（教育技术学专业论文）基于web的个性化学习系统设计与实现.pdf

摘要 随着网络技术的发展和学习社会化、终身化的要求，通过网络进行学习必将 成为远程学习的时代发展走势。但是，传统的网络学习系统往往以系统自身为中 心，并没有充分考虑用户的个性化需求，要求人来适应系统而不是系统去适应用 户，没有充分按照学生的个人学习特点来进行教育，所以造成了交互性差、学习 效果不明显等诸多问题。个性化的网络学习系统是解决学生需求的个性化和教学 资源的单一化这一矛盾的有效方案，构建个性化的网络学习系统才能安现真正意 义上的个性化现代远程教育，保证远程教育的教学质量。 本文论述了个性化学习以及个性化现代远程教育的内涵，分析现代远程教育 中学习者对个性化学习的需求：针对现有的网络学习系统存在的问题，对基于 w e b 的个性化学习系统的相关理论、设计与实现的策略进行了详细论述。在以上 研究的基础上，以多媒体技术网络课程为应用实例，对基于w e b 的个性化学 习系统的构建进行探索性的实践研究。基于w e b 的多媒体技术个性化网络学习系 统的设计与开发本着以学习者为中心的原则，要求完成的系统在一定意义上满足 学习者的个性化需求，实现适合学习者个性的个性化学习。 论文最后对基于w e b 的个性化学习系统的发展前景进行了展望，同时提出了 本论文理论研究和实践开发可以进一步改进的方向。 关键词：个性化：网络教学；个性化学习系统：自适应超媒体 引言 一、研究背景与意义 z l 世纪是信息时代、网络时代，以信息技术为核心的知识经济占据着主导 地位，国家的综合国力和社会地位的竞争取决于教育的发展、科技的进步。教育 终身化、人才科技化，导致了传统的课堂教学模式已经不能完全满足社会对人才 的需求，现代远程教育呈现出强有力的发展势头。现代远程教育作为一种全新的 教育方式和手段，它是传统教育与现代信息技术( 计算机技术、网络技术和通信 技术) 的完美结合。现代远程教育的出现对传统的教育方式的影响是深远的，它 所具有的革命性的力量和其巨大的生命力以及带来的市场机会是有目共睹的。发 展现代远程教育，构建终身学习体系是教育信息化的颂重要任务。教育部在“面 向2 l 世纪教育振兴行动计划”中决定，实拖“现代远程教育工程”。通过该工程 的实施，口j 以有效发挥现有各种教育资源的优势，符合世界教育发展的潮流。现 代远程教育使得教师和学生从时空的束缚当中解放出来，人们可以不受时间和空 间的限制，随时、随地完成双向交互式的教学活动，共享优秀的教学资源，为学 生提供了新的学习空间和时间，必将大大提高学生的学习主动性和积极性，有利 于学生知识面的拓宽、能力的增强、素质的提高；现代远程教育推进了教育的大 众化和终身化，为整个社会素质提高提供了更广阔的舞台，是构建终身学习体系 的重要手段。 在以学牛为中心的现代远程教育教学模式中，教师不再像传统教学中那样占 据主导地位，更大程度上扮演的角色类似于课件内容设计者、实时课程讲授者、 问题解答与讨论者。由于远程教学的跨时空性，教师很难再像传统教学中那样和 学生面对面地交流，很难从学生的反应中了解到学生对知识的掌握情况。面对大 量的资源，学生往往不知从何入手才能够找到自己所需要的信息，容易出现“网 络迷航”现象。同时，学生也难于获得传统课堂中教师和同学所给与的个性化帮 助，并且以一部分学生为对象设计的网络课程或教育应用软件并不适于大范围使 用。 随着目前网络教育试点工作的开展，学习时间和空间的界限大大拓宽，但是 网络课程基本上还是千人一面的固定模式，众多网络教学系统模式单一、交互性 差，以系统自身为中心，并没有充分考虑学生的个性需求与习惯，要求人来适应 系统而不是系统去适应用户，没有充分按照不同学习者的个性化需求来提供教学 服务，具有不同知识基础和学习目标的学生只能接受同样的学习材料，造成学生 学习兴趣较低，学习效果不明显等问题。换言之，大量的网络学习系统目前还无 法实现真正意义上的适应性学习，缺乏个性化和智能性，不能为学生创建个性化 的学习空间和引导学生学习的方向，无法对学生进行因材施教。 因此，要想真正实现以学习者为主体的现代远程教育，必须在学习内容以及 内容的呈现上实现个性化，为具有不同知识基础、认知风格的学习者提供与他们 自身能力相适应的个性化服务。个性化的现代远程教育是提供给学生个性化学习 的现代远程教育。个性化的现代远程教育将整个教学活动作为一个有机的整体， 各教学环节之间有密切的联系，这种联系是提供个性化教育的关键。这就要求网 络学习系统必须是一种适应个别化学习需求的个性化学习系统，必须要根据学习 者的兴趣、访问频度、访问时间而动态的调整页面结构，以更好的满足不同个性 学习者的需求。 目前，国外已经开展了一系列心理因素与网络化学习的教学效果和学习方式 的研究，并取得了一些进展。例如：在基于i n t e r n e t 的学习方式下，学习者个性 与学习效果关系的研究中，r a s m u s s e n 与d 8 v i d s o n 的研究表明：适应学习者学习 类型的远程网络课件能够很好地帮助学习者实现个性化学习，提高学习效果和学 习成绩。支持个性化学习的网络学习平台建设成为当前的一个热点研究领域，但 是大多数还是处于试验研究阶段，没有达到广泛应用的程度。部分学习网站在一 定程度上实现了个性化，但在很多地方仍有不足，例如大部分网络平台都忽略了 学习者个性特征测量。