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淺析自適應超媒體學(xué)習系統的設計與實(shí)現教育論文
摘要：從計算機輔助教學(xué)的發(fā)展現狀及存在的主要問(wèn)題出發(fā)，提出了自適應學(xué)習軟件的設計思想。研究以教育學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科為指導，從超媒體技術(shù)和自適應方法、策略人手，以理論為指導設計一個(gè)軟件模型實(shí)例并在計算機上進(jìn)行驗證。
關(guān)鍵詞：計算機輔助教學(xué)自適應學(xué)習系統自適應超媒體
1自適應超媒體學(xué)習系統概述
1．1自適應學(xué)習系統與自適應超媒體學(xué)習系統
自適應學(xué)習系統(adaptiveleanringsystem)，是指針對個(gè)體學(xué)習過(guò)程中的差異性(因人、因時(shí))而提供適合個(gè)體特征的學(xué)習支持的學(xué)習系統。自適應學(xué)習系統本質(zhì)上是一種個(gè)別化的學(xué)習支持系統，它能夠提供一個(gè)適應用戶(hù)個(gè)性化特征的用戶(hù)視圖，這種個(gè)性化的學(xué)習視圖不僅包括個(gè)性化的資源而且包括個(gè)性化的學(xué)習過(guò)程和策略。由于個(gè)體的差異性是多方面的，因此適應的功能特征也是多種多樣的，自適應學(xué)習系統主要研究：
�、偃绾螢閷W(xué)生提供：適應性導航支持；適應性?xún)热莩尸F；適應性測試；適應性幫助。
�、趯W(xué)習系統的結構模型；
�、垲I(lǐng)域知識庫的構造方法；
�、苡脩�(hù)模型的表示和用戶(hù)建模方法。
自適應超媒體系統，指通過(guò)在用戶(hù)模型中反映用戶(hù)的某些特征，并應用這個(gè)模型將系統中不同的可見(jiàn)方面適應于不同用戶(hù)的所有超文本和超媒體系統。換句話(huà)說(shuō)，這個(gè)系統應該滿(mǎn)足3個(gè)準則…：
�、偈且粋�(gè)超文本或超媒體系統；
�、趹撚幸粋�(gè)用戶(hù)模型；
�、凼褂眠@個(gè)用戶(hù)模型向超媒體系統提供自適應性(即同一個(gè)系統對有著(zhù)不同的用戶(hù)模型的用戶(hù)來(lái)看是不同的)。
自適應超媒體技術(shù)適用于有著(zhù)不同目標和知識水平的用戶(hù)、且用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)的信息空間比較大的系統。這類(lèi)用戶(hù)可能對展示在一個(gè)超媒體頁(yè)的不同信息片斷感興趣，可能會(huì )使用不同的鏈進(jìn)行導航。用戶(hù)模型則是支持這種特殊性的知識結構。自適應超媒體系統有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：自適應技術(shù)與用戶(hù)模型。自適應技術(shù)包括自適應展示和自適應導航，自適應展示是內容級的自適應；自適應導航則屬于結構級的自適應。用戶(hù)模型是反映用戶(hù)個(gè)人特征的模塊，它考慮到的用戶(hù)特征有：用戶(hù)的知識水平、目標，背景與經(jīng)驗、偏好。其中用戶(hù)的知識水平是最重要的用戶(hù)特征，幾乎所有的自適應展示技術(shù)將用戶(hù)的知識水平作為提供自適應的主要依據之一。
1．2自適應超媒體系統是計算機輔助教學(xué)發(fā)展的新方向
