自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),東北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院趙蔚教授2010.11.13,匯報(bào)內(nèi)容,引言自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),一、引言,自適應(yīng)超媒體系統(tǒng)定義(Brusilovsky,1996)hypertextandhypermediasystemswhichreflectsomefeaturesoftheuserintheusermodelandapplythismodeltoadaptvariousvisibleaspectsofthesystemtotheuser.Inotherwords,thesystemshouldsatisfythreecriteria:itshouldbeahypertextorhypermediasystemitshouldhaveausermodelitshouldbeabletoadaptthehypermediausingthismodel,其他自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)定義attempttobedifferentfordifferentstudentsandgroupsofstudentsattempttobemoreadaptivebybuildingamodelofthegoals,preferences,knowledgeandperformanceofeachindividualstudent(user/learnermodel)andusingthismodelthroughouttheinteractionwiththestudentinordertoadapttotheneedsofthatstudent,一種通用的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型,美國(guó)匹茲堡大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院的PeterBrusilovsky提出了一個(gè)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)（也稱為AEHS，AdaptiveEducationalhypermediasystems）的通用模型。,自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)通用模型,AEHS包含四個(gè)主要組件：領(lǐng)域模型（DomainModel），描述領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)，包括概念和概念間的聯(lián)系；學(xué)生模型（StudentModel），也稱為用戶模型（UM，UserModel），代表學(xué)生特征，描述每一用戶的知識(shí)、傾向及興趣愛好等信息；教育學(xué)模型（PedagogicalModel），定義了根據(jù)學(xué)生模型中的信息訪問領(lǐng)域模型各個(gè)部分的規(guī)則；自適應(yīng)引擎（AdaptiveEngine），是創(chuàng)建和更新領(lǐng)域概念及鏈接的全部軟件環(huán)境，使用其他模型中的信息對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行個(gè)性化的選擇、注釋和呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容；接口模塊（InterfaceModule），代表并定義了用戶與自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)間的交互。,研究現(xiàn)狀,自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要參考模型（黃伯平、趙蔚等.自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)參考模型比較分析研究.中國(guó)電化教育J，2009，(8):97-101.）AHAM（自適應(yīng)超媒體應(yīng)用模型）典型系統(tǒng)有AHA!LAOS（LayeredWWWAHSAuthoringModel）典型系統(tǒng)有MOT（MyOnlineTeacher）XAHM（XML自適應(yīng)超媒體模型）典型系統(tǒng)有DISASWebML，是一種可視化語言，用于具體說明Web應(yīng)用程序的內(nèi)容結(jié)構(gòu)和內(nèi)容組織呈現(xiàn)并將其轉(zhuǎn)化為超文本形式。典型系統(tǒng)有CMS（ConferenceManagementSystem）,研究現(xiàn)狀,從學(xué)習(xí)風(fēng)格角度考慮基于蟻群算法ACS基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法IDEAL基于Felder-Silverman（菲爾德希爾佛曼）學(xué)習(xí)風(fēng)格模型CS388、Tangow、MANIC、MASPLANG、LSAS等基于Honey&Mumford（哈尼芝福）學(xué)習(xí)風(fēng)格模型INSPIRE,從認(rèn)知水平角度考慮基于遺傳算法PELS基于關(guān)聯(lián)規(guī)則算法ELM-ART,我們的研究,在用戶模型中主要考慮學(xué)習(xí)風(fēng)格和認(rèn)知水平。