聞立鵬，錢福東，邱飛岳

（浙江工業(yè)大學(xué) 教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310014）

面向個(gè)性化教學(xué)流程的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境模型研究*

聞立鵬，錢福東，邱飛岳

（浙江工業(yè)大學(xué) 教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310014）

本文描述了實(shí)際教學(xué)過(guò)程中教師與學(xué)生的個(gè)性化需求，分析了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外開發(fā)的用于個(gè)性化教學(xué)的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的模型和功能及其優(yōu)、缺點(diǎn)。然后基于計(jì)算機(jī)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)和本體論的理論和技術(shù)，創(chuàng)建了一個(gè)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境模型以更好地支持教育者與學(xué)習(xí)者在創(chuàng)建和執(zhí)行教學(xué)流程時(shí)所出現(xiàn)的各種需求，并對(duì)此模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

個(gè)性化教學(xué)；虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境模型；語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)；本體論

一、引言

在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，不同的學(xué)習(xí)者往往會(huì)有不同的知識(shí)背景、學(xué)習(xí)目的、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)速度、對(duì)知識(shí)的掌握程度、學(xué)習(xí)和考試的結(jié)果等。另一方面，不同的教師針對(duì)不同的學(xué)習(xí)者會(huì)采用不同的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度等。所有這些實(shí)際需求決定了教學(xué)流程的個(gè)性化特征。虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境（Virtual Learning Environments，簡(jiǎn)稱VLEs）是一種基于網(wǎng)絡(luò)的教育學(xué)習(xí)環(huán)境，其目的是在虛擬世界中模擬和改善現(xiàn)有的教學(xué)機(jī)制，如在網(wǎng)絡(luò)中支持各種各樣的教學(xué)目標(biāo)、對(duì)象、流程和內(nèi)容，并根據(jù)教師和學(xué)生的要求對(duì)它們進(jìn)行集成和控制，即教學(xué)流程的個(gè)性化創(chuàng)建和執(zhí)行。[1][2]本文力求對(duì)現(xiàn)有的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境模型進(jìn)行歸納和改良，以使教師和學(xué)生的個(gè)性化教學(xué)需求得到更有力的支撐，從而更有效地幫助學(xué)習(xí)者理解和運(yùn)用各種知識(shí)和技能，以進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)效率。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

國(guó)內(nèi)外專家已經(jīng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了眾多虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境模型，并在實(shí)踐中不斷地改進(jìn)。它們使用方便并提供了一系列教學(xué)工具，在一定程度上滿足了教學(xué)雙方的需求。[3]現(xiàn)將部分虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的功能進(jìn)行比較，如表所示。

我國(guó)在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境方面的研究已取得顯著成果。例如，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所智能信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與云南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)中心等部門聯(lián)合研發(fā)了一個(gè)基于Web的教學(xué)系統(tǒng)形式化模型。[3]該模型采用本體理論和技術(shù)（Ontology）來(lái)描繪領(lǐng)域知識(shí)的各項(xiàng)屬性，從而提高了教學(xué)資源的重用和共享程度。

國(guó)外在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境方面的研究已經(jīng)過(guò)多年的持續(xù)發(fā)展，目前已有眾多虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)被開發(fā)和應(yīng)用，并得到了作為使用方的院校、企業(yè)和其他組織的好評(píng)。例如，澳大利亞麥考瑞大學(xué)的麥考瑞杰卓越電子學(xué)習(xí)中心等單位開發(fā)出來(lái)的一個(gè)基于Java的學(xué)習(xí)軟件:學(xué)習(xí)活動(dòng)管理系統(tǒng) （LAMS，Learning Activity Management System）。 目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、阿根廷、澳大利亞、新西蘭等很多國(guó)家的大學(xué)及中學(xué)中廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)有虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境存在一些缺點(diǎn)與不足。通過(guò)詳細(xì)分析國(guó)內(nèi)外一系列虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境模型，筆者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境能夠在創(chuàng)建教學(xué)流程中支持一些個(gè)性化需求，如學(xué)習(xí)單元選擇、學(xué)習(xí)小組創(chuàng)建、學(xué)習(xí)順序確定和學(xué)習(xí)單元?jiǎng)h除等，但是支持的程度還存在較大不足且確定學(xué)習(xí)單元執(zhí)行條件和學(xué)習(xí)單元上鎖/解鎖等功能尚未實(shí)現(xiàn)。創(chuàng)建教學(xué)流程所涉及的一系列功能應(yīng)被視為一個(gè)整體，只有支持所有這些功能才能高效實(shí)現(xiàn)個(gè)性化創(chuàng)建教學(xué)流程。只支持部分功能或是對(duì)某一功能的簡(jiǎn)單支持都會(huì)降低教師和學(xué)生個(gè)性化教與學(xué)的能力。教師和學(xué)生不能根據(jù)各自的情況來(lái)協(xié)商確定學(xué)習(xí)單元的執(zhí)行條件，同時(shí)教師也不能通過(guò)上鎖/解鎖功能來(lái)有效地控制學(xué)習(xí)順序以及相應(yīng)的執(zhí)行條件，這將影響教師和學(xué)生的教學(xué)積極性，大幅降低教與學(xué)的效率。