在国外，较成功的支持个性化学习的远程教学系统是俄罗 斯的圣彼得堡州技术大学计算机科学学院的智能计算机技术系和人工智能实验 室等共同研究开发的“远程智能导师系统”( 简称i d 乙e ) 。在我们国内虽然研究基 于w e b 的教学系统的热潮正在兴起，但对适应个别学习者需求的个性化学习系统 的研究还基本处于空白状态。有个别网上学习系统将学习内容分成比较小的单元 有利于学习者进行小步予学习，然而，总体上看来，学习系统几乎不关心学习者 的学习能力、学习策略、学习交互、学习过程等，在学习中，学习者也较难对自 己的学习状况进行比较准确地把握，更难进行基于网络的个性化学习。“1 2 0 世纪9 0 年代以来，计算机多媒体技术乃至现在的超媒体技术迅速兴起并 蓬勃发展，多媒体、超媒体被迅速应用到智能教学系统中来。利用自适应智能超 媒体技术构建个性化的网络学习系统是解决学生需求的个性化和教学资源的单 一化这一矛盾的有效方案。个性化学习系统通过了解和掌握学生的知识基础、喜 好等个性化特征建立个性化的网络学习环境，为学生提供相应的服务，如动态生 成学习页面，建议学习的路径等。从而实现个性化的现代远程教育，保证远程教 育的教学质量，促进现代远程教育的发展。 二、有关个性化网络教学的研究综述 第一章基于w e b 的个性化学习 一、基于w e b 的个性化学习 ( 一) 个性化学习 个性化学习是指以承认学习者在社会背景、智能背景、态度价值、情感和生 理等方面存在的个别差异为前提，努力使学习者的个性特征与学习环境之间达到 一种平衡，使学习者的素质得到全面提升，培养具有完善个性的人的一种教育理 念。个性化学习是指根据学习者的个性特征实施教育活动，充分发挥学习者的主 动性，在促进学生全面、自由、协调发展的基础上，促进学生个性的发展、潜能 ( 特别是优势潜能) 的开发。学习个性化是针对传统的教育观提出来的、从人的 个性出发、以人为本的一种教育思想。个性化学习的提出既有心理学的基础同时 也是个体和社会发展的需要。 1 心理学基础 心理学一般把个性的定义解释为一个人比较稳固的心理特征的总和，主要表 现为一个人的气质、性格、能力等方面。它既包括个性心理特征，也包括个性的 倾向性。由于每个学习者的遗传因素不同，成长的家庭和社会文化背景各不相同， 从而形成的个性也不尽相同。学习者的个性差异是客观存在，不容忽视的。美国 著名心理学家卡特尔通过对各种生活情景、行为事件进行观察、测验，并对所得 数据采用数理统计的因素分析法，将人的个性抽取1 6 种基本特征或称1 6 个性因 素。这1 6 种个性因素在一个人身上的不同组合，就构成了一个人不同于其他人 的独特人格。这些个性因素不仅影响人们在生活中待人接物的方式，而且还影响 人们在学习中的行为。所以教育者应该依据学习者的个性特点为其提供相应的服 务。 2 个体学习的需要 美国心理学家马斯洛把需要分为生理的需要、安全的需要、归属的需要、爱 的需要、认知的需要、自我实现的需要。每一种需要都凸现着个体的独特之处。 场独立型的个体希望在学习中能有更多的自主性，场依存型的学习者希望能够得 到教师明确的指导。教育应该依据学习者的个性特征为其提供相适应的学习环 境，使每个学习者的潜能得到充分的发挥，让学习者的潜能得到充分发展。 3 社会发展的需要 个性化学习强调以人为本，尊重学生，面向全体学生，是教育公平发展的起 点；个性化学习强调针对性，因材旌教，公平地对待每一位学生的体现；个性化 学习强调主体性的培养和弘扬，从个体发展的内部动力机制方面引导每一位学生 自主地充分地发展，是更为积极意义上的教育公平；每一个体的全面发展和良好 个性的充分展现是最高意义上的公平，是教育公平终极追求日标。 个性化学习是相对于传统的强制划一的教育思想而言的，是对划一性教育的 否定。划一性教育是千篇一律的模式化的教育，它的基本特征是模式化。这种标 准化的旧教育模式，忽视甚至无视受教育者的个性特点，压制了人的个性的发展 和潜能的开发。而个性化学习是一种从人的个性出发、以人为本的一种教育思想， 个性化学习承认每个学习者在性格、智能结构、兴趣以及气质等方面存在差异。 例如在智能结构方面，有的学习者可能在数学逻辑思维方面表现比较突出， 有的学习者则擅长语言文字。但个性化学习不会因为差异而歧视某些学牛或否认 学习者成长的可能性。相反，个性化学习认为只要为每个学习者提供了适当的教 学，学习者都能成功地进行学习。所以应针对学习者独特的个性特征来设计学习 活动，让所有学习者的潜能都得到充分、自由的发展，成为独特的、身心和谐发 展的独立个体。可以说个性化学习是素质教育的出发点和归宿点。 个性化学习的实施需要两个前提条件：是尊重并发现学习者现有的个性 ( 为此教育者应该通过观察、对话、阀卷测试等多种形式发现不同学习者的个性 特征，并以此为依据设计学习活动的各个环节) ；二是为学习者个性的提升创造 有利的条件( 即依据学习者的个性特征为学习者提供与其个性特征相匹配的学习 历程，包括适当的学习环境、学习材料、评价方式等) 。这两个条件从主观和客 观两个方面构成了个性发展的基础。 综上所述，个性化学习是以学生为中心，注重个别差异，促进主动学习，启 发自我创造，实现个性化教育，达到人尽其材的一种教学方法。个性化学习强调 以个别差异为出发点，以学习者兴趣与需要为中心，以每个学生能力与个性的最 大发展为目标。