將自適應技術(shù)與超媒體技術(shù)結合起來(lái)形成的自適應超媒體技術(shù)是超媒體系統研究的新方向，可以看作是超媒體學(xué)習系統與智能導師系統相結合的產(chǎn)物。傳統超媒體學(xué)習系統以其圖文并茂的界面和以學(xué)生為中心的交互風(fēng)格受到廣泛的歡迎，但卻因為易造成學(xué)生迷航而受到批評；后者因其理解領(lǐng)域知識，了解學(xué)生狀態(tài)，能因材施教而倍受青睞，但枯燥呆板的界面，過(guò)多的程序控制往往無(wú)法激發(fā)學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性和維持學(xué)生動(dòng)機，而將兩者結合則彌補了各自的缺點(diǎn)，發(fā)揮了各自的長(cháng)處，在技術(shù)上不但可行而且也是教學(xué)上的必要。前者更多地關(guān)注知識獲取，后者則更多的關(guān)注知識的應用，因此自適應超媒體學(xué)習系統覆蓋了教學(xué)的全過(guò)程，這也是自適應超媒體學(xué)習系統成為研究熱點(diǎn)的原因之一。
自適應學(xué)習系統是知識豐富型(Knowledgerich)應用，其設計相當困難。雖然經(jīng)過(guò)10多年的研究已經(jīng)取得了一些成就，但直到現在，仍然沒(méi)有形成完整的理論與設計原理，例如如何建造理想的學(xué)生模型，有效的知識表示，如何把多媒體技術(shù)與自適應技術(shù)結合起來(lái)等，多數學(xué)習系統仍然處于試驗階段，只有少數系統能為用戶(hù)提供自適應的學(xué)習環(huán)境。
目前普遍存在的教育軟件盡管可以滿(mǎn)足教學(xué)某一方面的需求，但是由于開(kāi)發(fā)者缺少一定的教育教學(xué)理論使得這些教育軟件缺乏先進(jìn)的教學(xué)和學(xué)習理論指導，從而很難為教學(xué)提供完整的指導。為適應教學(xué)發(fā)展的需要，就必須在現代教學(xué)理論的指導下研究并實(shí)現新型的自適應學(xué)習系統。本文在教育思想和現代教育技術(shù)的雙重指導下，設計實(shí)現高師計算機專(zhuān)業(yè)課程《計算機輔助教學(xué)與多媒體課件設計》的自適應超媒體學(xué)習實(shí)驗系統，為課程學(xué)習的自適應性和多媒體學(xué)習環(huán)境作一些嘗試，進(jìn)行一些探討。
2系統設計思想及系統結構
2．1設計思想
高等師范院校的學(xué)生，肩負著(zhù)培養新一代的重任。為了充分發(fā)揮計算機特別是多媒體計算機輔助教學(xué)方面的優(yōu)勢，高師院校的學(xué)生不但要了解計算機應用于教育領(lǐng)域的廣泛性，同時(shí)還要了解計算機應用于教育領(lǐng)域的具體方面，形成應用計算機輔助教學(xué)的意識�！队嬎銠C輔助教學(xué)與多媒體課件設計》是計算機科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要必修課程，教學(xué)計劃安排在大學(xué)本科三年級開(kāi)設。本文所設計實(shí)現的學(xué)習系統便是以該課程的教學(xué)內容為藍本。
高師三年級的學(xué)生已經(jīng)有了一定的教學(xué)概念和計算機基礎知識，對計算機教育應用已有了初步的認識，需要對計算機應用于教育領(lǐng)域的具體內容和形式加以掌握。處于這一群體的學(xué)生心理發(fā)展到相對成熟的年齡階段，能夠形成有意注意，且他們的智力水平較高，有較強的自學(xué)能力，對新鮮刺激有濃厚的興趣，喜歡輕松、活潑的學(xué)習環(huán)境。但是他們個(gè)體之間也存在著(zhù)學(xué)習方式的差異：有的傾向于引導性的學(xué)習方式，通過(guò)逐步引導達到學(xué)習目標；有的傾向于建構型或探索性的學(xué)習方式。
系統的設計思想是以我國傳統的教學(xué)模式為藍本的設計思想。教師所掌握的和學(xué)生所熟悉的教學(xué)模式是：課堂教學(xué)、作業(yè)(練習)、測試、結合成績(jì)綜合評價(jià)學(xué)生，這是最普通的教學(xué)模式。在這個(gè)過(guò)程中，教師的教和學(xué)主的學(xué)，雙邊互相了解，逐步達到教學(xué)相長(cháng)的目的。根據這些想法，學(xué)習系統模擬了一般的教學(xué)過(guò)程并增加了特定的功能：學(xué)生在學(xué)習了一定的知識后進(jìn)行測試，系統根據學(xué)習成績(jì)(好、壞)，接收學(xué)生的反饋信息，并針對不同情況的學(xué)生提供下一步學(xué)習的建議和意見(jiàn)。對于已掌握已學(xué)知識的學(xué)生，系統可以提供進(jìn)一步深入學(xué)習的課程；而對未掌握已學(xué)知識的學(xué)生，系統則建議其重修或提出相應的教學(xué)意見(jiàn)，另外，針對個(gè)別有特殊性的學(xué)生系統還可以生成不同的教學(xué)方案，從而建立一套對不同學(xué)生因材施教的教學(xué)方法和教學(xué)策略。