研發(fā)了SAELS（SemanticAdaptiveE-learningSystem）。該系統(tǒng)引入本體，能對(duì)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行語義描述，對(duì)學(xué)習(xí)風(fēng)格、認(rèn)知水平進(jìn)行語義診斷，使學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑根據(jù)學(xué)習(xí)者模型動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了資源共享、重用和個(gè)性化推薦。實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者適應(yīng)系統(tǒng)和系統(tǒng)適應(yīng)學(xué)習(xí)者的雙向適應(yīng)。,二、自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì),自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是指能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供一種個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的多種特點(diǎn)和行為傾向，如學(xué)習(xí)目標(biāo)、偏好、認(rèn)知水平等，采用相應(yīng)的教學(xué)策略，推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)資源。,1.自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)參考模型,用戶模型（UserModel）和學(xué)習(xí)行為（LearningBehaviors）用戶模型描述用戶的個(gè)體特征，如學(xué)習(xí)者基本信息描述（姓名、性別、出生日期、電話、電子郵件、受教育水平、職業(yè)等）、學(xué)習(xí)風(fēng)格、認(rèn)知水平和興趣偏好等。學(xué)習(xí)行為記錄了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)歷史過程（如學(xué)習(xí)者訪問學(xué)習(xí)資源的媒體類型、學(xué)習(xí)時(shí)間、訪問次數(shù)等），系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的學(xué)習(xí)歷史記錄不斷的更新用戶模型。,領(lǐng)域模型（DomainModel）描述領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)構(gòu)，包括概念和概念間的聯(lián)系，每個(gè)概念可以有不同的屬性，具有相同屬性的概念可以是不同的數(shù)據(jù)類型。概念間的聯(lián)系是聯(lián)系兩個(gè)或更多概念的對(duì)象，具有唯一標(biāo)識(shí)值和屬性。,自適應(yīng)模型（AdaptationModel）定義了如何根據(jù)用戶模型中的信息訪問領(lǐng)域模型各個(gè)部分，產(chǎn)生自適應(yīng)動(dòng)作，以及如何修改用戶模型的一套規(guī)則，這些規(guī)則體現(xiàn)出對(duì)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)的思想。自適應(yīng)引擎（AdaptiveEngine）對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行適應(yīng)性規(guī)則，根據(jù)用戶模型選擇、組裝和呈現(xiàn)頁(yè)面，實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶學(xué)習(xí)行為歷史記錄修改與維護(hù)用戶模型等。,呈現(xiàn)模型（PresentationModel）系統(tǒng)根據(jù)用戶模型、領(lǐng)域模型、自適應(yīng)模型通過自適應(yīng)引擎實(shí)現(xiàn)內(nèi)容、導(dǎo)航和學(xué)習(xí)活動(dòng)序列等三方面的適應(yīng)性顯示。內(nèi)容顯示系統(tǒng)根據(jù)用戶的學(xué)習(xí)風(fēng)格呈現(xiàn)出不同媒體類型（如視頻、圖片、文本等）。系統(tǒng)根據(jù)用戶的學(xué)習(xí)風(fēng)格呈現(xiàn)出不同事實(shí)或抽象等特性的學(xué)習(xí)內(nèi)容。導(dǎo)航：系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)風(fēng)格、認(rèn)知水平劃分為全局性導(dǎo)航和局部性導(dǎo)航。全局性導(dǎo)航主要由領(lǐng)域知識(shí)樹形結(jié)構(gòu)來呈現(xiàn)，通過樹形結(jié)構(gòu)可以顯示出課程的完整知識(shí)體系，并通過學(xué)習(xí)狀態(tài)標(biāo)記顯示出當(dāng)前學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的掌握狀態(tài)。局部導(dǎo)航為學(xué)習(xí)者提供了知識(shí)概念圖，能夠清楚的展現(xiàn)當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)知識(shí)、先前知識(shí)、后向知識(shí)。