近几十年来，个性化教学是教育革新最积极的领域之一。 ( 二) 基于w e b 的个性化学习 基于w e b 的个性化学习是在网络环境下实行的个性化学习，它是在以个性化 支持技术和w e b 技术、数据库技术为依托所建立起的个性化网络学习环境中展开 的。基于w e b 的个性化学习所追求的就是以人为本、面向全体学习者、尊重每一 位学习者、因材施教、公平的对待每一位学习者的体现，强调主体性的培养和弘 扬，从个体发展的内部动力机制方面引导每一位学习者得到自主充分的个性化发 展，这本身就是人文精神的最大体现。在基于w e b 的个性化学习中，学习者是具 有自己独特个性的个体，学习者的个性在其学习过 境条件和社会需求去自主的选择 、修订学习的方向、目标，有计划的安排学习的活动顺序、时问步骤、学习方式等。要实现基丁网络的个性化 化学习要有丰富的适应学习者个体学习的学习资源，要拥有多样化的学习策略， 要有及时、准确的信息反馈，要有多元交互。在互联网络环境及网络技术出现之 前，是没有什么学习系统可以支持这样个性化的自适应学习的。但是，网络和信 息技术的迅速发展，使自适应学习的实现成为必然。网络所具有的分布式特点和 强大的交互性为个性化学习提供了技术上的可行性，网络教育如火如荼的开展， 为形成个性化教学模式提供了很好的土壤。 二、个性化的现代远程教育 个性化服务的根本是尊重用户，研究用户个人的行为习惯和兴趣。为用户选 择更需要的资源提供更好的服务。例如，传统行业中，有的国际连锁大酒店会为 每一位客户建立服务档案，记录客户的习惯、喜好和特点，然后有针对性地为客 户选择需要的资源。提供更好的服务。以后客户到该酒店的连锁店，都会享受到 这种体贴的针对服务。互联网产业中有越来越多的电子商务网站开始提供个性化 服务。如计算机网站d e l l c o m ，网上书店a 雌z o n c o m ，网上办公用品商店 s t a p l e s c o m 等等。d e l l c o m 为客户提供采购、订货状况的追踪调查，一旦用户 购买了一种计算机产品，在相当长的一段时间里，网站会根据用户的需要与产品 的特点，推荐最合适的配件与产品。为了方便客户的选购，a m a z o n c o m 还采用 了具有个性化的购物模式“i _ c l i c k ”订购系统，客户只需要输入一次自己 的地址、送货方式和付款信息，以后选购任何商品所需的操作就是点击一下“b u y ” 按钮。办公用品商店s t 8 p l e s c o m 为客户提供多种多样的工具帮助客户寻找自己 经常购买的商品。它的个性化列表允许客户存储他们经常购买的物品而不是每次 浏览该网站时都重新输入。此外，该站点定期发送的电子邮件还会提醒办公室管 理人员“该储备办公消耗用品了”。如果说互联网的初期主要以提供大量信息和 功能化产品为主，那么今后，为客户提供全方位的个性化服务将占据主导地位。 个性化教育是现代远程教育教学模式的特点之一。个性化的现代远程教育是 提供给学生个性化学习的现代远程教育。个性化的现代远程教育应该将整个教学 活动作为一个有机的整体，各教学环节之间有密切的联系，这种联系是提供个性 化教育的关键。 个性化的现代远程教育提供的个性化服务有：根据学生的必趣爱好为学生推 荐有关课程或者学习资源；根据学生的问题、测试成绩给学生指出没有掌握的知 识点和学习建议，并且可以提供给学生针对没有掌握的知识点的补充资源，以便 学生尽快掌握；教师根据每个学生的个性、学习行为、学习反馈，及时调整教学 策略，制定适合学生个性的教学内容和教学活动；等等。可见，个性化的现代远 程教育系统将是一个具有智能的系统。 第二章基于w e b 的个性化学习系统设计支持 一、基于w e b 的个性化学习系统设计理论支持 ( 一) 建构主义学习理论 众所周知，在过去的廿年中，强调刺激一反应，并把学习者看作是对外部 刺激做出被动反应、即作为知识灌输对象的行为主义学习理论，已经让位给强调 认知主体的内部心理过程，并把学习者看作是信息加工主体的认知学习理论。随 着心理学家对人类学习过程认知规律研究的不断深入，近年来，认知学习理论的 一个重要分支建构主义学习理论在西方逐渐流行。由于多媒体计算机和基于 i n t e r n e t 的网络通信技术所具有的多种特性特别适合于实现建构主义学习环境， 换句话说，多媒体计算机和网络通信技术可以作为建构主义学习环境下的理想认 知工具，能有效地促进学生的认知发展，所以随着多媒体计算机和i n t e r n e t 网络 教育应用的飞速发展，建构主义学习理论正愈来愈显示出其强大的生命力，并在 世界范围内日益扩大其影响。“1 建构主义本来是源自关于儿童认知发展的理论，由于个体的认知发展与学习 过程密切相关，因此利用建构主义可以比较好地说明人类学习过程的认知规律， 即能较好地说明学习如何发生、意义如何建构、概念如何形成，以及理想的学习 环境应包含哪些主要因素等等。总之，在建构主义思想指导下可以形成一套新的 比较有效的认知学习理论，并在此基础上实现较理想的建构主义学习环境。从“学 习的含义”( 即关于“什么是学习”) 与“学习的方法”( 即关于“如何进行学习”) 这两个方面简要说明建构主义学习理论的基本内容。 