吳 洲，曹 偉（.廣東松山職業(yè)技術學院 計算機系，廣東 韶關56；.廣東理工職業(yè)學院 管理工程系，廣東 廣州 5009）

自適應算法在網(wǎng)絡學習系統(tǒng)的應用研究*

吳 洲1，曹 偉2
（1.廣東松山職業(yè)技術學院 計算機系，廣東 韶關512126；2.廣東理工職業(yè)學院 管理工程系，廣東 廣州 510091）

隨著現(xiàn)代信息技術與教育產(chǎn)業(yè)的深度融合，建設遠程開放式的網(wǎng)絡學習平臺已成為構建智慧校園網(wǎng)的核心；同時也為構建學習型社會，實現(xiàn)終身教育提供了環(huán)境支撐和技術保障。主要著手于自適應算法研究，以網(wǎng)絡學習者為對象，針對網(wǎng)絡學習平臺中存在的問題，設想將自適應算法引入到網(wǎng)絡學習平臺中，設計一個包含自適應網(wǎng)絡學習模型、學習者信息模型、智能學習診斷模型的網(wǎng)絡學習系統(tǒng)。以期系統(tǒng)能夠有效地完善現(xiàn)有網(wǎng)絡學習在動態(tài)導航、智能診斷、師生交互、因材施教等方面存在的不足，并從根本上改變傳統(tǒng)按部就班式的學習模式，實現(xiàn)將資源按照學習者的個體特征和學習需求自動地生成學習內(nèi)容序列，從而實現(xiàn)個性化的學生學習與教師輔導，以此來提升遠程教育的服務質(zhì)量。

自適應學習；網(wǎng)絡學習；動態(tài)導航；智能診斷；學習資源

0 引言

隨著社會的發(fā)展和信息化程度的不斷提升，網(wǎng)絡學習系統(tǒng)作為現(xiàn)代信息技術與教育理論相融合的一種全*基金項目：廣東省教育科學“十二五”規(guī)劃 2012年度教育信息技術研究項目（12JXN016）；2014年廣東開放大學科研項目（1402）新的教學形態(tài)，如今已經(jīng)成為了構建知識經(jīng)濟時代學習型社會的重要技術保障［1］。網(wǎng)絡學習平臺能夠為學習者提供廣泛的網(wǎng)絡學習資源和多元化的學習策略，并具有學習方式與內(nèi)容的自適應選擇性以及學習路徑的動態(tài)調(diào)整，它可以為網(wǎng)絡學習者營建一個更為廣闊、自由的學習時間與空間［2］。當前，高校要培養(yǎng)符合社會需求的實用型、技能型的高素質(zhì)人才，就應該基于互聯(lián)網(wǎng)這個有效的網(wǎng)絡環(huán)境，采用人工智能技術、多媒體技術、計算機虛擬仿真技術、數(shù)據(jù)挖掘技術等來研發(fā)具備自適應學習能力的網(wǎng)絡學習平臺［3］?；诖似脚_，充分地發(fā)揮學習者的學習主體地位，并更好地幫助學習者自主探索、自主發(fā)現(xiàn)、自主建構和自主獲取學習內(nèi)容，以此來滿足學習需求，實現(xiàn)學習目標。

但是，從當前眾多投入使用的網(wǎng)絡學習系統(tǒng)來看，其提供的學習服務與系統(tǒng)建設初期的預期效果相差甚遠?？傮w表現(xiàn)在學習導航、個性化學習、錯誤智能診斷、學習綜合評價等方面尚存眾多的不足，這些不足在一定程度上制約著網(wǎng)絡學習系統(tǒng)的適應性、靈活性和交互性等方面功能的充分發(fā)揮，也嚴重地影響了遠程教育發(fā)展的步伐，成為了制約其前行的重要瓶頸。

