駱力明，楊柳青，綦 欣

（首都師范大學(xué) 信息工程學(xué)院，北京100048）

0 引 言

教育信息化工程的推進(jìn)使得學(xué)習(xí)資源的大規(guī)模數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化成為現(xiàn)實(shí)，也產(chǎn)生了學(xué)習(xí)者對個(gè)性化學(xué)習(xí)資源的需求與現(xiàn)有學(xué)習(xí)資源組織方法的研究不夠具體的矛盾。針對該問題，本文調(diào)研了小學(xué)英語學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求，構(gòu)建出了個(gè)性化的小學(xué)英語學(xué)習(xí)系統(tǒng)。利用學(xué)習(xí)者的特征信息進(jìn)行學(xué)習(xí)資源的個(gè)性化聚合，建立了學(xué)習(xí)資源個(gè)性化聚合的模型，提出將新型智能推薦的技術(shù)運(yùn)用到小學(xué)英語的學(xué)習(xí)系統(tǒng)當(dāng)中，使得學(xué)習(xí)者能夠快速獲得適合自己學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)偏好的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，系統(tǒng)中的學(xué)習(xí)資源使用元數(shù)據(jù)方式進(jìn)行資源的描述，描述信息的標(biāo)準(zhǔn)采用了 “全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)”（CELTSC）規(guī)定的 《基礎(chǔ)教育教學(xué)資源元數(shù)據(jù)應(yīng)用規(guī)范》，充分發(fā)揮了元數(shù)據(jù)描述方式的標(biāo)準(zhǔn)性、靈活性、擴(kuò)展性，它適用于本文中小學(xué)英語學(xué)習(xí)資源的描述［1］。展示層采用電子書格式來展現(xiàn)聚合的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源。學(xué)習(xí)資源的個(gè)性化聚合展示形式，充分發(fā)揮了電子書格式的直觀易用性。使得資源與知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)化的同時(shí)，資源聚合的展現(xiàn)形式簡單直觀。系統(tǒng)架構(gòu)分為3 層，如圖1所示。

（1）系統(tǒng)數(shù)據(jù)層：該層主要用于存儲(chǔ)系統(tǒng)中的物理數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)者信息庫、系統(tǒng)用戶庫、學(xué)習(xí)資源庫等。數(shù)據(jù)層是實(shí)現(xiàn)對于物理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，由MYSQL 支持的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)。它通過XML配置文件在業(yè)務(wù)層配置相關(guān)數(shù)據(jù)層服務(wù)并進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，而后將處理的結(jié)果發(fā)送到其它業(yè)務(wù)層或服務(wù)器做進(jìn)一步處理。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（2）系統(tǒng)業(yè)務(wù)層：該層的作用是接收表現(xiàn)層發(fā)來的用戶請求，并對系統(tǒng)數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理。處理過程是通過數(shù)據(jù)層所提供接口來訪問數(shù)據(jù)層，以此實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的服務(wù)規(guī)則，可以從多種數(shù)據(jù)源中提取所需要的數(shù)據(jù)并能進(jìn)行融合處理。業(yè)務(wù)層主要對應(yīng)的服務(wù)有資源推薦和學(xué)習(xí)者資源偏好類型的計(jì)算。

（3）系統(tǒng)表現(xiàn)層：該層是系統(tǒng)與用戶的接口，它負(fù)責(zé)收集和跟蹤用戶的行為，比如對于學(xué)習(xí)者，能提供學(xué)生個(gè)性化資源推送、個(gè)人信息概況等功能界面。本層針對各種角色展示不同界面：學(xué)習(xí)者對應(yīng)智能電子書界面；教師對應(yīng)資源管理界面；領(lǐng)域?qū)?yīng)知識(shí)點(diǎn)管理和資源管理界面；管理員對應(yīng)用戶信息管理和角色權(quán)限管理界面。

2 學(xué)習(xí)者信息庫

學(xué)習(xí)資源的組織是學(xué)習(xí)資源建設(shè)和管理的核心環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)資源的組織模型作為整個(gè)組織過程的指導(dǎo)性框架。學(xué)習(xí)者信息模型的構(gòu)建即為學(xué)習(xí)者創(chuàng)建一個(gè)學(xué)習(xí)者模型，系統(tǒng)可以從中獲取學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)偏好方面的信息。學(xué)習(xí)資源的開發(fā)者可以依據(jù)學(xué)習(xí)者信息模型，開發(fā)出更多高質(zhì)量的個(gè)性化的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，為教育研究者提供規(guī)范化的學(xué)習(xí)者信息數(shù)據(jù)，也為其它教育規(guī)范的發(fā)展以及以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供工作基礎(chǔ)。CELTSC 提出的CELTS規(guī)范中定義了CELTS－11學(xué)習(xí)者信息模型，主要是借鑒了IEEE 的PAPI Learner Model［2，3］。本研究中的學(xué)習(xí)者信息框架基礎(chǔ)之上，對于各個(gè)信息類進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展，擴(kuò)展信息描述如下：