另一方面，現(xiàn)有的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境不能在執(zhí)行過(guò)程中支持刪除學(xué)習(xí)單元、重修指定學(xué)習(xí)單元、增加學(xué)習(xí)單元、重新確定執(zhí)行條件、重新確定學(xué)習(xí)順序、重新確定指導(dǎo)教師和學(xué)習(xí)單元上鎖/解鎖等功能。由此教師不能根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況靈活改變教學(xué)內(nèi)容和控制教學(xué)進(jìn)程；學(xué)生不能根據(jù)執(zhí)行過(guò)程中自身新出現(xiàn)的情況來(lái)靈活調(diào)整相關(guān)教學(xué)流程。

表 虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境所支持的功能一覽

三、個(gè)性化虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境模型設(shè)計(jì)

針對(duì)教育者和學(xué)習(xí)者兩種對(duì)象，以及創(chuàng)建教學(xué)過(guò)程和執(zhí)行教學(xué)流程兩個(gè)階段，通過(guò)深入分析兩種對(duì)象在兩個(gè)階段的個(gè)性化需求，創(chuàng)建如圖1所示的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境模型。

1.創(chuàng)建教學(xué)流程

課程選擇：顯示課程信息，提供各種課程讓學(xué)習(xí)者按照相關(guān)教學(xué)要求及自身需求選擇。

確定指導(dǎo)教師：根據(jù)所顯示的教師信息、學(xué)生的自身需求以及教師的實(shí)際情況，學(xué)習(xí)者和教育者協(xié)商確定教師人選。

選擇學(xué)習(xí)單元：在教師的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)者根據(jù)教學(xué)的要求以及自身知識(shí)水平來(lái)確定相關(guān)學(xué)習(xí)單元。

確定學(xué)習(xí)順序：學(xué)習(xí)者根據(jù)教學(xué)的要求、自身知識(shí)水平和學(xué)習(xí)習(xí)慣等，與教師協(xié)商確定學(xué)習(xí)順序。

確定學(xué)習(xí)單元執(zhí)行條件：教師根據(jù)教學(xué)大綱的要求、學(xué)生的知識(shí)水平、學(xué)習(xí)能力和學(xué)生的個(gè)人意見等情況，確定每一個(gè)學(xué)習(xí)單元的執(zhí)行條件。

學(xué)習(xí)單元上鎖/解鎖：教師對(duì)學(xué)習(xí)單元進(jìn)行上鎖和解鎖，以確保學(xué)生滿足相關(guān)學(xué)習(xí)單元執(zhí)行條件，從而高效地完成既定的教學(xué)計(jì)劃。

組建學(xué)習(xí)小組：學(xué)習(xí)小組是學(xué)習(xí)的基本單位，小組成員可以通過(guò)協(xié)作共同提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)習(xí)者在教師的指導(dǎo)下，通過(guò)相互之間的協(xié)商加入已有學(xué)習(xí)小組或組建新的學(xué)習(xí)小組。

刪除學(xué)習(xí)單元：教師和學(xué)生通過(guò)協(xié)商刪除某些學(xué)習(xí)單元，以達(dá)到優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的目的。

