黃力明

(鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校 電子與信息工程系，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

個(gè)性化計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

黃力明

(鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校 電子與信息工程系，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

介紹計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括課程教案、習(xí)題測(cè)驗(yàn)、答疑、考試等全部教學(xué)環(huán)節(jié)在內(nèi)的功能模塊。通過Internet平臺(tái)并利用瀏覽器軟件，學(xué)生可參考系統(tǒng)提供的學(xué)習(xí)策略采用自由靈活的方式完成課程的全部學(xué)習(xí)任務(wù)，教師可輕松地完成課程的全部教學(xué)活動(dòng)。

教學(xué)資源庫(kù)；教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)；數(shù)據(jù)挖掘；個(gè)性化

教學(xué)資源庫(kù)在學(xué)校改進(jìn)教學(xué)模式、加強(qiáng)課程建設(shè)、實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共建共享、提高教師教學(xué)水平、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和社會(huì)服務(wù)能力等方面有著極其重要的作用。如何利用好現(xiàn)有的教學(xué)資源，使其在教學(xué)活動(dòng)中發(fā)揮最大的效能，是目前我國(guó)各類學(xué)校信息化建設(shè)迫切需要解決的問題。結(jié)合鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種基于Web的多媒體教學(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)。多媒體教學(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)由兩部分組成，即多媒體教學(xué)資源庫(kù)教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)和多媒體教學(xué)資源庫(kù)。教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，支持教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，為教師和學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，而資源庫(kù)中的資源就是需要共享的內(nèi)容。本文重點(diǎn)討論多媒體教學(xué)資源庫(kù)教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

1 技術(shù)支持

個(gè)性化教學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代教育改革的一個(gè)熱點(diǎn)話題，個(gè)性化教育的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)源于為每一位學(xué)生提供的個(gè)性化服務(wù)[1]。個(gè)性化教育是當(dāng)今世界教育發(fā)展的趨勢(shì)，也是當(dāng)前教育改革的難題之一，數(shù)據(jù)挖掘?yàn)閭€(gè)性化的教學(xué)服務(wù)提供了強(qiáng)有力的支持。文獻(xiàn)[2]中介紹的教學(xué)資源平臺(tái)提供了個(gè)性化資源定制、個(gè)性化學(xué)習(xí)策略推薦、個(gè)性化資源存儲(chǔ)等功能。文獻(xiàn)[3]介紹了利用Apriori算法獲得學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)規(guī)則。我們?cè)谄脚_(tái)設(shè)計(jì)中充分考慮高職高專學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，從學(xué)生信息庫(kù)中提取信息，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)向?qū)W生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)策略，以滿足學(xué)生個(gè)性化教學(xué)需求，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、積極性及其效率，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和獨(dú)立解決問題能力，促進(jìn)學(xué)生有效學(xué)習(xí)與個(gè)性發(fā)展。

1.1關(guān)聯(lián)規(guī)則

教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)提供個(gè)性化服務(wù)關(guān)鍵在于，從學(xué)生學(xué)習(xí)信息資源中得到關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)效果和認(rèn)知能力的評(píng)價(jià)，給出學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握的薄弱環(huán)節(jié)和由系統(tǒng)推理出的改善學(xué)習(xí)效果的個(gè)性化學(xué)習(xí)策略。這些功能主要采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。其中，關(guān)聯(lián)規(guī)則就是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的一個(gè)重要分析模式，是描述數(shù)據(jù)集合中數(shù)據(jù)項(xiàng)之間存在潛在關(guān)系的規(guī)則。在本教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)中,利用關(guān)聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)性，分析適合學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)性化信息。

1.2使用Apriori算法獲得學(xué)習(xí)規(guī)則

利用Apriori算法挖掘所學(xué)課程中各教學(xué)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則[4-5]。該關(guān)聯(lián)規(guī)則可以發(fā)現(xiàn)哪些知識(shí)點(diǎn)是重點(diǎn)、難點(diǎn)，哪些知識(shí)點(diǎn)是學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而為學(xué)生提供個(gè)性化的教學(xué)建議，為教師有針對(duì)性地調(diào)整教學(xué)策略、改進(jìn)教學(xué)方法提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)，為教學(xué)管理部門決策提供理論依據(jù)。

