎn)不屬于課程領(lǐng)域，則他們之間存在交叉關(guān)系。體現(xiàn)了課程之間的交叉，是一種特殊的依賴關(guān)系，常常要求搜索其他課程的學(xué)習(xí)材料庫。

其中，層次關(guān)系、依賴關(guān)系和交叉關(guān)系表示了知識點(diǎn)之間“前驅(qū)-后繼”關(guān)系的不同表現(xiàn)形式。如圖2表示。

知識點(diǎn)之間的這些關(guān)系是復(fù)雜的，可以采用XML將其組織成為層次-超鏈結(jié)構(gòu)，以XML的層次結(jié)構(gòu)表達(dá)知識點(diǎn)之間的層次關(guān)系，其他類型的聯(lián)系可以通過XML的節(jié)點(diǎn)屬性列表來表示。

為了用XML文檔來表示知識點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，需要對節(jié)點(diǎn)定義如下:

KN={KNID，KNTitle，KNI，KNRelationList }

KNID:知識點(diǎn)編號

KNTitle:知識點(diǎn)主題

KNI:指向該知識點(diǎn)的內(nèi)容頁面

KNRelationList:知識點(diǎn)間的關(guān)系列表

由于XML的樹狀結(jié)構(gòu)能夠直接表達(dá)知識點(diǎn)間的層次關(guān)系，因此對知識點(diǎn)間關(guān)系的只需定義他們的依賴關(guān)系、參考關(guān)系、交叉關(guān)系，一個知識點(diǎn)可能與多個知識點(diǎn)產(chǎn)生一種或多種關(guān)系，因此，以列表的形式記錄如下:

KNRelationList = {DependenceRelationList， Reference RelationList， CrossRelationList}

3個性化學(xué)習(xí)推薦模型

與電子商務(wù)系統(tǒng)中的消費(fèi)者不同，學(xué)習(xí)者如果采用自由瀏覽的學(xué)習(xí)方式，將不利于學(xué)習(xí)者進(jìn)行知識的建構(gòu)。因此，個性化學(xué)習(xí)推薦模型需要根據(jù)學(xué)習(xí)者目前所掌握的知識、知識點(diǎn)間的邏輯結(jié)構(gòu)來生成學(xué)習(xí)序列，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者按知識點(diǎn)邏輯順序進(jìn)行學(xué)習(xí)。

解釋結(jié)構(gòu)模型(Interpretative Structural Modeling Method 簡稱ISM分析法)是用于分析和揭示復(fù)雜關(guān)系結(jié)構(gòu)的有效方法，將系統(tǒng)中各要素之間的復(fù)雜、零亂關(guān)系分解成清晰的多級遞階的結(jié)構(gòu)形式[5]。

可以運(yùn)用ISM來生成學(xué)習(xí)序列，指導(dǎo)學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)過程系統(tǒng)化，并提高學(xué)習(xí)效率。具體步驟主要包括:

(1) 抽取知識點(diǎn)——確定學(xué)習(xí)子目標(biāo):把實(shí)現(xiàn)給定教學(xué)目標(biāo)的學(xué)習(xí)內(nèi)容分解為眾多的知識點(diǎn)，這些知識點(diǎn)可以是某個概念或原理，也可以是某項(xiàng)技能的基本組成部分。

(2) 確定各知識點(diǎn)之間的直接關(guān)系，得到目標(biāo)矩陣:如果教育專家認(rèn)為學(xué)生在對目標(biāo)Gi進(jìn)行學(xué)習(xí)之前必須先掌握目標(biāo)Gj，則稱Gi與Gj之間具有“序列關(guān)系”，通常包括層次關(guān)系、依賴關(guān)系和交叉關(guān)系。根據(jù)各個子目標(biāo)之間的序列關(guān)系，可以得到相應(yīng)的目標(biāo)矩陣。

(3) 利用目標(biāo)矩陣做出知識點(diǎn)關(guān)系圖，生成可達(dá)矩陣，描述知識體系。

(4) 比較學(xué)習(xí)者已掌握的知識矩陣與可達(dá)矩陣，生成符合學(xué)習(xí)者個人認(rèn)知結(jié)構(gòu)的知識點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系結(jié)構(gòu)，并得到待學(xué)習(xí)知識點(diǎn)的層級結(jié)構(gòu)，形成學(xué)習(xí)序列，

假設(shè)有5個知識點(diǎn)間的關(guān)系如圖3所示，學(xué)習(xí)者已經(jīng)掌握了第2個知識點(diǎn)，求該學(xué)習(xí)者下一步的學(xué)習(xí)序列。

通過布爾矩陣運(yùn)算，包括知識結(jié)構(gòu)圖的鄰接矩陣、可達(dá)矩陣，生成新的有向圖——學(xué)習(xí)者當(dāng)前需要學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。因此，當(dāng)前學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)序列可以是1→3→4→5，或1→4→3→5(計算過程從略)。

4結(jié)語

自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)是以教育學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，為學(xué)習(xí)者提供符合個人特征的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者高效地進(jìn)行知識建構(gòu)。本文通過分析自主學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，構(gòu)造了個性化的自主學(xué)習(xí)模型。但是，個性化的自主學(xué)習(xí)服務(wù)系統(tǒng)與電子商務(wù)中的應(yīng)用具有明顯的不同。學(xué)習(xí)者不是顧客，知識的建構(gòu)過程不是消費(fèi)過程。因此，采用ISM方法，根據(jù)學(xué)習(xí)者目前所掌握的知識、知識點(diǎn)間的邏輯結(jié)構(gòu)來生成學(xué)習(xí)序列，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者按知識點(diǎn)邏輯順序進(jìn)行學(xué)習(xí)。

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A Personalized Learning Model for Self-Study

ZHAO Juan

(Tianjin Normal University， Tianjin 300387， China)

Abstract: Self-study system has become an important issue of modern distance education. Through analyzing the features of self-study， a personalized learning model is proposed. Then， the organizations of course resource and recommendation algorithm are researched in order to provide suitable learning content and improve learning effect.

Key words: self-study; personalized recommendation; course resource; recommendation algorithm

(編輯:白杰)