2.執(zhí)行教學(xué)流程

刪除學(xué)習(xí)單元：根據(jù)學(xué)習(xí)者和教育者在執(zhí)行教學(xué)流程中出現(xiàn)的新情況，教師和學(xué)生通過(guò)協(xié)商來(lái)刪除相關(guān)學(xué)習(xí)單元。

增加學(xué)習(xí)單元：在實(shí)際執(zhí)行教學(xué)流程中，根據(jù)教師對(duì)學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)情況的判斷以及學(xué)生自身所出現(xiàn)的新的實(shí)際需求，教育者與學(xué)習(xí)者協(xié)商確定增加新的學(xué)習(xí)單元。

重建學(xué)習(xí)小組：在共同學(xué)習(xí)一段時(shí)間后，部分小組成員可能會(huì)因?yàn)楦鞣N原因請(qǐng)求與某個(gè)或一些學(xué)習(xí)者分開，學(xué)習(xí)者和教育者可以協(xié)商確定建立新的學(xué)習(xí)小組，也可把相關(guān)學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)入其他已有的學(xué)習(xí)小組。

重新確定指導(dǎo)教師：在教學(xué)執(zhí)行過(guò)程中，部分學(xué)習(xí)者可能會(huì)出現(xiàn)要求更換指導(dǎo)教師的情況，教師也可能由于某些原因不便再指導(dǎo)這名或這些學(xué)生。在此情況下，教師與學(xué)生可以通過(guò)協(xié)商，來(lái)重新確定相關(guān)指導(dǎo)教師。

重修指定學(xué)習(xí)單元：在學(xué)生沒(méi)有達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，不能通過(guò)考試等情況下，教師可以通過(guò)上鎖/解鎖功能讓其重學(xué)某個(gè)或某些單元的知識(shí)，以達(dá)到相關(guān)教學(xué)要求。

重新確定執(zhí)行條件：根據(jù)教育者和學(xué)習(xí)者所出現(xiàn)的新情況和新要求，教師和學(xué)生協(xié)商確定某些學(xué)習(xí)單元新的執(zhí)行條件。

重新確定學(xué)習(xí)順序：通過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，已有的學(xué)習(xí)順序可能不能適應(yīng)學(xué)生個(gè)人學(xué)習(xí)情況的變化，教學(xué)流程也可能由于添加或刪除某些學(xué)習(xí)單元而需重新設(shè)置學(xué)習(xí)順序，教師和學(xué)生可通過(guò)協(xié)商改變?cè)械膶W(xué)習(xí)順序。

學(xué)習(xí)單元上鎖/解鎖：根據(jù)教學(xué)流程執(zhí)行過(guò)程中，教育者和學(xué)習(xí)者所出現(xiàn)的新情況，如學(xué)習(xí)單元、學(xué)習(xí)順序、執(zhí)行條件的變化，教師需要重新對(duì)相關(guān)學(xué)習(xí)單元進(jìn)行上鎖和解鎖控制。

3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

語(yǔ)義本體庫(kù)：語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)使用XML來(lái)定義定制的文檔標(biāo)簽格式以及用RDF的靈活性來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)，并用本體的網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言O(shè)WL來(lái)描述文檔中的術(shù)語(yǔ)的相關(guān)語(yǔ)義信息和它們之間的關(guān)系。語(yǔ)義本體庫(kù)存儲(chǔ)了以上文本信息，以及所形成的框架語(yǔ)義信息、本體框架結(jié)構(gòu)、本體關(guān)系、查詢公式和本體匹配規(guī)則等，并最終通過(guò)它們完成信息更新，推理和描述。

實(shí)體信息庫(kù)：可以存儲(chǔ)和更新學(xué)習(xí)者、指導(dǎo)教師、學(xué)習(xí)單元及控制信息、學(xué)習(xí)順序和學(xué)習(xí)小組等各個(gè)部分的具體數(shù)據(jù)，以供系統(tǒng)提取使用。如學(xué)習(xí)單元實(shí)體信息庫(kù)，該庫(kù)存儲(chǔ)了學(xué)習(xí)單元的名稱、來(lái)源、知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容、控制信息、創(chuàng)建時(shí)間和創(chuàng)建人等具體信息。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

首先，學(xué)生A注冊(cè)登錄虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境系統(tǒng)，以“Java程序設(shè)計(jì)教程”第六章為例，開始創(chuàng)建個(gè)性化教學(xué)流程：

