自適應學習系統(tǒng)設計與實現.ppt

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自適應學習系統(tǒng)設計與實現 東北師范大學計算機科學與信息技術學院趙蔚教授2010 11 13 匯報內容 引言自適應學習系統(tǒng)設計自適應學習系統(tǒng)實現 一 引言 自適應超媒體系統(tǒng)定義 Brusilovsky 1996 hypertextandhypermediasystemswhichreflectsomefeaturesoftheuserintheusermodelandapplythismodeltoadaptvariousvisibleaspectsofthesystemtotheuser Inotherwords thesystemshouldsatisfythreecriteria itshouldbeahypertextorhypermediasystemitshouldhaveausermodelitshouldbeabletoadaptthehypermediausingthismodel 其他自適應學習系統(tǒng)定義attempttobedifferentfordifferentstudentsandgroupsofstudentsattempttobemoreadaptivebybuildingamodelofthegoals preferences knowledgeandperformanceofeachindividualstudent user learnermodel andusingthismodelthroughouttheinteractionwiththestudentinordertoadapttotheneedsofthatstudent 一種通用的自適應學習系統(tǒng)模型 美國匹茲堡大學信息科學學院的PeterBrusilovsky提出了一個自適應學習系統(tǒng) 也稱為AEHS AdaptiveEducationalhypermediasystems 的通用模型 自適應學習系統(tǒng)通用模型 AEHS包含四個主要組件 領域模型 DomainModel 描述領域知識結構 包括概念和概念間的聯(lián)系 學生模型 StudentModel 也稱為用戶模型 UM UserModel 代表學生特征 描述每一用戶的知識 傾向及興趣愛好等信息 教育學模型 PedagogicalModel 定義了根據學生模型中的信息訪問領域模型各個部分的規(guī)則 自適應引擎 AdaptiveEngine 是創(chuàng)建和更新領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學習者進行個性化的選擇 注釋和呈現學習內容 接口模塊 InterfaceModule 代表并定義了用戶與自適應學習系統(tǒng)間的交互 研究現狀 自適應學習系統(tǒng)主要參考模型 黃伯平 趙蔚等 自適應學習系統(tǒng)參考模型比較分析研究 中國電化教育 J 2009 8 97 101 AHAM 自適應超媒體應用模型 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應用程序的內容結構和內容組織呈現并將其轉化為超文本形式 典型系統(tǒng)有CMS ConferenceManagementSystem 研究現狀 從學習風格角度考慮基于蟻群算法ACS基于關聯(lián)規(guī)則挖掘算法IDEAL基于Felder Silverman 菲爾德 希爾佛曼 學習風格模型CS388 Tangow MANIC MASPLANG LSAS等基于Honey Mumford 哈尼 芝福 學習風格模型INSPIRE 從認知水平角度考慮基于遺傳算法PELS基于關聯(lián)規(guī)則算法ELM ART 我們的研究 在用戶模型中主要考慮學習風格和認知水平 研發(fā)了SAELS SemanticAdaptiveE learningSystem 該系統(tǒng)引入本體 能對學習資源進行語義描述 對學習風格 認知水平進行語義診斷 使學習資源和學習路徑根據學習者模型動態(tài)呈現 實現了資源共享 重用和個性化推薦 實現學習者適應系統(tǒng)和系統(tǒng)適應學習者的雙向適應 二 自適應學習系統(tǒng)設計 