通過數(shù)據(jù)挖掘生成關(guān)聯(lián)規(guī)則的數(shù)據(jù)是學(xué)生學(xué)習(xí)信息：{Ti，Ii1，Ii2，…，Iij，…，Iin}，其中Ti(i=1，2，…，m)表示學(xué)生編號(hào)，Iij(j=1, 2，…，n)表示知識(shí)點(diǎn)編號(hào)，Iij表示第i個(gè)學(xué)生在第j個(gè)知識(shí)點(diǎn)上的問題回答的情況，其值為1，表示回答正確。具體算法如下：

Step1： 確定最小支持度minsup值和最小置信度minconf值；

Step2： 通過迭代，檢索事務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有頻繁項(xiàng)集，即支持度不低于用戶設(shè)定的閾值的項(xiàng)集；

Step3： 利用頻繁項(xiàng)集構(gòu)造滿足用戶最小置信度的規(guī)則，即關(guān)聯(lián)規(guī)則；

Step4： 對(duì)從前階段找到的強(qiáng)規(guī)則進(jìn)行分析，獲取知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)，參照學(xué)生的學(xué)習(xí)信息，給出適合學(xué)生的學(xué)習(xí)策略。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)要求

教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)主要對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，支持教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。具體要求如下：

1) 能對(duì)教學(xué)資源庫(kù)中已有的教學(xué)資源素材進(jìn)行管理，方便教師在平臺(tái)上備課、制作課件、發(fā)布教學(xué)內(nèi)容。

2) 為師生的教學(xué)互動(dòng)提供良好的環(huán)境，促進(jìn)高水平的師生互動(dòng)。

3) 提供完善的講授型網(wǎng)絡(luò)課程庫(kù)、案例庫(kù)、專家答疑輔導(dǎo)系統(tǒng)，使用者可以自主完成專業(yè)課程學(xué)習(xí)。

4) 根據(jù)學(xué)生自身水平與學(xué)習(xí)狀態(tài)，分析學(xué)生的潛在學(xué)習(xí)行為和特征，提供個(gè)性化的教學(xué)內(nèi)容、測(cè)試內(nèi)容，動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度和策略。

5) 本系統(tǒng)是基于B/S體系結(jié)構(gòu)的，用戶能夠通過瀏覽器對(duì)信息進(jìn)行編輯、更新和查詢，使信息管理更為便捷和實(shí)時(shí)。

采用基于.NET Framework和ASP(Active Page Server)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)站技術(shù)——ASP.NET，用操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、面向?qū)ο蟛⑶翌愋桶踩腃#編程語言開發(fā)，建立基于Access數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頁面，實(shí)現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的各項(xiàng)功能。

2.2總體設(shè)計(jì)

教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)是一個(gè)集教學(xué)/學(xué)習(xí)、課件開發(fā)制作、網(wǎng)上輔導(dǎo)及討論、自我測(cè)驗(yàn)(交互式)為一體的系統(tǒng)平臺(tái)。教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的主要作用是支持教學(xué)活動(dòng)及管理教學(xué)資源。教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)按功能劃分為管理員平臺(tái)、教師平臺(tái)和學(xué)生學(xué)習(xí)平臺(tái)。

管理員平臺(tái)主要確認(rèn)用戶使用教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的權(quán)限，管理、維護(hù)系統(tǒng)信息和用戶信息，對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行日常管理和維護(hù)。

教師平臺(tái)為教師提供進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)、備課、教學(xué)活動(dòng)的組織及開展的教學(xué)環(huán)境，教師能夠完成課程軟件的制作、教學(xué)資源元件的編輯與制作、教學(xué)資源的組織檢索與管理，充實(shí)用于課后練習(xí)的題庫(kù)，進(jìn)行作業(yè)及測(cè)試的批閱。對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，及時(shí)為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)策略，調(diào)整教學(xué)進(jìn)度等。

學(xué)生學(xué)習(xí)平臺(tái)為學(xué)生學(xué)習(xí)提供良好的個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境，包括課程學(xué)習(xí)，與課程學(xué)習(xí)直接相關(guān)的練習(xí)、測(cè)試、答疑和討論等。學(xué)生學(xué)習(xí)平臺(tái)是一個(gè)自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，是以知識(shí)點(diǎn)為中心、能力測(cè)試為手段，集教、學(xué)、練、考、評(píng)等功能于一體的平臺(tái)。該平臺(tái)提供了教學(xué)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)適應(yīng)機(jī)制、教學(xué)內(nèi)容動(dòng)態(tài)導(dǎo)航機(jī)制和自適應(yīng)學(xué)習(xí)策略選擇機(jī)制，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供個(gè)性化服務(wù)。