1 自適應學習理論

1.1 自適應學習的內(nèi)涵

自適應學習是現(xiàn)代教育實踐中的一個新領域。自適應學習是指給在學習活動開展的過程中，為學習者提供相應的學習資源、學習場景、學習輔導等，讓學習者自身在學習過程中充分地發(fā)揮其學習的能動性，自行地構建學習知識，進而最終能夠自主地解決問題的一種學習方式。它打破了傳統(tǒng)的群體結構式的學習，是一種能夠充分地考慮學習者行為、特征、學習歷史等方面情況的個性化、自主性的網(wǎng)絡學習過程［4］。在自適應網(wǎng)絡學習系統(tǒng)中，學習者通過與遠程學習系統(tǒng)進行交互活動而開展有效的網(wǎng)絡學習。學習者被看作個性化網(wǎng)絡學習環(huán)境中的個體，網(wǎng)絡學習系統(tǒng)則能夠依據(jù)學習者的實際學習情況來鑒定學習者的學習能力以及對知識點的掌握情況，并以評定結果作為調(diào)整學習計劃、選擇學習方式和學習內(nèi)容的主要依據(jù)，有效地控制了學習的過程，確保網(wǎng)絡學習的質(zhì)量。

目前，自適應學習可以分為以下4類：

（1）發(fā)現(xiàn)型學習。發(fā)現(xiàn)型學習是為學習者提供大量未經(jīng)處理的學習素材，希望學習者能夠在學習過程中將這些未處理的學習資源進行分類、歸納、總結，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律、理解概念，自行構建知識結構。

（2）解釋型學習。解釋型學習主要是為學習者提供一個知識概念以及圍繞該概念的若干多個實例和一些相關的規(guī)則。學習者的任務就是首先分析問題，說明給出的實例能夠滿足概念的原因，然后探索將解釋演繹為概念的滿足有關規(guī)則的充分條件。

（3）實例學習。實例學習就是利用實際案例作為學習素材。依據(jù)學習目的的不同可分為兩種情況：第一種情況是圍繞某一個概念，為學習者提供一系列的正例和反例，希望學習者通過歸納與推理的學習方法，能夠?qū)φ头蠢M行鑒別，并能夠吸收正例排除反例；第二種情況是提供具有詳細解答、分析步驟的例題，讓學習者自行理解這些案例，并通過分析、對比掌握解決實際問題的方法［5］。

（4）實踐學習。實踐學習就是利用實際問題作為學習素材，通過解決這些問題來學習。這種學習方式就是要求學習者利用自身已具備的知識和技能來解決這些實際問題，從而學會解決該類似問題的一般的思維方式和解決方法。

1.2 自適應學習的特征

在自適應性學習過程中，要能夠以學生為主體，以教師為主導，充分考慮學習者的個性化特征，提供滿足其學習需求的學習資源?？傮w來說，自適應學習主要具有以下幾個方面的特點：

（1）基于網(wǎng)絡資源的學習。將豐富的網(wǎng)絡學習資源根據(jù)學習者的學習需求、學習歷史、學習背景進行動態(tài)組合，即學習內(nèi)容的組織和呈現(xiàn)要與學習者的個體特性和學習目標相適應。在學習過程中，學習者處于一個獨立思考、自行思索、協(xié)助學習的環(huán)境中，其利用豐富的網(wǎng)絡學習資源自行獲取所需的知識。

（2）主動式的學習。學生成為了整個學習活動的主體，他們能夠自行控制整個學習過程。而教師作為學習的協(xié)助者、建議者和指導者，其主要任務是構建學習資源庫、創(chuàng)建與維護學習環(huán)境，以及在學習的過程中，為學生提供全方位的學習幫助服務。

（3）探索式的學習。學生不再是通過教師的課堂講授來獲取知識，而是通過學習者之間主動地交互、自行探索、歸納、推理來實現(xiàn)自身的學習目標，滿足學習需求。同時，在自適應學習環(huán)境中，學生不僅要掌握所學的知識，更重要的是掌握獲取知識的方法，培養(yǎng)運用知識的能力以及與他人合作的能力。

（4）個性化的學習。每個不同的學習者都具有不同的學習特征，網(wǎng)絡學習系統(tǒng)能夠使得其個性在學習過程中得以充分的展現(xiàn)。網(wǎng)絡自適應學習系統(tǒng)與傳統(tǒng)學習相比，傳統(tǒng)學習猶如在生產(chǎn)線上制造統(tǒng)一標準和規(guī)格的人力產(chǎn)品，而在自適應網(wǎng)絡學習中，整個學習階段要以滿足學習者自身學習需求為目標，強調(diào)私人訂制，因材施教［6］。