自適應學習系統(tǒng)是指能夠為學習者提供一種個性化學習服務 實現系統(tǒng)根據學習者的多種特點和行為傾向 如學習目標 偏好 認知水平等 采用相應的教學策略 推薦個性化的學習路徑和學習資源 1 自適應學習系統(tǒng)參考模型 用戶模型 UserModel 和學習行為 LearningBehaviors 用戶模型描述用戶的個體特征 如學習者基本信息描述 姓名 性別 出生日期 電話 電子郵件 受教育水平 職業(yè)等 學習風格 認知水平和興趣偏好等 學習行為記錄了學習者的學習歷史過程 如學習者訪問學習資源的媒體類型 學習時間 訪問次數等 系統(tǒng)可以根據用戶的學習歷史記錄不斷的更新用戶模型 領域模型 DomainModel 描述領域知識的結構 包括概念和概念間的聯(lián)系 每個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據類型 概念間的聯(lián)系是聯(lián)系兩個或更多概念的對象 具有唯一標識值和屬性 自適應模型 AdaptationModel 定義了如何根據用戶模型中的信息訪問領域模型各個部分 產生自適應動作 以及如何修改用戶模型的一套規(guī)則 這些規(guī)則體現出對課程的教學設計的思想 自適應引擎 AdaptiveEngine 對應著系統(tǒng)的實現 執(zhí)行適應性規(guī)則 根據用戶模型選擇 組裝和呈現頁面 實現根據用戶學習行為歷史記錄修改與維護用戶模型等 呈現模型 PresentationModel 系統(tǒng)根據用戶模型 領域模型 自適應模型通過自適應引擎實現內容 導航和學習活動序列等三方面的適應性顯示 內容顯示系統(tǒng)根據用戶的學習風格呈現出不同媒體類型 如視頻 圖片 文本等 系統(tǒng)根據用戶的學習風格呈現出不同事實或抽象等特性的學習內容 導航 系統(tǒng)根據學習風格 認知水平劃分為全局性導航和局部性導航 全局性導航主要由領域知識樹形結構來呈現 通過樹形結構可以顯示出課程的完整知識體系 并通過學習狀態(tài)標記顯示出當前學習者對知識的掌握狀態(tài) 局部導航為學習者提供了知識概念圖 能夠清楚的展現當前知識點的相關知識 先前知識 后向知識 呈現模型 PresentationModel 學習活動序列 系統(tǒng)根據學習者的學習風格適應推薦學習序列 如對于活躍型學習者 則系統(tǒng)推薦學習活動序列是 參與討論 必選 閱讀學習材料 推薦 個案研究 推薦 做練習 必選 完成測試 必選 對于沉思型學習者 則系統(tǒng)推薦學習活動序列是 閱讀學習材料 必選 個案研究 必選 參與討論 推薦 做練習 必選 完成測試 必選 2 用戶模型構建 國際上最為重要的用戶建模標準是IMSLIP和IEEEPAPI 國內用戶建模標準是教育部教育信息化技術標準委員會在CELTS中定義的學習者模型CELTS 11 學生身份標識CELTS 13和學力定義規(guī)范CELTS 14 本系統(tǒng)依據IEEEPAPI和CELTS 11 用戶模型的組成部分 學習風格 Felder Silverman學習風格模型 由Felder和Soloman開發(fā)了此學習風格的量表 稱為所羅門學習風格量表 用于系統(tǒng)前測推斷用戶學習風格 現已得到越來越多研究者的認可 大量實驗數據表明 其在網絡教學環(huán)境下具有良好的適用性和信效度 Felder Silverman學習風格模型 4個組維度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 內容理解 序列 綜合 學習風格確定及更新過程 依據所羅門學習風格量表 在注冊系統(tǒng)時測試得出一個初始的用戶學習風格 經過一段時間的學習 通過挖掘學習行為模式再對系統(tǒng)中的用戶學習風格進行更新直至符合真實的用戶學習風格 根據不同類型的學習風格 適應性地向用戶推薦最佳學習活動序列和學習資源 本系統(tǒng)依據不同類型的學習風格呈現不同的學習活動序列學習資源媒體類型學習資源抽象程度學習過程行為模式 用戶模型本體概念模型參考規(guī)范 學習風格與活動序列是指為達到學習目標 系統(tǒng)能根據用戶的個性差異呈現出一套切實可行的學習方案 這個學習方案整合了學習目標 學習任務 操作步驟 交互形式 評價機制等 學習風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的傾向 