,呈現(xiàn)模型（PresentationModel）學(xué)習(xí)活動(dòng)序列：系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格適應(yīng)推薦學(xué)習(xí)序列。如對(duì)于活躍型學(xué)習(xí)者，則系統(tǒng)推薦學(xué)習(xí)活動(dòng)序列是：參與討論（必選）閱讀學(xué)習(xí)材料（推薦）個(gè)案研究（推薦）做練習(xí)（必選）完成測(cè)試（必選）；對(duì)于沉思型學(xué)習(xí)者，則系統(tǒng)推薦學(xué)習(xí)活動(dòng)序列是：閱讀學(xué)習(xí)材料（必選）個(gè)案研究（必選）參與討論（推薦）做練習(xí)（必選）完成測(cè)試（必選）。,2.用戶模型構(gòu)建,國(guó)際上最為重要的用戶建模標(biāo)準(zhǔn)是IMSLIP和IEEEPAPI。國(guó)內(nèi)用戶建模標(biāo)準(zhǔn)是教育部教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)在CELTS中定義的學(xué)習(xí)者模型CELTS-11、學(xué)生身份標(biāo)識(shí)CELTS-13和學(xué)力定義規(guī)范CELTS-14。本系統(tǒng)依據(jù)IEEEPAPI和CELTS-11。,用戶模型的組成部分,學(xué)習(xí)風(fēng)格,Felder-Silverman學(xué)習(xí)風(fēng)格模型（由Felder和Soloman開發(fā)了此學(xué)習(xí)風(fēng)格的量表，稱為所羅門學(xué)習(xí)風(fēng)格量表）；用于系統(tǒng)前測(cè)推斷用戶學(xué)習(xí)風(fēng)格，現(xiàn)已得到越來越多研究者的認(rèn)可；大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，其在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境下具有良好的適用性和信效度。,Felder-Silverman學(xué)習(xí)風(fēng)格模型,4個(gè)組維度8種類型信息加工（活躍/沉思）感知（感悟/直覺）信息輸入（視覺/言語）內(nèi)容理解（序列/綜合),學(xué)習(xí)風(fēng)格確定及更新過程,依據(jù)所羅門學(xué)習(xí)風(fēng)格量表，在注冊(cè)系統(tǒng)時(shí)測(cè)試得出一個(gè)初始的用戶學(xué)習(xí)風(fēng)格；經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，通過挖掘?qū)W習(xí)行為模式再對(duì)系統(tǒng)中的用戶學(xué)習(xí)風(fēng)格進(jìn)行更新直至符合真實(shí)的用戶學(xué)習(xí)風(fēng)格；根據(jù)不同類型的學(xué)習(xí)風(fēng)格，適應(yīng)性地向用戶推薦最佳學(xué)習(xí)活動(dòng)序列和學(xué)習(xí)資源。,本系統(tǒng)依據(jù)不同類型的學(xué)習(xí)風(fēng)格呈現(xiàn)不同的學(xué)習(xí)活動(dòng)序列學(xué)習(xí)資源媒體類型學(xué)習(xí)資源抽象程度學(xué)習(xí)過程行為模式,用戶模型本體概念模型參考規(guī)范,學(xué)習(xí)風(fēng)格與活動(dòng)序列是指為達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，系統(tǒng)能根據(jù)用戶的個(gè)性差異呈現(xiàn)出一套切實(shí)可行的學(xué)習(xí)方案，這個(gè)學(xué)習(xí)方案整合了學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)、操作步驟、交互形式、評(píng)價(jià)機(jī)制等。學(xué)習(xí)風(fēng)格與媒體類型媒體類型是指用于描述用戶選擇資源媒體格式時(shí)的傾向。,學(xué)習(xí)風(fēng)格與抽象程度抽象程度是指用于描述用戶選擇學(xué)習(xí)事實(shí)、結(jié)構(gòu)化、有序化的知識(shí)或是選擇新概念抽象知識(shí)學(xué)習(xí)風(fēng)格與行為模式登陸系統(tǒng)（登陸次數(shù)、登陸總時(shí)間）訪問論壇（訪問次數(shù)、訪問時(shí)間、發(fā)帖量、讀貼量）測(cè)試系統(tǒng)（單次測(cè)試所用時(shí)間、單次測(cè)試預(yù)設(shè)時(shí)間）學(xué)習(xí)資源（媒體類型、抽象系數(shù)、學(xué)習(xí)次數(shù)、實(shí)際學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)預(yù)設(shè)時(shí)間）更新用戶模型中的學(xué)習(xí)風(fēng)格直至使其符合真實(shí)的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格,認(rèn)知水平,認(rèn)知水平的估算主要通過學(xué)生的練習(xí)測(cè)驗(yàn)記錄估算出學(xué)生對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，然后系統(tǒng)根據(jù)用戶的認(rèn)知水平不同推薦相應(yīng)層次的知識(shí)資源，從而制定更加個(gè)性化的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)目標(biāo)。