1 关于学习的含义 建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社 会文化背景下，借助学习是获取知识的过程其他人( 包括教师和学习伙伴) 的帮 助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情 境即社会文化背景下，借助其他人的帮助即通过人际间的协作活动而实现的意义 建构过程，因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构” 是学习环境中的四大要素或四大属性。“情境”：学习环境中的情境必须有利于学 生对所学内容的意义建构。这就对教学设计提出了新的要求，也就是说，在建构 主义学习环境下，教学设计不仅要考虑教学目标分析，还要考虑有利于学生建构 意义的情境的创设问题，并把情境创设看作足教学设计的最重要内容之一。“协 作”：协作发生在学习过程的始终。协作对学习资料的搜集与分析、假设的提出 与验证、学习成果的评价直至意义的最终建构均有重要作用。“会话”：会话是协 作过程中的不可缺少环节。学习小组成员之间必须通过会话商讨如何完成规定的 学习任务的计划；此外，协作学习过程也是会话过程，在此过程中，每个学习者 的思维成果( 智慧) 为整个学习群体所共享，因此会话是达到意义建构的重要 手段之一。“意义建构”：这是整个学习过程的最终目标。所要建构的意义是指： 事物的性质、规律以及事物之间的内在联系。在学习过程中帮助学生建构意义就 是要帮助学生对当前学习内容所反映的事物的性质、规律以及该事物与其它事物 之间的内在联系达到较深刻的理解。这种理解在大脑中的长期存储形式就是前面 提到的“图式”，也就是关于当前所学内容的认知结构。由以上所述的“学习” 的含义可知，学习的质量是学习者建构意义能力的函数，而不是学习者重现教师 思维过程能力的函数。换句话说，获得知识的多少取决于学习者根据自身经验去 建构有关知识的意义的能力，而不取决于学习者记忆和背诵教师讲授内容的能 力。 2 关于学习的方法 建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习，也就是说，既强调 学习者的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用，教师是意义建构的帮助者、 促进者，而不是知识的传授者与灌输者。学生是信息加工的主体、是意义的主动 建构者，而刁i 是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。学生要成为意义的主动 建构者，就要求学生在学习过程中从以下几个方面发挥主体作用： ( 1 ) 要用探索法、发现法去建构知识的意义； ( 2 ) 在建构意义过程中要求学生主动去搜集并分析有关的信息和资料，对 所学习的问题要提出各种假设并努力加以验证； ( 3 ) 要把当前学习内容所反映的事物尽量和自己已经知道的事物相联系， 并对这种联系加以认真的思考。“联系”与“思考”是意义构建的关键。如果能 把联系与思考的过程与协作学习中的协商过程( 即交流、讨论的过程) 结合起来， 则学生建构意义的效率会更高、质量会更好。协商有“自我协商”与“相互协商” ( 也叫“内部协商”与“社会协商”) 两种，自我协商是指自己和自己争辩什么 是正确的；相互协商则指学习小组内部相互之间的讨论与辩论。 、 教师要成为学生建构意义的帮助者，就要求教师在教学过程中从以下几个面 发挥指导作用： ( 1 ) 激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机； ( 2 ) 通过创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间联系的线索， 帮助学生建构当前所学知识的意义。 ( 3 ) 为了使得意义建构更有效，教师应在可能的条件下组织协作学习( 开 展讨论与交流) ，并对协作学习过程进行引导使之朝有利于意义建构的方向发展。 引导的方法包括：提出适当的问题以引起学生的思考和讨论：在讨论中设法把问 作伙伴。协作伙伴也可以是虚拟的学生，这种虚拟的伙伴可以帮助学生解答问题， 也可能给学生带来“小麻烦”，减轻学生学习的孤独感。 智能班级监控也是一项产生于网络教育背景下的技术。网络教育中的教师不 像传统课堂中的教师可以从学生的表情了解到学生对知识的理解程度，感到困惑 的学生需要特别辅导，而学习优异的学生则需要新知识的激励。在网络环境下， 这些信息都很难适时反馈给教师。网络教学系统可以对学生的行为进行跟踪，智 能班级监控系统试图采用人工智能技术帮助教师处理系统收集的这些信息。目 前，采用智能班级监控技术的系统还很少。 ( 二) 元数据和语义w e b 技术分析 1 元数据 元数据m e t a d a t a ) 提供了学习资源描述的通用集。更准确的说，元数据是“关 于数据的数据”。元数据为面向领域的目的信息提供了一种一致的描述方法，在 识别资源、评价资源和追踪资源应用中，有利于资源的有效查找、发现和管理。 元数据为各种形态的数字化信息单元和资源集合提供规范、普遍的描述方法和检 索工具。元数据的总体结构定义一般包括3 个层次： ( 1 ) 内容结构：对元数据构成元素及定义标准进行描述。可包括描述性元素、 技术性元素、管理性元素、结构性元素。 ( 2 ) 句法结构：定义元数据格式结构以及描述方式。