于姍姍，黃煙波

（中南大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，湖南 長沙410083）

引言

21世紀(jì)，人類全面進(jìn)入信息化時(shí)代，信息技術(shù)已深度融入國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的各個(gè)方面。教育部近期發(fā)布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011－2020 年）》[1]強(qiáng)調(diào)促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享，推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，實(shí)現(xiàn)教育思想、理念、方法和手段全方位創(chuàng)新。因此，基于開放式理念的教學(xué)環(huán)境逐步融入數(shù)字化校園中，在實(shí)現(xiàn)信息資源共享的同時(shí)，也由于它的迅速膨脹及無結(jié)構(gòu)化使得檢索這個(gè)問題不斷面臨著挑戰(zhàn)。

一、開放式學(xué)習(xí)

2001年美國麻省理工學(xué)院正式開展MIT OCW（MIT Open-Course Ware），即“開放式課程網(wǎng)頁計(jì)劃”，目標(biāo)是在10年內(nèi)將所有的課程材料公布于網(wǎng)上，供全世界的人免費(fèi)下載使用。截止2007年11月，麻省理工學(xué)院開放課件項(xiàng)目歷經(jīng)7年的發(fā)展后完成了里程碑式的計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)了發(fā)布所有的預(yù)定目標(biāo)，這些課程都以網(wǎng)頁的形式呈現(xiàn)。

90年代以前，世界上許多大學(xué)和教授認(rèn)為，通過網(wǎng)上出售課程資料是一種贏取利益的方式，而開放式課程網(wǎng)頁的支持者認(rèn)為，將資源免費(fèi)共享是完成大學(xué)的公共服務(wù)和相關(guān)延伸任務(wù)的一個(gè)重要途徑。因此，開放式課件以一種迅速快捷、影響廣泛的方式傳達(dá)了麻省理工學(xué)院在全世界范圍內(nèi)推進(jìn)教育的理念，世界各地的教育者和學(xué)者都能從這項(xiàng)計(jì)劃中受益，同時(shí)也加入到了一個(gè)世界性的學(xué)習(xí)型群體中，公開、自由地分享知識(shí)與交流思想，實(shí)現(xiàn)真正意義上的互動(dòng)。正如現(xiàn)任全球開放課程共享聯(lián)盟主席的斯蒂芬·卡森[2]所認(rèn)為：“大學(xué)的使命是分享知識(shí)，我們的項(xiàng)目正是為全世界的教育機(jī)構(gòu)和個(gè)人提供幫助，改變大學(xué)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)，讓更多的人從中受益?！?/p>

同時(shí)，放眼世界各國的大學(xué)都開展了結(jié)合自身特色的開放課程項(xiàng)目。如世界最強(qiáng)大學(xué)之一的斯坦福，選擇了和業(yè)界巨頭蘋果合作，這樣所有在斯坦福網(wǎng)絡(luò)得到的資料都可以直接傳入iPad和Mac播放，用戶更是可以在自己的iTunes中為斯坦福專門建立一個(gè)分類；又如英國最大的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)公開學(xué)院，每一個(gè)注冊(cè)的學(xué)生都能在里面找到自己想要的資料，無論是歷史還是藝術(shù)，或者教育和信息技術(shù)。

就國內(nèi)而言，根據(jù)調(diào)查分析顯示，目前我國的“開放式”學(xué)習(xí)方式主要是由高校提供學(xué)習(xí)場(chǎng)地和計(jì)算機(jī)設(shè)備，通過單機(jī)版安裝軟件或者光盤播放進(jìn)行學(xué)習(xí)。最具代表性的是處于起步階段的“超星”，它以數(shù)字圖書館的形式，當(dāng)用戶下載安裝“超星”閱讀器后，可以免費(fèi)在線閱讀海量信息。但這種形式上的“開放式”并沒有準(zhǔn)確傳達(dá)麻省理工學(xué)院項(xiàng)目的真正意義，而只是一味的灌入大量資源，沒有充分利用當(dāng)前數(shù)字校園提供的優(yōu)良網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持，相對(duì)來說是種封閉狀態(tài)。這種情況會(huì)使得資源重復(fù)性高，共享率低，形成一定的“資源孤島”現(xiàn)象。

因此，當(dāng)各種移動(dòng)設(shè)備層出不窮的出現(xiàn)在人們視線時(shí)，結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)的終端學(xué)習(xí)是一種讓學(xué)生能夠隨時(shí)隨地根據(jù)自我需求進(jìn)行學(xué)習(xí)，加強(qiáng)實(shí)時(shí)交互的開放方式。