（5）交互協(xié)作式的學習。學習者在自適應網(wǎng)絡學習環(huán)境中，能夠與學習伙伴們、指導老師之間進行線上、線下的交流和討論，使得學習者能夠從不同的角度快速準確地掌握所要求學習的知識點。同時，交互協(xié)作式的學習有助于激發(fā)學習熱情，有效調(diào)動學習的主觀能動性。

（6）智能化的學習。自適應性學習要求學習平臺應具備良好的學習自適應、豐富的媒體表現(xiàn)形式、及時的學習反饋、便捷快速的通信等方面的特性。

2 自適應網(wǎng)絡學習系統(tǒng)設計

2.1 構建思想

將自適應學習機制引入到網(wǎng)絡學習系統(tǒng)中，并基于學習內(nèi)容的個性組成、學習路徑的動態(tài)調(diào)整、學習錯誤的智能診斷，設計一個以學習者為主體的具有自適應學習的網(wǎng)絡學習環(huán)境，以此來實現(xiàn)以“學習者為主體，教師為主導”的教學理念，強調(diào)學習者的認知主體作用，實現(xiàn)學習者自主學習與教師輔助指導相結合的學習方式。在這種自適應學習環(huán)境下，學習者成為了知識的主動建構者；輔導教師成為了學習活動中的組織者、引導者和幫助者；學習素材成為了知識的構建對象；學習系統(tǒng)成為了構建知識的主要工具［7］。顯然，在這樣的學習環(huán)境中，能夠更好地激發(fā)學習者的學習積極性和主觀能動性，強化實踐技能的鍛煉和培養(yǎng)，并適合終身學習新理念和學習型社會的建立。

2.2 系統(tǒng)構建的意義

系統(tǒng)以互聯(lián)網(wǎng)為平臺，利用現(xiàn)代信息技術與現(xiàn)代教育技術構建開放式網(wǎng)絡學習環(huán)境，將自適應學習機制引入到網(wǎng)絡學習系統(tǒng)中，以此來實現(xiàn)網(wǎng)絡學習的自適應性。所構建的系統(tǒng)力求能夠正確、客觀、實時地評價學習者的學習需求、個體特性、學習能力等多種學習因素，發(fā)揮特有的學習、輔導、分析、評價、推薦、反饋等功能，并能夠根據(jù)學生的個體特征、學習偏好、學習效果、學習能力、學習目標實現(xiàn)情況來動態(tài)地選擇學習方式和調(diào)整學習路徑［8］。同時，系統(tǒng)在學習開展的過程中進行全程的實時跟蹤，并隨時為學習者提供各種學習服務，如：錯誤診斷、疑難解惑、學習資源推薦、主題討論、學習評價等，系統(tǒng)要充分地考慮學習者的學習自主性，為培養(yǎng)高素質(zhì)技能型、實用型人才提供服務與支持。

2.3 系統(tǒng)功能設計

系統(tǒng)應能夠提供學習資源的快速獲取、準確存儲與高效管理，充分地發(fā)揮多媒體技術對學習資源在展現(xiàn)效果上的技術支持，使得學習資源更加鮮明、形象、生動和具體。系統(tǒng)利用人工智能、計算機仿真技術、數(shù)據(jù)挖掘技術，為學習者創(chuàng)建學習情景，并依據(jù)不同學習者的學習特性，為其呈現(xiàn)不同表達形式的學習資源，從而使學習者的視覺、聽覺感官受到綜合刺激，以便讓學習者更快、更好地理解和掌握知識，提高網(wǎng)絡學習效率、學習效果和對學習環(huán)境的滿意度。

（1）學習診斷。在自適應學習的過程中，學習診斷是一個非常重要的環(huán)節(jié)。它是對學習情況和學習效果的考量。學習診斷可以在學習初期、學習過程以及學習結束時開展。學習診斷主要是利用一些事前創(chuàng)建好的題庫進行動態(tài)組卷，來對學習者的知識點掌握情況進行測試，并依據(jù)測試結果對學習者的學習能力、知識掌握情況進行判斷，以便更好地滿足學習需求，調(diào)整學習模式和學習內(nèi)容。