例如元素的分区分段组 织、元素选取使用规则、元素描述方法、元素结构描述方法、结构语句描述语言 等。有时句法结构需要指出元数据是否与所描述的数据对象捆绑在一起或作为单 独数据存在但以一定形式与数据对象链接。 ( 3 ) 语义结构：定义元数据的具体描述方法。例如插述元素时所采用的标准、 最佳实践或自定义的描述要求。有些元数据本身定义了语义结构，而另一些则由 具体采用单位规定语义结构。 元数据作为描述信息资源的数据结构，一般由多个按照规定编码语言和编码 方式对信息资源属性进行特征描述的元素组成。这些元素按照规定的相互关系和 整体结构形成具体的元数据格式。元数据应用于特定的主题或专业领域，适用于 一组或多组相关的信息资源类别，例如网络资源元数据d u b l i nc o r e 。元数据有 着以下一些特点： ( 1 ) 元数据可以作为一个独立对象的一个固有、内在的部分，也可以独立于 该对象。例如d u b l i nc o r e 作为嵌入的m e t h 标记与h t m l 文本成为一体。 ( 2 ) 元数据标准提出了不同级别的表示粒度。d u b l i nc o r e 提供了基本的事 实描述，在资源级元数据的创建中得到了广泛的运用。d c 在教育领域的扩展具 体说明了一些相关的要素，例如资源的目标听众和教育目的等。 ( 3 ) 元数据创建者可分为三类：资源创建者在创建资源时可以嵌强巍髭韬精 环境下的教育超媒体系统。”自适应教育超媒体系统进入到网络时代后，出现了 自适应信息过滤、智能执作支持、智能班级监控这些产生于网络背景下的新技术。 1 i t s 技术在基于w e b 的学习系统中的运用 主要的智能教学技术包括课程排序、智能解答分析和问题解答支持。课程排 序技术根据学生的个性对学习主题和作业进行排序之后提供给学生，帮助学生找 到一条通过超空间的最佳路径。课程排序技术是最早应用到自适应智能网络教学 系统中的技术之一。智能解答分析对于学生所作的答案进行分析，非智能的分析 只能给出正确或错误两种判断，而智能分析可以判断答案正确与否或是回答得不 完全，告诉学生产生错误的原因、与此问题相关的知识点等等。问题解答支持在 学生解答某一问题的每个步骤给与智能的帮助，提示学生或者完成下一步的操 作。网络环境下的问题解答支持不像在传统单机版的智能教学系统中那么流行， 因为它要求c l i e n t s e r v e r 的执行方式，对交互要求较高，开发难度较大。 2 适应性超媒体技术在基于w e b 的学习系统中的运用 自适应内容呈现和自适应导航支持是两种源于自适应超文本和超媒体系统 的主要技术。适应性内容呈现是指在超媒体系统中所呈现的页面内容能够适应于 用户的知识水平、学习目标及其他存储在用户模型中的信息，页面不是静态的， 而是根据每个用户特征动态生成的，即不同的用户所看到的页面内容可能不一 样。自适应导航支持技术通过改变系统中超链接的可见性指引学生在超空间中航 行的方向，例如对页面中的超链接进行分类、标记或者隐藏，引导用户浏览合适 的页面。自适应导航支持与课程排序的目的相似，都是为了帮助学生找到一条通 过知识空间的最佳路径。 3 w e b 环境所引发的一些新的技术在基于w e b 的学习系统中的运用 自适应信息过滤是一项源于数据恢复领域的著名技术，其目的是从大量数据 中找到用户感兴趣的内容或者过滤掉垃圾信息。在网络环境下，自适应信息过滤 用于搜索和内容浏览，使得搜索的结果适应于用户的需求，提示用户最相关的内 容。自适应信息过滤可分为两种：基于内容的过滤和协作过滤。基于内容的过滤 依据文件内容进行，而协作过滤则是把对相同问题感兴趣的用户进行匹配。自适 应信息过滤在信息系统中很流行，但是因为传统教育系统内容相对较少，所以最 初并没有用于教育系统当中。自适应教育超媒体系统进入到网络时代，学习资源 大量增加，自适应信息过滤技术就显得尤为重要。 智能协作学习是在计算机支持下的协作学习( c s c l ) 和智能教学系统( i t s ) 两学科交叉基础上发展起来的。网络和网络教学为智能协作学习技术的发展提供 了很好的平台和应用环境。在网络教育中，学生足相对孤立的，智能协作学习可 以为学生彼此之间的交流协作提供更友好的支持。在面对某一任务时，根据学生 们的知识水平进行分组。在协作过程中给学生 互操作能力。而r d f 则定义了个简单的数据模型以表达数据间的关系。) ( m l 是 一种用于定义标记语言的工具，其内容包括x m l 声明、用以定义语言语法的 d t d ( d o c u m e n tt y p ed e c l a r a t i o n ) 、描述标记的详细说明以及文档本身。而文档 本身又包含有标记和内容。x m l 通过w e b 传递文件，允许用户设计自己的文件格 式( 句法) ；它包含增强文件内容意义的标注并且是机器易读的。x m l 的最突出的 特点就是功能强大又易于使用，它使网页能够容纳更丰富的信息资源。其中元数 据管理、语义透明性和自主主体都是x 札所独有的概念，而x m l 对统一结构化语 法和半结构化语法的承诺，将有助于把几乎不可能完成的事变成切实可行的。 x m l 的特点是良好的数据存储格式、可扩展性、高度结构化、便于网络传输，这 使它在基于w e b 的应用中大显身手。