馬容生

（柳州職業(yè)技術(shù)學院 信息工程系，柳州 545006）

0 引言

在知識“爆炸性”增長的當今時代，各國教育的改革均把著眼點和立足點放在培養(yǎng)學生的素質(zhì)、提高學生的能力上，由于學習者學習基礎(chǔ)參差不齊，在學習的方法、能力、進度和效率上各有不同，這就決定了對于不同的學生教學過程、教學方法以及教學內(nèi)容都應有所區(qū)別。傳統(tǒng)的以課堂教學為主、面對面的教學模式因為受到時間和空間等諸多因素的限制，已日漸不能滿足知識更新極快的現(xiàn)代教育發(fā)展的需要，而基于Web的遠程教育采用異步交互學習方式，具有時空自由、資源共享、系統(tǒng)開放、便于協(xié)作等優(yōu)點，打破了教育的時空限制，滿足了學習的多媒體化需求，向?qū)W生提供開放式、自主式的虛擬學習環(huán)境。

1 .NET簡介

Visual Studio.NET是Microsoft公司推出的具有戰(zhàn)略性發(fā)展的新一代開發(fā)平臺，它將Microsoft公司所有編程語言的開發(fā)環(huán)境統(tǒng)一起來，可以創(chuàng)建、配置和運行Web應用程序和XML Web Service。在.NET框架中，所有的編程語言編寫的程序都將生成托管代碼，并且可以一次編寫，隨處運行。用.NET開發(fā)環(huán)境創(chuàng)建的Web應用程序和XML Web Service具有安全性、可伸縮性、高可用性以及與設(shè)備無關(guān)性的特點，通過使用XML Web Service，應用程序可以共享數(shù)據(jù)并調(diào)用其它應用程序。為此，我們在研究.NET平臺支撐技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合SQL Service數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，開發(fā)出基于.NET的自適應學習系統(tǒng)，給學習者創(chuàng)造一個良好的學習環(huán)境。

2 基于.NET的自適應學習系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計目標

基于.NET的自適應學習系統(tǒng)其總體目標為：在研究個性化網(wǎng)絡(luò)多媒體教育關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)個性化、自適應的web學習環(huán)境。它集課程構(gòu)建和學習、考試和測驗、個性化學習策略和評估等功能為一體，為通過Internet學習的用戶構(gòu)建了功能完備，體現(xiàn)個性化特征的學習平臺。

2.2 系統(tǒng)學習機制

自適應學習系統(tǒng)采用B/S模式構(gòu)建，如圖1所示。系統(tǒng)分為前臺和后臺，前臺主要提供給學生進行學習，學生可依據(jù)自己的水平和需求選擇相應的學習模式：知識點學習和案例學習。每次學習過程結(jié)束都會進入測試或考試模塊，系統(tǒng)自動根據(jù)測試成績對學習的狀況進行評估，給學生提供下一步學習的參考學習策略。后臺主要提供給教師進行常規(guī)的數(shù)據(jù)維護，包括對學生信息、教師信息、知識庫、試題庫、出題策略庫、學習策略庫等的數(shù)據(jù)的增減、修改、保存等。

2.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

自適應學習系統(tǒng)其功能模塊主要包括知識學習系統(tǒng)、測驗考試系統(tǒng)、學習策略決策系統(tǒng)和數(shù)據(jù)維護系統(tǒng)四大功能模塊,如圖2所示：

1）知識學習系統(tǒng)提供學生進行學習的資源。它包含知識點學習和案例學習兩種學習方式以及相關(guān)的練習和模擬實驗。在知識點學習模式下，學習內(nèi)容的組織由一系列相對獨立而同時又具有內(nèi)在聯(lián)系的知識點組成，每個知識點都包含與本知識點相關(guān)的文本、圖形圖象、動畫、視頻等資源，學生可按傳統(tǒng)學習方式進行學習；對于案例學習模式，模擬真實的實驗環(huán)境，演示各種典型案例及其操作步驟，同時配以文字說明，學生可在觀摩案例演示的基礎(chǔ)上，自已動手進行實驗，并對實驗進行相關(guān)擴展。兩種學習模式可以隨時轉(zhuǎn)換，互為補充。

2）測驗考試模塊的主要功能是對學生已學過的知識進行測試（針對知識點）或考試（針對整門課程），從而獲得學生對所學知識的掌握情況。在這個模塊中主要解決的是試題的抽取、試卷的組卷、試卷收集以及考試成績分析等功能。

3）學習策略決策模塊主要對學習的個性化信息進行分析與管理，向不同學生呈現(xiàn)不同的學習策略。當學生首次注冊時，通過預先設(shè)定的測試，了解學生對本課程知識的掌握情況，從而安排學生對本課程的學習計劃。在后續(xù)的學習過程中，通過對學習日志中所學知識點、訪問時間頻率、訪問時間段、停留時間、訪問行為等進行動態(tài)分析，了解學生的學習進程，而通過測試結(jié)果的分析，了解學生的學習效果，從而制定相應的學習策略，安排學生下次學習的內(nèi)容。

圖1 自適應學習系統(tǒng)

圖2 自適應學習系統(tǒng)的功能模塊

關(guān)的表，如：組卷策略表、學習策略表、學習日志表等

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)