根據(jù)系統(tǒng)需求分析，教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)應(yīng)具備的功能如圖1所示。

圖1 教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

教學(xué)資源庫(kù)中教學(xué)資源的組織是關(guān)鍵。教學(xué)資源具有復(fù)雜性和多樣性，為便于管理和利用，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)中，按照學(xué)科編碼中三級(jí)學(xué)科目錄層次進(jìn)行組織，考慮職業(yè)教育的特點(diǎn)，相關(guān)部分素材按學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程(課程)分類管理。兩種組織方式的區(qū)別從素材編號(hào)反映出來。按三級(jí)學(xué)科編碼，素材編碼形式如圖2所示，按學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程編碼，素材編碼形式如圖3所示。

圖2按三級(jí)學(xué)科編碼，素材編碼形式

圖3按學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程編碼，素材編碼形式

計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)采用Access作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)表包括用戶表、課程表、課程課件表、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容表、題庫(kù)表、作業(yè)成績(jī)表、測(cè)試成績(jī)表、教學(xué)策略表、教學(xué)資源素材表等。

3 開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的組成較為復(fù)雜，下面介紹幾個(gè)重要模塊的設(shè)計(jì)思想。

3.1登錄模塊

系統(tǒng)登錄主要是對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的用戶進(jìn)行安全性檢查，以防止非法用戶進(jìn)入系統(tǒng)。登錄時(shí)，根據(jù)用戶輸入的登錄信息確認(rèn)用戶的身份，判斷用戶的合法性，確定用戶在系統(tǒng)中的使用權(quán)限，并轉(zhuǎn)到相應(yīng)的頁面。具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

Step1: 用戶登錄，填寫用戶信息;

Step2: 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接;

Step3: 創(chuàng)建用戶數(shù)據(jù)集;

Step4: 判斷用戶身份，如果用戶為管理員,則轉(zhuǎn)管理員頁面；如果用戶為教師，則轉(zhuǎn)教師頁面；如果用戶為學(xué)生，則轉(zhuǎn)學(xué)生頁面；如果用戶是非法用戶，則提醒用戶重新輸入用戶信息，轉(zhuǎn)Step1。

3.2在線測(cè)試模塊

在線測(cè)試模塊為學(xué)生測(cè)試學(xué)習(xí)效果提供測(cè)試題。測(cè)試題的選取采用隨機(jī)抽取的方式。為保證抽取的測(cè)試題不重復(fù)，抽取不集中在某一知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行。隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的代碼：

Random r=new Random();

int i1=r.Next(min,max);//產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)在min和max之間

產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)作為測(cè)試題題號(hào)，同時(shí)控制每個(gè)知識(shí)點(diǎn)只允許抽取1道測(cè)試題。抽取測(cè)試題的算法如下：

Step1： 產(chǎn)生1個(gè)隨機(jī)數(shù)作為測(cè)試題的題號(hào)；

Step2： 根據(jù)Step 1產(chǎn)生的題號(hào)在試題集中抽取測(cè)試題并獲取測(cè)試題的知識(shí)點(diǎn)；

Step3： 判斷在該知識(shí)點(diǎn)上是否已經(jīng)抽取測(cè)試題，如果未抽取，則轉(zhuǎn)Step4，否則轉(zhuǎn)Step1；

Step4： 將該測(cè)試題加入測(cè)試題集，記錄該測(cè)試題所在的知識(shí)點(diǎn)；

Step5： 判斷抽取測(cè)試題是否完成，如果未完成，則轉(zhuǎn)Step1，否則算法結(jié)束。

3.3個(gè)性化學(xué)習(xí)策略推薦模塊

個(gè)性化學(xué)習(xí)策略推薦模塊是整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的核心之一。系統(tǒng)提供的個(gè)性化服務(wù)是否滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求主要取決于個(gè)性化學(xué)習(xí)策略推薦模塊的功能。該模塊能根據(jù)每個(gè)學(xué)生的知識(shí)水平、認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)興趣等，調(diào)整教學(xué)策略，并在教學(xué)過程中自動(dòng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，生成對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)和認(rèn)知能力的評(píng)價(jià)，給出學(xué)生尚未掌握的知識(shí)點(diǎn)的信息及由系統(tǒng)推理得出的學(xué)習(xí)策略。