对基于w e b 的远程学习系统来说，x m l 的树 形层次结构非常适合来描述课件的结构及定义作业、答疑、考试等系统的数据组 织格式。它的可扩展性可以灵活地针对不同的学习环境设计不同的底层数据结 构，故x m l 能很好的应用于网络学习系统。 r d f 是w 3 c 制定的资源描述元语言，解决的是如何采用) 【h i l 标准语法无二义 性地描述资源对象的问题，使得所描述的资源的元数据信息成为机器可理解的信 息。如果把) 【】d l 看作为一种标准化的元数据语法规范的话，那么r d f 就可以看作 为一种标准化的元数据语义描述规范。r d f 通过基于x n 语法的明确定义的结构 化约定来帮助建立语义协议与语法编码之间的桥梁，以此来促进元数据的互操作 能力。因此，r d f 适合描述w e b 上的资源，以满足w e b 上应用程序亘操作能力的 需要。r d f 的基本对象类型有：资源、属性、声明。每一个资源都具有属性，每 个资源通过唯一资源标识符u r i 来标识，它的属性由属性类型来标识，每一个属 性类型都有对应的属性值。属性类型表示出这些属性值与资源之间的关系。r d f 声明是r d f 的数据模型，基本结构为对象属性值的三元组，分别对应上 面的资源、属性和属性值，或者称为主题、谓词和对象，图形化表示为带标记的 有向图。一个对象属性值的三元组称为一个陈述。r d f 允许对象或者属 性值是任意的陈述，这意味着语义图可以链接和嵌套，以表达任意复杂的模型， 因此r d f 的形式化描述本身就具有完备性。 求，跟踪学生的行为( 这里一般收集的信息包括学生的注册信息。与学习页面交互 的信息等等) ，然后送到原始信息库进行信息的预处理。个性化分析中心根据虽新 采集的原始数据结合学生个性数据库进行个性分析，产生结果，更新学生个性数 据库，并把结果送往个性分析处理信息调度中心，信息调度中心根据个性化信息 和学生请求对原有数据库群发出调度命令，提供个性化服务决策。 三、基于w e b 的个性化学习系统的建构策略 基于w e b 的个性化学习系统具有适应性的关键在于“页面背后的知识”。在 个性化学习系统中，根据领域知识单元建立领域模型来构造知识空间，同时为了 让系统知道页向上呈现的内容，还需要连接知识空间和教学内容空间。因此设计 和实现个性化网络学习系统要比设计传统的教学超媒体系统复杂的多。 个性化学习系统中的信息组织形式可以看成两个相互联系的网络( 如图3 所示) ：概念网( 知识窄间k n o w l e d g es p a c e ) 和学习材料超文本页面网( 传 统的超空间h y p e rs p a c e ) 。相应地，个性化学习空间的设计包括三个关键步 骤：构造知识空间、构造超空间和连接知识空间和超空间。 知识空间( k n o w l e d g es p a c e ) 图3 信息空间的组织 ( 一) 知识空间的构造 1 领域模型 采用基于知识的方法开发自适应超媒体系统的核心是领域模型的设计与构 造。领域模型由一系列小的领域知识单元组成，领域知识单元可称之为概念，领 域概念代表着该学科领域的知识点，+ 系列的领域概念组织成为领域模型。 领域模型由应用领域的概念和概念之间的关系组成。简单的领域模型就是一 些离散概念的集合。复杂的用户模型区分了不同的概念类型和不同的关系类型， 这些概念相互关联构成了一个语义网络，这种网络代表了系统所覆盖的应用领域 的结构。 概念的类型及关系的类型往往因不同的系统和作者的设计选择而有所区别， 概念分成原子概念( a t o m i cc o n c e p t ) 和复合概念( c o m p o s i t ec o n c e p t ) ，前者 对应一个不可再分的信息片段；后者由一系列的子概念和构成复合概念的构造规 则组成。这些子概念要么都是原子概念，它就是一个页面( p a g e ) ；要么都是复 合概念：对既有原子概念和复合概念的情形通过引入中间结点转换成上述两种情 形，这样处理简化了领域模型的结构。 概念之间的关系包含两类，一类是反应了超文本系统之间的链的指向关系 ( l i n k ) ；另外一类关系反应了概念之间的内在逻辑关系，区分了两种类型：前 提关系( p r e r e q u i s i t e ) 和禁止关系( i n h i b i t o r ) ，前者假设概念c l 是概念 c 2 的前提关系，则表明学习c 2 之前先要掌握c 1 的内容；后者假设c 4 禁止c l ， 表明当掌握了c 4 的内容之后，用户不愿再访问c 1 了，即表明c 1 相对于c 4 是太 初级的内容了。在其它一些系统中，概念之间的关系可能定义了“s p e c i a l i z e d b y ”关系( 表示后一概念是前一概念的特例) 、“i sr e l a t e dt o ”( 相关) 关系、 “c o n t r a s t sw i t h ”( 对比) 关系或“p a r to f ”关系等；进一步可以对关系附 加“权值”，只有前一概念获得一定的权值之后才能学习后一概念；所采取的领 域模型越复杂，可采取的适应性技术和手段也就可以更多。 2 学习者个性化学习模型的建构 构建基于网络的个性化学习系统最终目标是为了实现个性化学习，丽要实现 这样的学习，就要满足不同学习者的个体需要。满足学习者的个体需要的前提是 发现学习者学习的个体差异，构建个性化学习模型。