3.1 組卷策略的自適應調(diào)整

測試卷的自適應組卷策略是指在測試的實施過程中，根據(jù)每一位學生在學習過程中的實際水平自動調(diào)節(jié)一份試卷中試題的類型、數(shù)量和難度，為每位學生提供與學生能力相適應的測試試卷。

針對各知識點的要求，把單知識點組卷策略按由易到難分為多個級別，事先存儲在組卷策略庫中。學生首次進行測試時任選一個組卷策略，并將組卷策略及學生的測試成績保存到學習日志中。當學生對同一知識點進行多次測試時，若上

2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在整個學習系統(tǒng)中包括了四個數(shù)據(jù)庫，分別為：學習庫、知識庫、試題庫和策略庫。1）學習庫中主要包含與學生相關(guān)的信息表，如：學生基本信息表、學生學習情況表、學生測試情況表等。2）知識庫中主要包含與課程、案例相關(guān)的信息表，如：知識點表、知識點關(guān)聯(lián)表、案例表、知識點案例關(guān)聯(lián)表等3）試題庫中主要包含與試題相關(guān)的表，如：試題表、試題知識點關(guān)聯(lián)表、試題答案表等4）策略庫主要包含與系統(tǒng)策略相次測試沒有達到學習標準，選擇低一級難度的組卷策略。若上次測試達到學習標準，則可選擇高一級難度的組卷策略。

表1 某單知識點的多級組卷策略

由于不同的組卷策略選取的題目難度不同，學生測試所得分數(shù)的比重也不相同，因此在計算學習測試成績時應將學生測試所得分數(shù)乘以組卷策略對應的分數(shù)因子，才是學生真正的測試成績。

3.2 試題難度系數(shù)的自適應調(diào)整

試題難度系數(shù)可由教師根據(jù)經(jīng)驗在錄入時進行設(shè)定。此后可根據(jù)試抽題次數(shù)及學生答題正確的次數(shù)自動調(diào)整試題的難度系數(shù)。

設(shè)某試題難度系數(shù)分為 E 級，設(shè)定該試題抽取數(shù)達到n后對其難度系數(shù)進行調(diào)整，則該試題在達到抽取題數(shù)n的正確率p為：

其中，nA為累計正確答題的次數(shù)，n為試題的抽取次數(shù)。

若在n次答題后學生答題的正確率在30%-80%的范圍之內(nèi)，此時該題目的難度系數(shù)比較合適，否則需要調(diào)整其難度系數(shù)的值。調(diào)整方法為：

若p＜0.3，題目較難，難度系數(shù)E+1若p＞0.8，題目較容易，難度系數(shù)E-1每次難度系數(shù)調(diào)整過后，我們均將試題的抽取次數(shù)和正確答題的次數(shù)的值做清0處理。

隨著考試次數(shù)的增加，本系統(tǒng)靠自學習不斷調(diào)整試題的難度系數(shù)，使其能夠適應考試群體的變化。

3.3 學生學習策略的自適應調(diào)整

在學習系統(tǒng)中，對每個學生我們將應學的知識點按知識點之間的聯(lián)系進行動態(tài)拓撲排序，根據(jù)學生對知識點的掌握情況確定在拓撲序列中各知識點的狀態(tài)，確定該學生的學習策略。

設(shè)所有知識點為Z0，Z1，…，Zn，知識點Zi對應的狀態(tài)為Ri，對應測試成績?yōu)門i，則：

1）學生初始登陸后，創(chuàng)建學習拓撲序列S，將初設(shè)的知識點Z0加入到T中，R0＝0。

2）若對S中的任一ZI，都有Ri≠0，則學生已學完所有知識點，可以進行課程考試。否則將S中所有R≤0的知識點按拓撲序列呈現(xiàn)給學生，由學生自由選擇其中之一進行學習。

3）設(shè)學生選擇Zm進行學習后，測試成績?yōu)門m，則：

若Tm≥60，修改Rm＝－1,并將Zm的所有直接后繼加入到S中，同時將所有加入結(jié)點的R值置為0。若Tm≥80 ，修改Rm＝1。

若Tm＜60且測試次數(shù)達五次以上，則在S中找到Zm的所有前導知識點，并將這些知識點的R置為－1。

4）返回 2。

通過以上的算法，就可以自適應地針對學生對知識掌握程度，向?qū)W生呈現(xiàn)個性化的教學內(nèi)容，保證了學生對每一個教學內(nèi)容的掌握。

4 結(jié)束語

根據(jù)以上系統(tǒng)分析,我們采用Visual Stodio.NET 2005設(shè)計平臺+ SQL SERVER 2000 數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境,開發(fā)出《Visual Basic程序設(shè)計》自適應學習系統(tǒng)，并在教學中加以應用，學生學習成績普遍有所提高，師生反映良好?；?NET的自適應學習系統(tǒng)是一種新的教學模式，有著較高的研究價值。今后除了根據(jù)學生每次學習測試的結(jié)果來確定其掌握知識點的情況來對應調(diào)整學習策略外，還可以收集、整理學習過程中產(chǎn)生的各類信息如學習時間，學習內(nèi)容、學習頻度，學習習慣、學習效果等，采用統(tǒng)計學、模糊數(shù)學、控制科學中的相關(guān)理論和算法進一步實現(xiàn)對學習數(shù)據(jù)的挖掘，自動獲取學習過程中的動態(tài)信息，并以此對學習策略進行自適應調(diào)整，讓學生更好地完成學習目標。

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