（2）學習內(nèi)容。學習內(nèi)容的適應性呈現(xiàn)是指自適應性學習系統(tǒng)應能夠根據(jù)學習診斷的結果以及學生的學習歷史記錄，動態(tài)地生成適合學生個體需要的學習內(nèi)容［9］。它主要涉及兩個方面：一是學習內(nèi)容的選擇，系統(tǒng)根據(jù)學習者的學習歷史、學習能力、個體特性進行估計，選擇學習者尚未掌握或是從未接觸過的學習內(nèi)容，構成一棵學習知識樹；二是教學內(nèi)容的組織。系統(tǒng)應根據(jù)對學生學習診斷的結果，為學習者選擇最適合的學習內(nèi)容呈現(xiàn)形式。

（3）學習模式。學習模式是為不同的學習者按照其個體特征和上一階段的學習情況，來推薦不同的學習方式。在不同的學習階段，即便是同一個學習者，也可能由于其學習認知方面的變化而導致系統(tǒng)為其調(diào)整不同的學習方式。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)關鍵技術研究

3.1 系統(tǒng)框架設計

系統(tǒng)基于 Struts框架，采用 MVC模式的編程思想，將用戶呈現(xiàn)層、邏輯業(yè)務層和后臺數(shù)據(jù)層進行分離。用戶在客戶端提交學習需求，用戶數(shù)據(jù)以 request方式提交到網(wǎng)絡服務器。在網(wǎng)絡服務器中，StrutsAction完成數(shù)據(jù)的封裝、工作流程的轉(zhuǎn)發(fā)。采用Action Servlet作為控制器，利用Struts-config.xml文件進行控制邏輯的配置，所有的業(yè)務操作都由EJB處理，然后再通過DAO訪問數(shù)據(jù)層，完成用戶需求的數(shù)據(jù)訪問。其框架結構圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)框架結構

3.2 用戶呈現(xiàn)層

呈現(xiàn)層是用戶與系統(tǒng)的接口，是用戶與平臺間進行信息交互的人機界面。其主要功能是獲取與核查用戶錄入的數(shù)據(jù)請求，以及輸出并顯示系統(tǒng)的處理結果。

（1）Controller。Controller的作用是從用戶端獲取用戶請求，然后執(zhí)行相應的業(yè)務邏輯，最后將處理結果回送到用戶端。其功能由ActionServlet和ATSActionMapping兩個對象構成。其中ActionServlet對象是核心，它包括一組基于配置的ATSActionMapping對象。ActionServlet對象主要是用來接受用戶發(fā)出的請求。ATSActionMapping對象是用來實現(xiàn)一個請求到一個具體的Model部分中Action處理器對象之間的映射。

（2）Model。Struts為Model提供了兩個對象，即：Action和 ActionForm。Action對象主要是調(diào)用業(yè)務邏輯模塊，將用戶響應送至View組件進行處理。ActionForm對象是通過定義屬性來描述用戶數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)對用戶數(shù)據(jù)的封裝，以及提供View和Model之間的交互支持。

（3）View。View是通過 JSP技術來實現(xiàn)的，其通過Struts提供的自定義標記庫，可以很好地與Model之間進行交互，并通過JSP表單實現(xiàn)與Model部分的ATSActionForm映射，完成對用戶信息的封裝。

3.3 邏輯業(yè)務層

系統(tǒng)的業(yè)務操作類是通過不同的代理進行的，其業(yè)務代理主要是通過工廠類 DelegateFactory實例化。這樣設計使得用戶只需調(diào)用業(yè)務代理中提供的方法，而不用關心具體業(yè)務的實現(xiàn)方式。

3.4 后臺數(shù)據(jù)層

后臺數(shù)據(jù)層主要是向數(shù)據(jù)庫存儲與獲取各類學習資源。無論是用戶端的顯示，還是邏輯業(yè)務層的處理操作，它們都需要訪問后臺數(shù)據(jù)層，從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)進行處理。同時，還有些操作是需要將處理結果存儲到數(shù)據(jù)庫中。故系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計的合理性將會直接影響到系統(tǒng)的性能和工作效率。