也就是说，个性化学习的实 现首先要求系统对学习者个体进行识别，因此建立学习者个性化学习模型及记录 其学习情况是实现基于w e b 的个性化学习的基础。 基于网络的自适应学习的根本特征是学习系统要根据学习者的能力特征和 认知特征提供最适合学习者需求的学习，建立学习者的用户模型。因此，支持个 性化学习的学习系统必须了解当前的学习者，把不同学习者的不同学习情况用适 当的数据结构记录下来，作为学习者在自适应学习系统中进行学习决策的依据。 学习者个性化学习模型的建立是实施基于网络的个性化学习的必要前提，是构建 基于网络的个性化学习系统中重要的组成部分。 用户模型是对用户信息的抽象描述，系统是利用用户模型中的信息来对用户 表现出适应性的。在特定系统中，用户模型是根据系统的需要，有选择性描述用 户的若干特征信息，在个性化学习系统中，需要描述的用户特征可能有：用户的 知识状态、目标、背景和经历、爱好等。 在个性化网络学习系统中，知识状态是用户模型中重点描述的对象，通常是 采取覆盖模型( o v e r l a ym o d e l ) ，即在领域知识模型中的每个概念上附加一个权 2 0 值来表示用户对该概念的掌握程度。因此，用户模型是序偶对( c o n c e p tv a l u e ) 的集合，其中c 。n c e p t 代表概念，v a l u e 是一个值代表掌握程度，一般地，v a l l l e 可以是一个二进制值( 知道、不知道) ，或定性描述( 好、一般、差) 或统计值 ( o 1 0 0 ) ，在一些系统中，可能有多个因素来描述一个概念，如阅读情况、练习 得分情况、或能从其他概念可以推算出对于该概念的掌握情况，综合这些因素， 得出该概念的整体分值。 另外还有一种简单的描述用户知识状态的模型，叫做铅版模型( s t e r e o t y p e m o d e l ) ，它实际上是一个组用户模型，将用户分成几组。例如，某系统对用户进 行分类，有两个维度，一个维度有“新手”、“初学者”、“中级”、“高级”4 个值， 另外一个维度有“掌握初步基础知识”、“懂u n i x ”两个值，这样就将用户分成 了8 种不同的类型。铅版模型比较简单，容易实现，但是适应的粒度不够细。往 往将两者结合起来，铅版模型用来对覆盖模型赋初值，在系统运行过程中利用覆 盖模型来表现出对用户的适应。 用户模型的维护一般是通过系统记录下用户的交互经历来维护，比如对页面 的访问次数与时间，测试的得分情况等。另外还可以通过用户查看自己的模型， 主动的去设置自己的有关概念的知识状态，系统的这种能力是必要的，体现了系 统的可适应性。 3 教学目标模型 考虑到学生的个体差异，要想实现因材施教的目的，就要依据学生的个性特 征确立相应的教学目标。教学目标模型的构建有效增强个性化学习系统的适应性 和灵活性。通过建立教学目标模型，教师就可以为每个学生确立与其自身特点相 适应的个性化的学习目标。依据这种个性化的学习目标，个性化学习系统帮助学 生在同一门课程当中完成不同的学习任务。目前，大多数的网络学习系统不具备 教学目标模型，在这些系统当中，学生面对同样的学习目标，即要学习领域模型 当中的所有概念，教学目标简单划一，没有体现学生的个性特点。在支持个性化 学习目标的个性化学习系统当中，领域模型涵盖了教学目标模型的框架，这种基 于领域模型提供不同教学目标的方法源于智能教学系统( i t s ) 领域。初级的学 习目标是要学习的概念集的子目标。这些目标可以是课程制作者事先安排好的， 也可以由学生自己来选择。两种方法都可以使学生在同一个系统当中完成不同的 学习任务。学生口j 以选择一个学习专题、练习习题或者别的教学活动作为长期目 标，然后把这种教学活动的前概念作为个性化的学习目标。初级目标可以按学习 的先后顺序排列而形成更复杂的目标。 ( 二) 连接知识空间和超空间 在个性化网络学习系统的建构过程当中，连接知识空间和超空间这一步骤是 在构造超空间之后进行的，由丁知识空间和超空间的连接方法影响着超空间的构 3 片断索引( f r a g m e n ti n d e x i n g ) 片段索引是将页面卜的内容分成了小的片段，对每个片段进行索引( 如图6 所示) a 片断索引提供了比页面索引更小粒度的索引方法，是更为准确的索引方 法，因而可支持更丰富的适应性手段，例如页面内容的适应性。把页面片断分成 不同的类型：普通文本、附加解释、扩展信息。系统对学生的能力水平进行判断， 来决定对其呈现还是隐藏那一个或几个片断的内容。如果学生已经获得这个概念 的知识，就把附加解释隐藏，向他呈现扩展信息；而对概念理解不好的学生，则 把附加解释呈现给他，隐藏扩展信息。 图6 片断索； 上面的三种方法并不相互矛盾，而是可以综合运用到一个系统中。 ( 三) 组织超空间 超空间是由内容页面构成，各个内容页面之间通过导航链相连接。超空间组 织指的是页面之间连接的拓扑结构。当采用基于概念的超空间组织方法来连接知 识空间和超空间时，不需要对超空间再进行专门的组织。除此之外，如果不是依 据一定的策略来组织超空间，混乱的超空间结构就会使得学生在浏览页面时感到 迷茫。因此，组织超空间是一个非常重要的阶段。 采用分等级的方法来组织超空间类似于教科书的等级结构，分为章、节和单 元。此种方法建立起清晰的导航路径，从每个节点进入次级节点，也可以方便的 回到上级节点。