第一步，點(diǎn)擊課程選擇按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)顯示課程列表。單擊課程對(duì)象，學(xué)生可以在信息顯示欄查看相關(guān)課程信息，點(diǎn)擊選擇要求學(xué)習(xí)的課程“Java程序設(shè)計(jì)教程”。

第二步，點(diǎn)擊確定指導(dǎo)教師按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)顯示教師列表，單擊教師對(duì)象后可以在信息欄查看教師信息以進(jìn)行選擇。在教師登錄確定同意后，雙方正式確定指導(dǎo)教師和學(xué)習(xí)者的關(guān)系；若教師不同意，則學(xué)生將重新選擇。

第三步，在確定了指導(dǎo)教師A后，學(xué)生和教師通過(guò)協(xié)商確定需要學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)單元（LearningUnit，下文簡(jiǎn)稱LU）。通過(guò)E-mail通信，學(xué)生提出“LU1面向?qū)ο蠹夹g(shù)的編程特點(diǎn)”的知識(shí)已經(jīng)掌握，教師考察同意后LU1不被選入。點(diǎn)擊選擇學(xué)習(xí)單元按鈕，選擇LU2至LU8共七個(gè)學(xué)習(xí)單元作為學(xué)習(xí)對(duì)象。

第四步，指導(dǎo)教師和學(xué)生協(xié)商確定LU的學(xué)習(xí)順序。在LU的創(chuàng)建中，創(chuàng)建者已經(jīng)考慮該章學(xué)習(xí)的一般流程，即從LU1到LU8的學(xué)習(xí)順序。指導(dǎo)教師和學(xué)生通過(guò)在線聊天工具討論后發(fā)現(xiàn)該流程也適合本次學(xué)習(xí)，于是決定按一般學(xué)習(xí)順序進(jìn)行學(xué)習(xí)，結(jié)果如圖2所示。

第五步，教師在考慮學(xué)生的情況和意見后，根據(jù)大綱要求和實(shí)際情況確定LU執(zhí)行的條件。該門課作為學(xué)生的專業(yè)課學(xué)習(xí)，學(xué)生必須熟練掌握知識(shí)方可進(jìn)行下一個(gè)LU的學(xué)習(xí)。單擊LU，教師在信息欄中輸入執(zhí)行條件完成設(shè)置。

第六步，教師要控制教學(xué)流程按計(jì)劃進(jìn)行，需要對(duì)流程所包括的LU上鎖。只有在教師確認(rèn)相關(guān)條件滿足時(shí)（如較好完成了前幾個(gè)LU），才會(huì)打開下一個(gè)LU。點(diǎn)擊學(xué)習(xí)單元上鎖/解鎖按鈕，然后單擊對(duì)應(yīng)的LU，在信息欄中完成上鎖和解鎖設(shè)置。

第七步，在指導(dǎo)教師的推薦和建議下，學(xué)生和學(xué)生之間協(xié)商組建學(xué)習(xí)小組，或加入已有的學(xué)習(xí)小組，以便進(jìn)行小組學(xué)習(xí)。點(diǎn)擊組建學(xué)習(xí)小組按鈕，已有學(xué)習(xí)小組的信息將在界面上顯示。單擊小組對(duì)象，可以在信息欄中查看小組信息，然后通過(guò)E-mail和留言板與小組創(chuàng)建者通信，請(qǐng)求加入。若小組創(chuàng)建者同意，則加入小組；不同意，則重新進(jìn)行選擇。另外，也可以單擊創(chuàng)建學(xué)習(xí)小組按鈕，給學(xué)習(xí)者發(fā)送E-mail，邀請(qǐng)他們加入小組共同學(xué)習(xí)。

在創(chuàng)建過(guò)程中，教師和學(xué)生可以協(xié)商確定刪除某些LU，優(yōu)化調(diào)整后最終完成教學(xué)流程的創(chuàng)建。

在執(zhí)行教學(xué)流程過(guò)程中，教育者和學(xué)習(xí)者根據(jù)自身情況的變化，會(huì)產(chǎn)生新的需求，相關(guān)情況描述如下：