二、基于開放式學(xué)習(xí)的資源庫平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

目前，針對(duì)資源素材開發(fā)的平臺(tái)普遍是根據(jù)高校基礎(chǔ)課程和理、工、農(nóng)、醫(yī)、文、管科進(jìn)行分類，比如：國家、省、校級(jí)精品課程網(wǎng)，中國高等學(xué)校教學(xué)資源網(wǎng)等，這樣的分類方式比較容易產(chǎn)生課程內(nèi)容重復(fù)制作的現(xiàn)象，因此本平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)上則是按照資源素材屬性的基本五大類：文本、圖形/圖像、視頻、音頻、動(dòng)畫進(jìn)行劃分。通過這種方式，能夠進(jìn)一步將資源內(nèi)容細(xì)分化，增加用戶的可選擇性。圖1為平臺(tái)功能模塊圖。

圖1 功能模塊圖

2.海量信息檢索

目前無論是小型網(wǎng)站還是大型的信息數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，檢索一直都是信息處理研究的熱點(diǎn)問題。例如最近幾年進(jìn)入人們視線的云服務(wù)，它是通過云計(jì)算方式對(duì)海量信息并行計(jì)算進(jìn)行快速檢索等等。因此在本平臺(tái)中考慮引入專家系統(tǒng)的推理機(jī)概念，專家系統(tǒng)是人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，根據(jù)多個(gè)知識(shí)/性能進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程解決問題，用戶可以通過各種關(guān)鍵字信息在這樣一個(gè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上快速檢索所需的資源素材。圖2為開放式學(xué)習(xí)的資源庫檢索原理結(jié)構(gòu)圖。其中資源庫的人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)用戶與推理機(jī)之間的數(shù)據(jù)輸入及結(jié)果反饋,推理機(jī)則根據(jù)屬性庫來進(jìn)行推理。

圖2 資源庫檢索原理結(jié)構(gòu)圖

3.接口技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境結(jié)合

數(shù)字化校園建設(shè)的逐步發(fā)展給高校提供了優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)條件。特別是近幾年來，除了基本的局域網(wǎng)配置外，無線網(wǎng)絡(luò)也在慢慢的覆蓋。另外，繼GSM、GPRS、EDGE后的第三代數(shù)字通信技術(shù)，即3G技術(shù)的上市都使得人們?cè)陂_發(fā)網(wǎng)絡(luò)資源的同時(shí)必須考慮到這些條件。因此，在本平臺(tái)中通過構(gòu)建統(tǒng)一認(rèn)證接口，結(jié)合各種網(wǎng)絡(luò)開放給不同設(shè)備，從實(shí)質(zhì)上實(shí)現(xiàn)“開放式學(xué)習(xí)”的精髓所在。

三、基于開放式學(xué)習(xí)的資源庫專家系統(tǒng)檢索研究

資源檢索一直是多媒體應(yīng)用和信息處理研究的熱點(diǎn)問題，它包含了索引、判斷、模糊匹配等多方面知識(shí)。通過專家系統(tǒng)進(jìn)行推理檢索是一種高效準(zhǔn)確的方式，其推理過程可以從正向推理、逆向推理、混合推理和模糊推理等幾個(gè)方向進(jìn)行。

1.正向推理

正向推理是指從已知事實(shí)出發(fā)，按照一定的策略，運(yùn)用知識(shí)庫中的知識(shí)，推理出結(jié)論的過程。在本平臺(tái)中，當(dāng)用戶明確所需的素材時(shí)，一方面可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫給定的屬性關(guān)鍵字進(jìn)行逐一的排除查找；另一方面還可以依據(jù)數(shù)據(jù)庫所保留的用戶相似查詢概率最多關(guān)鍵字檢索。因此，如果以樹形圖的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，是由根節(jié)點(diǎn)往葉節(jié)點(diǎn)的推理過程。其中根節(jié)點(diǎn)表示用戶需要查找的目標(biāo)素材，各個(gè)葉節(jié)點(diǎn)表示推理查找過程中所輸入的屬性關(guān)鍵字。

圖3 正向推理樹結(jié)構(gòu)圖

以某大學(xué)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》視頻教程為例，具體闡述正向推理過程。如圖2所示，當(dāng)用戶確定檢索目標(biāo)，首先應(yīng)圈定素材的類型為視頻，在此基礎(chǔ)上分三層進(jìn)一步判斷。第一層：由一級(jí)學(xué)科和二級(jí)學(xué)科兩個(gè)屬性級(jí)聯(lián)推出土木工程專業(yè)所有相關(guān)視頻；教育層次本科和素材庫中全部基礎(chǔ)課結(jié)合推出本科階段全部基礎(chǔ)課視頻屬性；再根據(jù)素材作者名字以及素材所限定的大小篩選出該作者相關(guān)視頻；最后由單位名稱以及不限一個(gè)的關(guān)鍵字搜索出出自該大學(xué)包含關(guān)鍵字屬性的所有教學(xué)視頻 （關(guān)鍵字在此例中可以為力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)等）。第二層：通過第一層判斷的四個(gè)結(jié)果，兩兩結(jié)合推斷出土木工程專業(yè)本科階段的基礎(chǔ)課教學(xué)視頻以及該大學(xué)該作者結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)視頻兩個(gè)綜合屬性。第三層：將第二層的結(jié)果再次進(jìn)行組合判斷最終得出某大學(xué)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》全部教學(xué)視頻。