（1）偏好信息：增加一個(gè) “類型偏好”擴(kuò)展元，即把學(xué)習(xí)資源的文件形式作為偏好的一種機(jī)制，添加到偏好信息類中。類型偏好有：文本、圖片/圖像、視頻、音頻、動(dòng)畫、應(yīng)用和綜合多種媒體。

（2）學(xué)業(yè)信息：增加一個(gè) “學(xué)習(xí)水平”擴(kuò)展元，用于紀(jì)錄學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源的相關(guān)的成績類信息。主要有：獎(jiǎng)勵(lì)次數(shù)、被贊次數(shù)、前測/后測成績、活躍度，這幾個(gè)具體的屬性類對應(yīng)如何判定學(xué)習(xí)者具體的學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的計(jì)算維度。

（3）個(gè)人信息：增加一個(gè) “角色分類”的擴(kuò)展元信息，主要內(nèi)容：教育管理人員，學(xué)生 （學(xué)習(xí)者），教師，領(lǐng)域?qū)＜业龋朔诸悈⒖?《基礎(chǔ)教育教學(xué)資源元數(shù)據(jù)應(yīng)用規(guī)范》，其它信息集與CELTS－11信息保持一致。

（4）擴(kuò)展元信息——學(xué)習(xí)行為：主要紀(jì)錄查看學(xué)習(xí)頻度、推薦共享頻度、參與評(píng)價(jià)頻度，主要用來計(jì)算學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求。

學(xué)習(xí)者信息模型如圖2所示。

圖2 學(xué)習(xí)者信息模型

擴(kuò)展的學(xué)習(xí)者信息模型重點(diǎn)是豐富了學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源之間交互的紀(jì)錄信息，便于使用數(shù)值來表示個(gè)性化的程度。

3 學(xué)習(xí)資源庫

對資源進(jìn)行標(biāo)注加描述，即 “資源入口”的固定屬性加上非固定性的屬性，針對本專業(yè)學(xué)習(xí)者和非本專業(yè)學(xué)習(xí)者，建立課堂知識(shí)的關(guān)系圖。給資源模型加上使用者和維護(hù)者評(píng)價(jià)和評(píng)論的入口，便于優(yōu)質(zhì)資源的查找，和對劣質(zhì)資源的過濾。

學(xué)習(xí)資源庫設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 學(xué)習(xí)資源庫設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)資源準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)的描述是資源組織的關(guān)鍵，本文采用適合中國本土教育的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，學(xué)習(xí)資源的標(biāo)注屬性可參考CELTSC對于學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)的通用類、教育類、數(shù)據(jù)描述類、生存期類、技術(shù)類、價(jià)值信息、關(guān)聯(lián)信息、注釋信息、歸類信息的屬性來描述學(xué)習(xí)資源［4］。也可以參考CELTS－42標(biāo)準(zhǔn)的必需元素描述學(xué)習(xí)資源，必需元素包括標(biāo)題、學(xué)科、關(guān)鍵詞、描述、標(biāo)識(shí)、格式、日期、語種、類型、作者、適用對象11 個(gè)核心元素［1］。與傳統(tǒng)資源描述方式相比，基于 “知識(shí)點(diǎn)”標(biāo)注的學(xué)習(xí)資源描述，把知識(shí)與學(xué)習(xí)資源直接關(guān)聯(lián)，把資源的語言知識(shí)的話題作為學(xué)習(xí)資源的元數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到每一條學(xué)習(xí)資源的元數(shù)據(jù)記錄中。不僅順應(yīng)學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而且有利于學(xué)習(xí)系統(tǒng)對資源的有序化和個(gè)性化的組織?；谥R(shí)點(diǎn)標(biāo)注的小學(xué)英語資源學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心是資源，資源的碎片化水平以及給資源標(biāo)注的精準(zhǔn)程度決定了資源個(gè)性化推送的準(zhǔn)確性和優(yōu)質(zhì)性。因此，系統(tǒng)中資源入口的設(shè)計(jì)研究非常重要。

資源入庫流程如圖4所示。

圖4 資源入庫流程

系統(tǒng)采用JQuery－Ajax異步上傳技術(shù)、JSON 的數(shù)據(jù)傳輸方式，在提高上傳效率的同時(shí)避免頁面的假死現(xiàn)象。學(xué)習(xí)系統(tǒng)在上傳文件時(shí)，自動(dòng)識(shí)別文件類型，針對DOC、PPT 等格式，在服務(wù)器端進(jìn)行自動(dòng)的格式轉(zhuǎn)換，生成相應(yīng)的SWF文件。通過FlashPaper2 播放器播放SWF 文件內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)在線顯示DOC 等文檔。并且SWF 格式自動(dòng)轉(zhuǎn)換有效解決了資源類型混雜，資源呈現(xiàn)風(fēng)格不統(tǒng)一的問題。資源上傳界面如圖5所示。

