巫丹

（湖南信息學(xué)院，湖南 長沙 410151）

1 引言

信息技術(shù)的普及、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，在網(wǎng)絡(luò)終身學(xué)習(xí)和在線教育中為人們提供了更廣闊的平臺，遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)得到了發(fā)展，受到了人們的認可和關(guān)注[1]。傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法在地域和時間上受到了限制，遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)突破了地域和時間的限制[2]?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展擴展了學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)中的學(xué)習(xí)途徑和平臺，遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。各院校對英語學(xué)習(xí)的重視程度不斷提高，借助第三方公司或通過自主開發(fā)設(shè)計類型不同的多種英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)，得到了廣泛的應(yīng)用[3]。在線協(xié)作學(xué)習(xí)在信息時代社會中根據(jù)開放式網(wǎng)絡(luò)獲得了全新的思路，為實現(xiàn)協(xié)作、開放、自主、交互、共享學(xué)習(xí)平臺提供了支持。因此研究英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計方法具有重要的現(xiàn)實和理論意義[4]。當(dāng)前英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計方法存在系統(tǒng)安全性低和學(xué)習(xí)效率低的問題，需要對英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計方法進行研究。

文獻[5]設(shè)計了一種基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的智能學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)由手機、單片機、物聯(lián)網(wǎng)模塊、服務(wù)器組成，使用相應(yīng)的通訊協(xié)議將各部分連接起來成為一個完整的系統(tǒng)，通過短信提醒，對手機進行物理隔絕，增強學(xué)習(xí)的儀式感等方法幫助學(xué)生戒掉"手機依賴癥"，同時也能幫助學(xué)生逐漸養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。但是該系統(tǒng)不能明確的劃分用戶的權(quán)限，導(dǎo)致系統(tǒng)安全性較低。文獻[6]針對大學(xué)英語四六級學(xué)習(xí)及考試特點，設(shè)計基于智能手機的英語輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)，利用碎片化學(xué)習(xí)的特點對系統(tǒng)功能進行設(shè)計，該系統(tǒng)包括：單詞學(xué)習(xí)模塊、聽力學(xué)習(xí)模塊、閱讀和寫作模塊、考試指南和學(xué)霸秘籍模塊以及寓教于樂模塊，通過應(yīng)用效果調(diào)查，該系統(tǒng)的實現(xiàn)為大學(xué)英語學(xué)習(xí)提供了幫助。但是該系統(tǒng)不能為學(xué)生推薦合適的學(xué)習(xí)資源，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效率較低。

為了解決上述系統(tǒng)中存在的問題，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下設(shè)計英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)。

2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)流的處理對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)進行整體設(shè)計，包括查詢結(jié)果返回模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、功能模塊。英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的總體包括系統(tǒng)管理模塊、用戶登陸模塊、在線答疑管理模塊、在線考試管理模塊和課程資源管理模塊等，各模塊之間相輔相成，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

學(xué)校內(nèi)存在的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器通過封閉的服務(wù)器機房進行集中管理，確定穩(wěn)定性和高性能是設(shè)計網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的原則[7]。決定系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的主要因素包括網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、軟件架構(gòu)、服務(wù)器硬件性能和程序算法，網(wǎng)絡(luò)帶寬利用防火墻外部存在的路由器進行劃分。

由多臺服務(wù)器構(gòu)成英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的虛擬化服務(wù)器，并將對應(yīng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)布置在虛擬服務(wù)器中，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與虛擬服務(wù)器進行對接。管理服務(wù)器的主要任務(wù)是管理英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中的服務(wù)器，根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求動態(tài)調(diào)整虛擬服務(wù)器的磁盤空間、內(nèi)存和CPU等資源。

2.3 功能模塊設(shè)計

(1) 課程資源管理模塊

課程資源管理模塊是一種功能管理模塊主要包括相關(guān)教學(xué)資料和教師上課課件，學(xué)生可以通過英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)在線查看由教師上傳的課程資源信息，具有在線學(xué)習(xí)的功能[8]，圖2為英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)課程資源管理模塊的流程圖。

(2) 在線考試管理模塊

教師可以通過英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中的在線考試管理模塊考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，通過在線考試的模式評價學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況，在線考試過程中所用的試卷都是由教師所出。根據(jù)學(xué)習(xí)的課程，學(xué)生在英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中選擇對應(yīng)的試卷。在規(guī)定時間內(nèi)交卷后，系統(tǒng)根據(jù)正確答案進行評分，并將評分結(jié)果在顯示界面中顯示出來，在線考試管理模塊在英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中的工作流程如圖3所示。

(3) 在線答疑管理模塊

在線答疑管理模塊的主要功能是在英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中為教師和學(xué)生提供交流平臺，在英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中，學(xué)生可以將在線學(xué)習(xí)過程中以及自己不會的問題向老師提出，教師在在線答疑模塊中為學(xué)生解答，其工作流程如圖4所示。

(4) 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理員通過系統(tǒng)管理模塊對英語遠程自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進行管理。在系統(tǒng)管理模塊中，管理員首先需要判定用戶對應(yīng)的權(quán)限，根據(jù)英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計和需求分析，通過登陸管理員賬號進行操作。系統(tǒng)管理模塊在英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中的工作流程如下：