在課余時(shí)間，學(xué)習(xí)者通過(guò)自學(xué)掌握了LU4，發(fā)送E-mail與指導(dǎo)教師溝通并由教師考察通過(guò)后，決定刪除LU4。單擊LU4，再點(diǎn)擊垃圾桶，即可刪除。

在完成前兩個(gè)單元的學(xué)習(xí)后，教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生并沒(méi)有熟練掌握這兩個(gè)單元的知識(shí)，于是決定增加一個(gè)練習(xí)單元在LU3之后。單擊增加學(xué)習(xí)單元按鈕，選擇LU9練習(xí)單元。點(diǎn)擊確定后，練習(xí)單元出現(xiàn)在教學(xué)流程中，拖放在LU3后增加LU就完成了，結(jié)果如圖3所示。

在完成LU4后，教師和學(xué)生發(fā)現(xiàn)對(duì)方的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法并不能很好地配合，學(xué)習(xí)效果不夠理想。雙方通過(guò)E-mail交流后決定由學(xué)生通過(guò)重新確定指導(dǎo)教師功能，重新選擇新的指導(dǎo)教師進(jìn)行其余LU的學(xué)習(xí)。新的指導(dǎo)教師與學(xué)生進(jìn)行在線交流討論，決定改變學(xué)習(xí)的順序，交換LU5與LU6的位置，并重新設(shè)置各個(gè)LU的執(zhí)行條件。點(diǎn)擊重新確定學(xué)習(xí)順序按鈕，拖動(dòng)兩個(gè)LU交換位置，完成箭頭的指向。然后點(diǎn)擊重新確定執(zhí)行條件按鈕，單擊LU，在相應(yīng)的信息欄中修改執(zhí)行條件。

在執(zhí)行過(guò)程中，學(xué)習(xí)者完成了LU5的學(xué)習(xí)后，教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生其實(shí)并沒(méi)有很好地掌握LU3的知識(shí)。通過(guò)點(diǎn)擊重修指定學(xué)習(xí)單元按鈕，給LU9和LU5上鎖，讓其重新進(jìn)行LU3的學(xué)習(xí)。

學(xué)習(xí)過(guò)程中，若學(xué)習(xí)者之間出現(xiàn)矛盾或不能很好地協(xié)作學(xué)習(xí)，通過(guò)E-mail通信獲得指導(dǎo)教師同意后，學(xué)習(xí)者可以要求退組并重新組建學(xué)習(xí)小組。點(diǎn)擊重建學(xué)習(xí)小組按鈕，單擊退出小組按鈕后可以組建新的小組或加入別的小組。

五、結(jié)束語(yǔ)

如何最大程度地支持個(gè)性化教與學(xué)是教育技術(shù)學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)之一?，F(xiàn)有的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境在滿足教師和學(xué)生的個(gè)性化需求方面存在較大不足，從而難以支持用戶靈活地設(shè)計(jì)和執(zhí)行符合自身情況的教學(xué)流程。鑒于此，本文對(duì)如何個(gè)性化地創(chuàng)建教學(xué)流程及其執(zhí)行過(guò)程中的個(gè)性化控制給出了一個(gè)解決方案，在一定程度上滿足了教育者和學(xué)習(xí)者的實(shí)際需求。當(dāng)然，我們的研究工作還存在一些不足。例如，在這個(gè)模型中教師的任務(wù)繁重而教師資源是有限的，如何用人工智能的理論和技術(shù)來(lái)幫助教師高效地完成相關(guān)工作將作為今后研究的一個(gè)主要課題。

[1]Yufang Cheng,Jun Yea.Exploring the social competence of students with autism spectrum conditions in a collaborative virtual learning environment-The pilot study[J].Computers&Education,2010,54（4）:1068-1077.

[2]LipengWen,ChrisJesshope.AGeneralLearningManagement System Based on Schema-Driven Methodology[A];Proceedings of the4th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies[C].Joensuu,Finland,2004:633-635.

[3]李志平,劉敏昆,孫瑜.基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2006（2）:208-210.

（編輯：楊馥紅）

G434

A

1673-8454（2010）19-0063-04

*本課題是浙江省教育科學(xué)規(guī)劃研究課題（項(xiàng)目編號(hào)：SCG22），并受2009年浙江省教育廳科研項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：Y200908675）。