教學(xué)過(guò)程的自適應性是系統的特點(diǎn)之一，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中的表現就是因材施教。更具體地說(shuō)，教學(xué)系統在教學(xué)過(guò)程中的自適應性表現就是教學(xué)策略因人而異的適應性調整。教學(xué)策略的調整引起教學(xué)內容調整、重組和教學(xué)策略的重新選擇，這一系列的變化是系統適應實(shí)際教學(xué)過(guò)程的智能化表現，這一點(diǎn)說(shuō)明了系統模擬教師教學(xué)活動(dòng)的適應性功能。
2．2系統的結構及工作流程
本文設計和實(shí)現的實(shí)驗性學(xué)習系統(CDCAI系統)包括不同的功能模塊及其子模塊，其基本結構如圖1：
3CDCAI系統的實(shí)現
3．1系統功能模塊的實(shí)現
封頁(yè)：封頁(yè)是一個(gè)過(guò)渡，當啟動(dòng)系統時(shí)首先啟動(dòng)封頁(yè)，封頁(yè)加入了畫(huà)面背景和音樂(lè )并附本學(xué)習系統的一些開(kāi)發(fā)信息。封頁(yè)的出現是進(jìn)入學(xué)習狀態(tài)的前奏，它使得系統一開(kāi)始就對學(xué)習者產(chǎn)生吸引力以激發(fā)學(xué)習者的興趣。
主控頁(yè)面：主控頁(yè)面負責界面的控制工作，處理學(xué)生與系統的交互，啟動(dòng)各個(gè)功能模塊，提供各功能模塊之間通訊方法。各模塊的啟動(dòng)采用下拉菜單的方式出現，簡(jiǎn)單明了。系統對學(xué)生和教師進(jìn)行限定，即未登錄前兩者都為灰色，按照類(lèi)型正確登錄后相對應的菜單項變亮，且每次只能一種人員類(lèi)型進(jìn)行登錄。
超文本／超媒體學(xué)習頁(yè)面：在學(xué)習內容方面系統采用了大量的超文本／超媒體方式，學(xué)習內容按章、節、知識點(diǎn)的方式進(jìn)行劃分，為防止學(xué)生迷航還設置了大量的導航按鈕。在學(xué)習系統中選擇哪些學(xué)習內容方面也采用超文本／超媒體技術(shù)。
當裝載本窗口時(shí)，會(huì )同時(shí)裝載超文本／超媒體。此時(shí)學(xué)習者通過(guò)目錄可以直接實(shí)現從一個(gè)學(xué)習主題到另一個(gè)學(xué)習主題之間的跳轉，實(shí)現跳躍學(xué)習。雙擊右側學(xué)習內容則可以全屏顯示教學(xué)內容且教學(xué)內容也以超文本／超媒體形式出現。
試題管理：實(shí)驗系統采用非標準化考試形式。
試題種類(lèi)多種多樣，沒(méi)有規范統一的形式，在采用計算機管理題庫時(shí)系統將傳統題目類(lèi)型加以歸納、總結，按照試題類(lèi)型進(jìn)行管理。
3．2題庫及測試模塊實(shí)現
為了使題庫系統成為評測學(xué)生學(xué)習效果的有效評測工具，題庫中所有儲備的題目為有意義的題目，即具備一定評測能力，符合一定的參考指標。在試卷的命題過(guò)程中，針對不同的考試對象、不同階段的考試，命題難度也不同，所以在試題庫中增加難度系數，這也是幾乎每一個(gè)試題庫所要考慮的結構。實(shí)驗系統中Weight就是根據題目所定義的難度系數值。難度分為標準難度和經(jīng)驗難度，經(jīng)驗難度是由教師根據題目?jì)热萆婕懊婧皖A測答題時(shí)間等因素推測出的難度系數，該難度系數需經(jīng)過(guò)多次實(shí)際考試后與標準難度進(jìn)行加權才能逐漸趨近于實(shí)際的難度系數。實(shí)驗系統題庫采用“難度系數”作為衡量題目難度的評測指標。這樣做的目的是更加反映出學(xué)生的真實(shí)學(xué)習水平。ScoreWeight是題目在滿(mǎn)分情況下同該題難度系數相乘的結果。CommenceWeight是該題目被測試并給出成績(jì)后與該題難度系數相乘的結果。