圖5 資源上傳界面

4 智能推送庫

本文中資源的推送的學(xué)習(xí)資源形式是適合用于課堂學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí)的 “智能組合電子書”，聚合過程是提取學(xué)習(xí)者的個(gè)人學(xué)業(yè)信息，計(jì)算出學(xué)習(xí)者的教育類型 （如小學(xué)1－6年級(jí)），通過學(xué)習(xí)者信息的基礎(chǔ)教育年級(jí)水平，來推送適合于課堂教學(xué)的電子書。主要的內(nèi)容包括，學(xué)習(xí)者課堂學(xué)習(xí)時(shí)使用的課本資源，與課本知識(shí)學(xué)習(xí)相關(guān)的拓展學(xué)習(xí)資源，聚合之后的顯示形式就是簡單的課本形式和與課本知識(shí)相關(guān)的拓展學(xué)習(xí)資源。除了課本學(xué)習(xí)資源外，還添加教師推送的固定課外學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)資源組織系統(tǒng)推送的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源。這里的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源與英語課本教材內(nèi)容中的知識(shí)塊相對應(yīng)，目的是加深學(xué)習(xí)者對于課本資源的理解。這種聚合模型的主要是推送與課本知識(shí)相關(guān)的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源，即課本的學(xué)習(xí)內(nèi)容為主，個(gè)性化的學(xué)習(xí)偏好為主。

個(gè)性化學(xué)習(xí)資源的推薦流程如圖6所示。

圖6 學(xué)習(xí)資源推薦的流程

系統(tǒng)通過記錄學(xué)生學(xué)習(xí)課前測試與課后測試的成績，并針對學(xué)生人際交互有關(guān)的學(xué)習(xí)軌跡進(jìn)行分析，通過綜合學(xué)習(xí)水平算法得出其個(gè)人的學(xué)習(xí)水平；綜合分析學(xué)生與資源相關(guān)的學(xué)習(xí)行為，利用學(xué)習(xí)偏好算法推斷出學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好。本模塊中包含兩個(gè)主要的算法，具體介紹如下：

（1）資源類型偏好算法：學(xué)習(xí)資源類型共有圖片/圖像、文本、音頻、動(dòng)畫、視頻、應(yīng)用和綜合多種媒體7 種類型。資源類型偏好的計(jì)算過程是，首先將某一學(xué)習(xí)資源的學(xué)習(xí)者行為信息庫中的學(xué)習(xí)行為紀(jì)錄，映射到本文的資源組織的原型系統(tǒng)中時(shí)，就是按照學(xué)習(xí)者對資源的查看次數(shù)、對資源評(píng)分的次數(shù)和對資源評(píng)價(jià)的次數(shù)3種學(xué)習(xí)行為。給這種3個(gè)行為賦予不同的權(quán)值，本文根據(jù)行為的復(fù)雜度來衡量權(quán)值大小。具體過程如圖7所示。

圖7 學(xué)習(xí)資源推薦算法

本文中的課本資源以一個(gè)英語課本中的Part段為粒度，在計(jì)算拓展學(xué)習(xí)資源時(shí)，把課外資源本身的4個(gè)屬性（學(xué)科、關(guān)鍵詞、適用對象、描述）與課本內(nèi)容中Part的4個(gè)屬性進(jìn)行相等與相似的比較計(jì)算。如圖7所示，若正好相等，則資源名字的權(quán)值最高，依次是學(xué)科、適用對象、關(guān)鍵詞、描述，得出權(quán)值較高的學(xué)習(xí)資源列表，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)偏好的判定結(jié)果，調(diào)整學(xué)習(xí)資源列表的顯示順序，并根據(jù)具體需求，對列表進(jìn)一步處理，優(yōu)化算法運(yùn)行時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的資源推送。

（2）個(gè)性化推薦算法：學(xué)習(xí)者的認(rèn)認(rèn)知水平狀態(tài)的獲得，我們是通過系統(tǒng)所記錄的各項(xiàng)學(xué)習(xí)行為 （如對資源的參與及評(píng)價(jià)、對資源的瀏覽、評(píng)論、評(píng)價(jià)等）以及參與結(jié)果來評(píng)測的。它由兩部分成績組成：學(xué)習(xí)優(yōu)秀度和活躍度，認(rèn)知水平計(jì)算流程如圖8所示。

由于上兩步得出的個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源，推薦資源實(shí)現(xiàn)界面如圖9所示。

5 結(jié)束語

本文將個(gè)性化推薦技術(shù)應(yīng)用于一個(gè)新的領(lǐng)域小學(xué)英語學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，通過計(jì)算學(xué)習(xí)者的偏好類型和學(xué)習(xí)水平，學(xué)習(xí)風(fēng)格進(jìn)而建立了個(gè)性化英語資源推薦模型，并將測試好的原型系統(tǒng)應(yīng)用到北京市部分小學(xué)課堂學(xué)習(xí)中做實(shí)踐研究，對于學(xué)習(xí)資源的個(gè)性化程度的評(píng)價(jià)滿意度達(dá)到90%，本系統(tǒng)為小學(xué)英語學(xué)習(xí)者避免的資源選擇迷航的問題，大大減少了資源選擇和檢索的時(shí)間，提高了學(xué)習(xí)效率。

圖8 綜述學(xué)習(xí)水平算法

圖9 學(xué)習(xí)資源推薦界面

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