(5) 用戶登陸模塊

用戶登陸系統(tǒng)是實現(xiàn)各種功能操作的前提，所以操作各種功能模塊的基礎(chǔ)是用戶登陸系統(tǒng)。在英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中設(shè)計用戶登陸模塊時，主要包括密碼驗證、用戶賬號驗證。英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)面對的主要對象是學(xué)生和教師，但登陸英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)時，學(xué)生和教師的登陸過程都是相同的。根據(jù)普通軟件密碼、賬號身份驗證的特點，結(jié)合英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的實際情況，得到工作流程圖，如圖6所示。

3 學(xué)習(xí)推薦算法

設(shè)U代表的是用戶集；T代表的是用戶資源標簽集；C代表的是用戶訪問事物集。

在用戶資源標簽集T的基礎(chǔ)上對用戶u每個標簽出現(xiàn)的次數(shù)Tu，k以及在英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中出現(xiàn)的總次數(shù)進行統(tǒng)計，設(shè)Φu(k)代表的是狀態(tài)對應(yīng)的特征向量，其計算公式如下：

式中，M代表的是用戶總數(shù)；xu，k描述的是用戶u對應(yīng)的第k個標簽在英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中存在的次數(shù)。

利用用戶資源標簽集T對資源標簽在系統(tǒng)中出現(xiàn)的總次數(shù)進行統(tǒng)計。根據(jù)在用戶u訪問集合的基礎(chǔ)上對其標簽出現(xiàn)的總數(shù)Nj進行統(tǒng)計，其中Nj描述的是用戶ut在英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中被用戶u訪問時對應(yīng)的標簽j在英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中出現(xiàn)的總數(shù)。

按照時間從近到遠的順序?qū)τ脩魎在用戶訪問事物集C中進行排序，獲得排序結(jié)果，依據(jù)經(jīng)驗值設(shè)置時間衰減因子，并設(shè)置初始函數(shù)值為零。用戶標簽向量與初始用戶值函數(shù)的每一維權(quán)值均設(shè)置為零。

用戶u的學(xué)習(xí)向量根據(jù)排序結(jié)果進行學(xué)習(xí)，根據(jù)用戶u每一時刻i+1 訪問的資源a，獲取資源a 的變遷集合。設(shè)代表的是用戶值函數(shù)，其計算公式如下：

式中，Wi描述的是第k維標簽在處理完用戶第i+1步訪問數(shù)據(jù)后對應(yīng)的權(quán)值。

根據(jù)式(2)的計算結(jié)果，通過下式更新資源at中存在的標簽對應(yīng)的權(quán)值：

精簡資源集合，當(dāng)資源出現(xiàn)在待預(yù)測用戶歷史訪問記錄中時，刪除該資源，利用剩下的資源構(gòu)成候選資源集。

針對任何一個候選資源，用戶對其級別進行評分，計算當(dāng)前需要預(yù)測用戶s與訪問過用戶si之間的相似度，結(jié)合用戶s最近鄰用戶評價預(yù)測資源獲得的實際分數(shù)，對資源a的分數(shù)per(s，a)進行預(yù)測，per(s，a)的表達式如下：式中，sim(si，s)描述的是用戶s與用戶si之間存在的相似度；(si，s)描述的是訪問過資源a 的用戶與s最近鄰用戶之間的相似度和。

根據(jù)推薦分數(shù)per(s，a)的計算結(jié)果排序候選集中存在的資源，實現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的推薦。

4 實驗與分析

為了驗證設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的整體有效性，需要對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)進行測試，本次測試的Web 服務(wù)器為Tomcat6．0，處理器為Intel Core i3-2310M CPU@2．10GHz，數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2005，操作系統(tǒng)為Windows 7。分別采用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)、文獻[5]設(shè)計的基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的智能學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)和文獻[6]設(shè)計的基于智能手機的英語輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)進行測試，對比三種系統(tǒng)的安全性，測試結(jié)果如下：

分析圖7可知，在多次迭代中，本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的安全性均高于文獻[5]系統(tǒng)和文獻[6]系統(tǒng)的安全性，因為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計了系統(tǒng)管理模塊，在系統(tǒng)管理模塊中設(shè)置了用戶的權(quán)限，包括管理員、學(xué)生和教師的權(quán)限，提高了英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的安全性。

遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的基本功能是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，分別采用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)、文獻[5]系統(tǒng)和文獻[6]系統(tǒng)進行測試，讓學(xué)生通過上述系統(tǒng)學(xué)習(xí)相同知識，對比學(xué)生學(xué)習(xí)所用的時間，測試結(jié)果如下：

由圖8中的數(shù)據(jù)可知，學(xué)習(xí)相同知識，本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)時間在多次迭代中均低于文獻[5]系統(tǒng)和文獻[6]系統(tǒng)的學(xué)習(xí)時間，因為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)推薦算法為學(xué)生推薦合適的學(xué)習(xí)資料，并通過在線檢測和在線答疑提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，縮短了學(xué)生學(xué)習(xí)知識所用的時間，驗證了本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

5 結(jié)束語

在英語教育行業(yè)中信息化技術(shù)的應(yīng)用逐漸變多，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，促進了英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展。當(dāng)前英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)存在系統(tǒng)安全性低和學(xué)習(xí)效率低的問題，本文提出并設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)，通過系統(tǒng)管理模塊設(shè)置用戶權(quán)限，提高英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的安全性，通過學(xué)習(xí)推薦算法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，解決了當(dāng)前系統(tǒng)中存在的問題，為英語遠程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。