便于学生在超空间中的导航和定位。采用“提问”的方法来组织 对话式的超空间也是一个新颖而有效的策略，设计者预料学生在访问页面之后可 能提出的问题，在页面中提供到解答该问题的页面的链接。 需要说明的是，一个系统可以综合运用多个组织超空间的方法。选用一种方 法组织超空间，选用不同的方法再组织次级空间，超空间组织将会更加合理化。 力于计算机能够处理更多种类的信息或多维空间的信息。 4 实时性 所谓实时性是指在多媒体系统中多种媒体间无论在时间上还是在空间上都 存在着紧密的联系，是具有同步性和协调性的群体。 5 媒体的集成性 多媒体技术的集成性是指多种信息媒体的集成和多媒体设备的集成。多媒体 技术的集成性使得计算机能够对多种形式信息进行统一获取、存储、组织与合成。 通过以上分析可以发现，多媒体技术课程是一门实用性广泛的学科，实 践性强，知识更新速度快。在教学时应注意培养学生学习新知识的一种“能力”， 在加强学生基本概念、基础理论的同时，更应注重学生计算机基本素质和技能的 培养。多媒体技术课程的特点使得它是一门较为适合在网络环境下学习的课 程。开放性的网络学习环境为学生能力的培养提供丰富的资源，个性化的网络学 习系统充分考虑学生的个性需求，为学生实现个性化学习创造良好的条件。多 媒体技术网络课程的设计和开发是以个性化学习为指导思想，以建构主义为理 论依据的。该网络课程的实施将为多媒体技术课程的教学工作提供友好的开 放性信息环境，为信息技术与多媒体技术课程深层次整合的研究提供技术支 持。 ( 二) 学习内容的组织 在本系统当中，以专题的形式来组织一级学习目标，多媒体技术课程的 学习内容分为图像、视频、音频、动画、硬件、数据压缩和多媒体应用七个专题， 学生自己选择感兴趣的专题进入专题学习页面，每个专题的主要目录菜单由节、 小节组织成树型结构。每一小节下面具体的学习内容包含一系列小的知识点，我 们称之为概念，将概念按照一定顺序进行排列，概念之间的顺序代表了该门课程 内容的逻辑结构，课程的概念集合按照层次关系和支撑关系组织成一棵树。例如， 在选择音频这一专题之后，学生若想要学习音频格式的转换这一节内容，则要求 学生已经对音频格式有所了解，即音频格式作为音频格式转换内容的前提性概 念。如果学生尚未进入音频文件格式这一节内容进行学习，而直接点击音频格式 转换的超链接，系统就会提示学生是否要跳过推荐的内容进入自己所选择的路径 进行学习。而在音频文件格式这一页面所包含的多个概念，如c d 格式、w a v 、肝3 属于并列性的概念，对于学习的先后顺序没有特殊要求。 概念树主要用于存储知识点之间的逻辑关系，主要包括： 1 父子关系( 层次关系) ：即把教学内容按照层次概念组织起来。上层知识是 对下层知识的概括和延伸，下层知识是对上层知识的细化和详述。即是按照章、 教学单元、教学予单元、概念这种逐步递进的方式，知识内容所覆盖的范围逐渐 缩小，但细化程度逐渐加深。这种层次划分方式明确了系统教学过程中的阶段性 个性化学习系统 学习者子系统 公共子系统 教师子系统 图7 个性化学习系统功能模块示意图 ( 一) 公共子系统 在本系统中，系统赋予教师和学生不同的权限，当系统接收到用户的用户名 和密码后，对教师和学生的身份进行判断识别，引领教师和学生进入相应的子系 统。在以往的系统当中，教师是通过管理入口进入到后台管理页面，在进行管理 操作之后，还要重新登陆到学生子系统方能查看到修改的结果，给教师添加了很 多繁琐性的工作。为了解决这个问题，在本个性化学习系统当中，引入了公共子 系统的概念。个性化学习系统中的公共子系统不仅是自适应学习系统的一个子系 统，也是学习者子系统和教师子系统共用的一个系统。公共子系统主要由用户登 录模块、学习资源模块、作品鉴赏模块、协作交流模块、在线测试模块组成。 1 用户登录模块 用户登录模块的功能主要是验证和区别不同的学习者与学习者、学习耆与教 师唯一身份的功能模块。在本系统中每个用户用唯一的身份标识号登录。系统根 据每个用户提供的用户名和密码识别用户的身份，向用户提供相应的个性化服 务。 2 学习资源模块 学习资源模块提供了与多媒体技术课程的七个专题相应的学习资源，每 一一一一一一一一 一一一蓁|一一一一一耋|一 一一一一一一一一 个专题对应的资源又分为论文、网站、案例教程和相关的软件。用户( 包括学生 和教师) 可以按照专题来检索，也可以依据资源类别来检索。资源库的建设采用 师生共建的方案，资源库面对学生也是开放的，不仅教师可以在资源管理模块添 加、删除和修改资源库，学生也可以添加资源，但是没有修改和删除的权利。这 样在保证资源库安全的前提下，还可以获得丰富的资源。 3 作品鉴赏模块 多媒体技术是门实践性很强的学科，在本系统中提供一个作品鉴赏模 块，鼓励学生上传自己原创的或者其他优秀的作品。该模块提供了在线上传作品、 作品排行、在线检索、收藏作品等功能。当在线上传作品时，要求学生标明作品 的名称、作者以及所属类别，经过教师审核之后就可以显示在作品欣赏页面上， 其他数据量大的文件，例如视频文件不适合在线上传，则需要教师帮助上传到服 务器；当前类别下的作品按照被点击的次数从高到低排列；检索作品可以按类别 分类检索，也可以按关键字检索作品；收藏作品功能允许学生将自己喜欢的作品 加入个人信息的收藏央，方便以后欣赏。作品鉴赏页面如图8