學習風格與抽象程度抽象程度是指用于描述用戶選擇學習事實 結構化 有序化的知識或是選擇新概念抽象知識學習風格與行為模式登陸系統(tǒng) 登陸次數 登陸總時間 訪問論壇 訪問次數 訪問時間 發(fā)帖量 讀貼量 測試系統(tǒng) 單次測試所用時間 單次測試預設時間 學習資源 媒體類型 抽象系數 學習次數 實際學習時間 學習預設時間 更新用戶模型中的學習風格直至使其符合真實的學習者學習風格 認知水平 認知水平的估算主要通過學生的練習測驗記錄估算出學生對某一知識點的掌握情況 然后系統(tǒng)根據用戶的認知水平不同推薦相應層次的知識資源 從而制定更加個性化的學習過程和學習目標 從兩個維度出題 概念知識理解等級 C 難度級別 D 采用概念累積計分法估算學生認知水平 問題 Q 概念累積計分參考值 理解等級 C 3 領域模型構建 依據DublinCore和IEEELOM兩大元數據標準 從章 節(jié) 知識點和學習對象四部分設計領域模型 學習對象本體描述知識點的各種屬性映射實體 包括與用戶模型相匹配的媒體類型 抽象系數 活動序列 呈現順序等屬性 領域模型的設計規(guī)范 三 系統(tǒng)的實現 核心技術JAVA SQLServer技術本體技術 系統(tǒng)的主界面圖 平臺網址 http 59 73 198 233 9000 sals 活躍型與沉思型更多影響的是學習者的學習活動序列 活躍型學習活動序列 沉思型學習活動序列 視覺型與言語型更多影響的是學習資源的媒體類型 言語型學習資源 視覺型學習資源 查看知識點的前項知識點 后向知識點和相關知識點 已通過的知識點和未通過的知識點 采用JAVA的開源類庫JFreeChart實現對學習者學習過程中學習行為 包括訪問學習對象媒體類型和時間 進行實施動態(tài)監(jiān)控 總結 自適應學習系統(tǒng)能夠為學習者提供個性化的學習服務 根據學習者特征 采取相應的學習策略 推薦個性化的學習資源和學習路徑 本研究實現了以本體技術為核心 以用戶模型為依據的個性化學習資源和學習路徑推薦 真正實現了學習的個性化 進一步工作進行實證研究 檢驗系統(tǒng)推薦的最佳學習路徑和適應性學習內容的信度和效度 進一步修正系統(tǒng) 使系統(tǒng)趨于完善 發(fā)表相關論文及獲獎 1 基于用戶模型的個性化本體學習資源推薦研究 中國電化教育 2010 5 2 基于Felder Silverman量表用戶學習風格模型的修正研究 現代遠距離教育 2010 1 3 自適應學習系統(tǒng)參考模型比較分析研究 中國電化教育 2009 8 4 語義網自適應學習系統(tǒng)中領域本體的構建 吉林大學學報 信息科學版 2008 9 5 基于語義網的自適應學習系統(tǒng)中用戶模型的研究 開放教育研究 2008 4 6 基于認知風格的Web數據挖掘構建學生模型 現代遠距離教育 2008 2 7 基于Web的自適應教育超媒體系統(tǒng)現狀及前景分析 中國電化教育 2007 3 8 PedagogicalStrategyModelinAdaptiveLearningSystemFocusingonLearningStyles Edutainment2010 InternationalConferenceonE learningandGames ChangchunChina 2010 8 EI 9 SOASolutionofAdaptiveLearningSysteminSemanticLearningWeb Proceedingsof2009InternationalConferenceonComputationalIntelligenceandSoftwareEngineering WuhanChina 2009 12 EI 10 StudentModelinAdaptiveLearningSystemBasedonSemanticWeb ProceedingsoftheFirstInternationalWorkshoponEducationTechnologyandComputerScience IEEEComputerSociety WuhanChina 2009 3 EI 11 指導碩士學位論文 語義網環(huán)境下的自適應學習系統(tǒng)中用戶模型的研究 獲吉林省優(yōu)秀碩士學位論文 2010 吉林省學位委員會 謝謝