個(gè)性化學(xué)習(xí)模式已成為研究的熱點(diǎn)。借鑒文獻(xiàn)[6-7]中介紹的個(gè)性化學(xué)習(xí)模式，根據(jù)教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的功能，本系統(tǒng)個(gè)性化學(xué)習(xí)策略推薦模塊具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 個(gè)性化學(xué)習(xí)策略推薦模塊

若教學(xué)內(nèi)容中的知識(shí)點(diǎn)之間存在上、下級(jí)或網(wǎng)狀關(guān)系，則表示一知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)是以另一知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)為前提和基礎(chǔ)的。教材的編寫充分考慮教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)成關(guān)系、邏輯順序和組織形式等，從而形成符合教學(xué)規(guī)律的教學(xué)序列，教學(xué)活動(dòng)按這一教學(xué)序列進(jìn)行。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的結(jié)果是產(chǎn)生大量的規(guī)則[8]，其中存在冗余。規(guī)則產(chǎn)生僅僅反映了知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，并沒有反映知識(shí)點(diǎn)間的教學(xué)序列，這使得挖掘的關(guān)聯(lián)規(guī)則雜亂無章，分析和利用這些規(guī)則變得十分困難。在個(gè)性化學(xué)習(xí)策略推薦模塊中，充分考慮知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)序列，消除不符合教學(xué)序列的規(guī)則和冗余規(guī)則，有效地減少了規(guī)則數(shù)量，更好地理解了挖掘的關(guān)聯(lián)規(guī)則，從而提供符合學(xué)生特點(diǎn)的個(gè)性化學(xué)習(xí)策略。

3.4教學(xué)資源編輯制作模塊

本模塊主要完成教學(xué)素材的編輯與收錄，提供對(duì)文本素材、圖像素材、動(dòng)畫素材、音頻素材、視頻素材等的編輯、剪輯、制作、預(yù)覽等功能。還可以從教學(xué)資源庫(kù)中檢索有用的素材，根據(jù)需求進(jìn)行完善提高后，再追加為新的教學(xué)資源。教師可以從本系統(tǒng)將素材很方便地導(dǎo)入課件制作系統(tǒng)，從而完成教學(xué)課件的制作。

3.5課程教案

課程庫(kù)中的課程教案通過本模塊展示，重點(diǎn)在于向?qū)W生演示和表達(dá)知識(shí)，輔助教師傳授知識(shí)。課程教案按課程、章、節(jié)劃分，課程與章、節(jié)之間存在層次關(guān)系，為能夠適用課程庫(kù)中的所有課程，本模塊使用TreeView控件和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)創(chuàng)建網(wǎng)頁程序中的動(dòng)態(tài)目錄樹展現(xiàn)課程、章、節(jié)的關(guān)系和內(nèi)容，以供學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)選擇相關(guān)內(nèi)容。這種利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)生成的目錄樹將隨著數(shù)據(jù)源的改變而轉(zhuǎn)換樹結(jié)構(gòu)，避免了靜態(tài)目錄樹下因數(shù)據(jù)源經(jīng)常性改變而不得不頻繁修改程序代碼帶來的麻煩。

4 結(jié)束語

本文介紹了計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的構(gòu)建。多媒體教學(xué)資源庫(kù)的應(yīng)用，對(duì)于改革教學(xué)模式、取得較佳教學(xué)效果、推進(jìn)現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展將起到重要和積極的作用。該系統(tǒng)已在鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校電子與信息工程系投入使用，運(yùn)行效果良好。

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〔責(zé)任編輯： 盧 蕊〕

DesignanddevelopmentoftheindividualizedteachingsystemsupportplatformofteachingresourcedatabaseforComputerApplicationTechnology

HUANG Li-ming

(Electron and Information Engineering Department, Zhenjiang College, Zhenjiang 212003, China)

This paper introduces the design and realization of the individualized teaching system support platform of teaching resource database for Computer Application Technology. The function modules of the system includes teaching plan, exercise test, question answering, test, and all teaching links. Using the internet platform and the browser software, students can refer to the learning strategies system provided by free and flexible ways to complete all learning tasks of the course and teachers can easily complete all the teaching activities.

teaching resources; teaching system support platform; data mining; personalization

2014-09-20

2012年江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究重點(diǎn)課題(2012-R-22170)

黃力明(1956—)，男，江蘇溧陽人，教授，主要從事智能優(yōu)化算法、聚類分析、數(shù)字圖像處理研究。

TP3

： A

：1008-8148(2015)01-0048-04