從兩個(gè)維度出題：概念知識(shí)理解等級(jí)（C）、難度級(jí)別（D）。采用概念累積計(jì)分法估算學(xué)生認(rèn)知水平。,問題(Q),概念累積計(jì)分參考值,理解等級(jí)(C),3.領(lǐng)域模型構(gòu)建,依據(jù)DublinCore和IEEELOM兩大元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；從章、節(jié)、知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)對(duì)象四部分設(shè)計(jì)領(lǐng)域模型；學(xué)習(xí)對(duì)象本體描述知識(shí)點(diǎn)的各種屬性映射實(shí)體，包括與用戶模型相匹配的媒體類型、抽象系數(shù)、活動(dòng)序列、呈現(xiàn)順序等屬性。,領(lǐng)域模型的設(shè)計(jì)規(guī)范,三、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),核心技術(shù)JAVA+SQLServer技術(shù)本體技術(shù),系統(tǒng)的主界面圖,平臺(tái)網(wǎng)址：33:9000/sals/,活躍型與沉思型更多影響的是學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)序列,活躍型學(xué)習(xí)活動(dòng)序列,沉思型學(xué)習(xí)活動(dòng)序列,視覺型與言語型更多影響的是學(xué)習(xí)資源的媒體類型,言語型學(xué)習(xí)資源,視覺型學(xué)習(xí)資源,查看知識(shí)點(diǎn)的前項(xiàng)知識(shí)點(diǎn)、后向知識(shí)點(diǎn)和相關(guān)知識(shí)點(diǎn),已通過的知識(shí)點(diǎn)和未通過的知識(shí)點(diǎn),采用JAVA的開源類庫(kù)JFreeChart實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)行為（包括訪問學(xué)習(xí)對(duì)象媒體類型和時(shí)間）進(jìn)行實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控,總結(jié),自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)服務(wù)，根據(jù)學(xué)習(xí)者特征，采取相應(yīng)的學(xué)習(xí)策略，推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑。本研究實(shí)現(xiàn)了以本體技術(shù)為核心，以用戶模型為依據(jù)的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑推薦，真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)的個(gè)性化。,進(jìn)一步工作進(jìn)行實(shí)證研究，檢驗(yàn)系統(tǒng)推薦的最佳學(xué)習(xí)路徑和適應(yīng)性學(xué)習(xí)內(nèi)容的信度和效度，進(jìn)一步修正系統(tǒng)，使系統(tǒng)趨于完善。,中國(guó)宿遷網(wǎng),編輯：efrjencdh99385,發(fā)表相關(guān)論文及獲獎(jiǎng),1.基于用戶模型的個(gè)性化本體學(xué)習(xí)資源推薦研究.中國(guó)電化教育，2010(5).2.基于Felder-Silverman量表用戶學(xué)習(xí)風(fēng)格模型的修正研究.現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2010(1).3.自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)參考模型比較分析研究.中國(guó)電化教育，2009(8).4.語義網(wǎng)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中領(lǐng)域本體的構(gòu)建.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2008(9).5.基于語義網(wǎng)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中用戶模型的研究.開放教育研究，2008(4).6.基于認(rèn)知風(fēng)格的Web數(shù)據(jù)挖掘構(gòu)建學(xué)生模型.現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2008(2).7.基于Web的自適應(yīng)教育超媒體系統(tǒng)現(xiàn)狀及前景分析.中國(guó)電化教育，2007(3).8.PedagogicalStrategyModelinAdaptiveLearningSystemFocusingonLearningStyles.Edutainment2010:InternationalConferenceonE-learningandGames.ChangchunChina,2010.8.(EI)9.SOASolutionofAdaptiveLearningSysteminSemanticLearningWeb.Proceedingsof2009InternationalConferenceonComputationalIntelligenceandSoftwareEngineering.WuhanChina,