4 結論

自適應網(wǎng)絡學習突破了傳統(tǒng)的遠程教育，它是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的全新學習方式，是現(xiàn)代遠程教育發(fā)展的主要方向。在當前的網(wǎng)絡學習環(huán)境中，由于指導教師不能與學習者直面交流，因而也就無法及時有效地了解學習情況，不能面對面給予學生充分的實時指導，更無法有效地控制學習者的學習過程。因此，構建一個具有自適應學習能力的網(wǎng)絡學習平臺，就是為了彌補傳統(tǒng)網(wǎng)絡學習的不足。從宏觀上看，系統(tǒng)能夠按照學習者的學習需求和個體特征，進行網(wǎng)絡學習資源動態(tài)生成、學習路徑的實時調(diào)整及全方位的學習評價；從微觀上看，系統(tǒng)能夠監(jiān)控學習者的學習行為、診斷當前學習者的學習情況，并依據(jù)學習者的學習能力和學習情況為其推薦最為合適的學習內(nèi)容。系統(tǒng)的構建能夠為學習者創(chuàng)建更為廣闊自由的網(wǎng)絡學習空間，有效地拓延教學時空的維度，真正實現(xiàn)因材施教。

［1］曹偉.面向智慧校園的標準化學習資源管理體系研究［J］.現(xiàn)代計算機（專業(yè)版），2013（2）：43-46.

［2］王福.基于用戶興趣感知挖掘的個性化服務推送研究［J］.圖書館理論與實踐，2013（4）：14-17.

［3］曹偉.基于SCORM標準的網(wǎng)絡學習資源管理系統(tǒng)研究與設計［J］.科技創(chuàng)業(yè)，2013（6）：92-94.

［4］馮曉媛.基于個人化的教學資源推薦系統(tǒng)的設計與評估技術［J］.齊魯師范學院學報，2011（3）：49-52.

［5］曹偉.基于學習對象的內(nèi)容包裝交換模型構建研究［J］.電腦知識與技術，2013（14）：3311-3313.

［6］曹偉.電子商務環(huán)境下企業(yè)自適應 E-Learning系統(tǒng)的研究與設計［J］.河北北方學院學報（自然科學版），2011，27（4）：23-27.

［7］牛永潔.網(wǎng)絡學習系統(tǒng)中用戶學習狀態(tài)模型的研究［J］.現(xiàn)代電子技術，2013（4）：33-35.

［8］姜爽.個性化網(wǎng)絡學習系統(tǒng)設計研究［J］.計算機光盤軟件與應用，2014（3）：209-210.

［9］王萍.張際平.云計算與網(wǎng)絡學習［J］.現(xiàn)代教育技術.2008（11）：81-84.

Search on netw ork learning system based on the self-adaptive algorithm

Wu Zhou1，Cao Wei2
（1.Department of Computer，Guangdong Songshan Polytechnic College，Shaoguan 512126，China；2.Department of Management Engineering，Guangdong Polytechnic Institute，Guangzhou 510091，China）

With the deep integration of modern information technology and education industry，the construction for the open and remote network learning platform has become the core of constructing the wisdom of campus network.At the same time it also provides the support to security environment and technical realization of lifelong education for the construction of learning society.According to the problems and shortcomings of network learning system from the study of adaptive algorithm，this paper tries to introduce adaptive algorithm to the network learning platform.The design includs learner model，adaptive learning model and learning diagnosis model of network learning system.In order to effectively improve the existing network problems in dynamic navigation，intelligent diagnosis，interaction of teachers and students，teach students in accordance with their aptitude and other aspects of learning，and change the mode of traditional sequential learning in fundamentally，this system realizes resource and learning needs in accordance with the individual characteristics of learners learning content automatically generated sequence，so as to realize the students′learning and teachers′guidance personalized，to enhance the quality of remote education service.

self-adaptive learning；network teaching system；dynamic navigation；intelligent diagnosis；learning resource

TP311

A

1674-7720（2015）24-0028-04

吳洲，曹偉.自適應算法在網(wǎng)絡學習系統(tǒng)的應用研究［J］.微型機與應用，2015，34（24）：28-31.

2015-08-24）

吳洲（1976-），男，碩士，副教授，主要研究方向：算法設計及應用軟件。

曹偉（1976-），女，碩士，副教授，軟件設計師，主要研究方向：網(wǎng)絡信息資源管理與系統(tǒng)構建。