通過這種推理方式，使用戶非常明確自己的目的和要求，在選擇排除的過程中不會(huì)混亂以及漫無目的。除此之外，還可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫中保留的查詢輸入最多關(guān)鍵字的方式推斷，如：最近一周點(diǎn)擊下載率最多視頻，結(jié)構(gòu)力學(xué)，大學(xué)名稱等等。

2.逆向推理

逆向推理則是指從表示目標(biāo)的命題出發(fā)，使用一組推理規(guī)則，來證明命題成立，即逐一驗(yàn)證提出的假設(shè)。用戶確定學(xué)習(xí)的目的或者所想要達(dá)到的效果即是個(gè)假設(shè)，通過為達(dá)到這個(gè)假設(shè)目標(biāo)而逆向逐步推理查找出過程中所要滿足的條件，也就是循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)的資源素材。

例如，用戶需要掌握某個(gè)知識(shí)點(diǎn)而檢索《結(jié)構(gòu)力學(xué)》的某節(jié)教學(xué)視頻時(shí)，可以先通過查找鄰近相關(guān)學(xué)科，比如物理或是機(jī)械等等，通過它們的共有課程《力學(xué)》這一關(guān)鍵字證明前一假設(shè)正確，再在此基礎(chǔ)上逐步驗(yàn)證排除反推得到選擇的結(jié)果。

這種方式的優(yōu)越之處在于不限定單個(gè)檢索路線，可供參考的結(jié)果較多，而且考慮的范圍比較周全，同時(shí)便于檢索過程中知識(shí)點(diǎn)的推送和查詢方向的判斷。

3.混合推理

混合推理屬于專家系統(tǒng)中一種比較綜合的方法，它將正向和逆向兩種推理方式進(jìn)行結(jié)合。用戶既可以根據(jù)圈定的屬性或其它關(guān)鍵字由兩端向中間推理，也可以取任一個(gè)節(jié)點(diǎn)往兩端發(fā)散，這種推理方式相對(duì)其他兩種效率更高結(jié)果也更精準(zhǔn)。

例如，圈定素材的類型為視頻，學(xué)科為土木工程，根據(jù)這兩個(gè)方向的屬性，可以初步得到土木工程相關(guān)的所有視頻素材。然后再逐一輸入具體的知識(shí)點(diǎn)或是課程名稱等進(jìn)一步推出《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)視頻。

4.模糊推理

模糊推理又稱模糊邏輯推理，是指在確定的模糊規(guī)則下，由已知的模糊命題推出新的模糊命題作為結(jié)論的過程?；谀：评淼亩x，推理方法又可分為Mamdani推理法、Larsen推理法、Zadeh推理法等等。

以Mamdani推理法為例，核心思想是通過計(jì)算兩個(gè)模糊集合的笛卡爾積得到集合之間的模糊關(guān)系，即

假設(shè)將素材的五種類型分別賦予 0.3、0.1、0.3、0.2、0.1的權(quán)重值形成模糊集合，另將某門課程的四個(gè)關(guān)鍵字賦予0.4、0.2、0.1、0.1的權(quán)重值形成模糊集合，根據(jù)集合與集合相乘后得出的模糊蘊(yùn)含關(guān)系矩陣便可以了解每門課程的每種類型素材的權(quán)重比例，便于關(guān)鍵字和知識(shí)點(diǎn)的推送，進(jìn)而提高檢索的效率。具體計(jì)算過程如圖3所示。

圖4 模糊關(guān)系矩陣

四、結(jié)語

在教育信息化的時(shí)代，知識(shí)的共享更加重要，如何創(chuàng)造一個(gè)真正意義上的“開放式學(xué)習(xí)”環(huán)境是當(dāng)今教育改革的重點(diǎn)方向,基于開放式學(xué)習(xí)資源庫服務(wù)平臺(tái)起到很大的示范作用。它將海量的形式豐富的資源素材匯總在一起，利用高校校園的優(yōu)良網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過統(tǒng)一認(rèn)證系統(tǒng)和接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的自主化學(xué)習(xí)。同時(shí)，根據(jù)專家系統(tǒng)的多種推理判斷來增強(qiáng)資源庫檢索功能，很大程度上體現(xiàn)了人工智能的思想，也方便了用戶使用。

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