3．3自適應學(xué)習實(shí)現
《計算機輔助教學(xué)與課件設計》是一門(mén)理論與實(shí)踐相結合的課程，學(xué)生在實(shí)踐操作前應該具有一定的理論基礎，所以本系統在學(xué)生學(xué)習實(shí)踐操作之前要先檢測學(xué)生的基礎理論知識情況。我們把學(xué)生的基礎理論學(xué)習程度分為5個(gè)等級(A、B、C、D、E)，A級的學(xué)生已掌握基礎理論知識可以直接進(jìn)行實(shí)踐操作的學(xué)習；B、C兩級的學(xué)生基本掌握基礎理論知識，學(xué)生即可以繼續鞏固基礎理論知識，也可以學(xué)習實(shí)踐操作部分，系統提供選擇；D、E兩級的學(xué)生我們認為其基礎理論知識還不足以指導實(shí)踐操作，所以系統讓其繼續學(xué)習基礎理論知識。
系統的自適應性主要體現在：第一，當學(xué)生登錄后學(xué)生可以根據自身的情況自主選擇入門(mén)學(xué)習的等級和內容；第二，如果學(xué)生已經(jīng)掌握了部分知識也可以先進(jìn)行測試，通過(guò)測試等級反映該生對基礎理論知識的掌握情況，這時(shí)系統根據學(xué)習診斷的結果反饋給學(xué)生學(xué)習建議，推薦學(xué)習內容，這些學(xué)習內容是與當前學(xué)生能力最接近的。同時(shí)系統將該部分知識要求掌握的要點(diǎn)和程度也呈現給學(xué)生；第三，教師可以根據不同學(xué)生的特點(diǎn)選取合適的教學(xué)內容，或根據提示信息從補充知識中選取合適的教學(xué)信息，從而實(shí)現個(gè)別化教學(xué)。
例如，系統給學(xué)生反饋的知識程度信息及教師選取適合該生學(xué)習內容的界面(圖2)。
教師根據學(xué)生的不同情況從左邊的選框中選擇出適應性的學(xué)習內容，通過(guò)“添加”按鈕將被選擇的內容添加進(jìn)中間框中；選中中間框內的教學(xué)內容通②學(xué)生也可以先進(jìn)行測試，通過(guò)測試反映對基過(guò)“刪除”按鈕可將該項刪除；且已選擇的內容項不礎理論知識的掌握情況，系統會(huì )根據學(xué)習結果反饋能重復被加進(jìn)來(lái)；右邊框則為選擇好的教學(xué)內容展學(xué)習建議，推薦學(xué)習內容，呈現知識要點(diǎn)；示區。當教師選擇好學(xué)習內容并確定后，學(xué)生可以教師可以根據不同學(xué)生的特點(diǎn)選取合適的教學(xué)看到教師建議的學(xué)習內容。內容，或從補充知識中選取合適的教學(xué)信息，從而實(shí)現個(gè)別化教學(xué)。
4小結
自適應超文本與超媒體學(xué)習系統的開(kāi)發(fā)是一項復雜的系統工程，其復雜性主要體現在：
�、匍_(kāi)發(fā)內容的復雜性。一個(gè)具有一定適應性的完整學(xué)習系統需要涉及到學(xué)校教學(xué)的許多方面且這些方面相互交錯，互相影響，系統開(kāi)發(fā)必須綜合考慮。
�、趯W(xué)生的不同需求。自適應學(xué)習系統本質(zhì)上是一種個(gè)別化的學(xué)習支持系統，因此系統開(kāi)發(fā)時(shí)應考慮到不同特征的用戶(hù)需求。
�、奂夹g(shù)手段。計算機輔助教學(xué)是涉及計算機技術(shù)軟硬件、通信技術(shù)、多媒體技術(shù)、自適應技術(shù)、人工智能技術(shù)、教育學(xué)、心理學(xué)等多學(xué)科的交叉研究領(lǐng)域，因此在開(kāi)發(fā)系統時(shí)如何綜合掌握和運用這些技術(shù)是開(kāi)發(fā)者所面臨的一個(gè)重要任務(wù)之一。
本文所研究和實(shí)現的“自適應超媒體學(xué)習系統(CDCAI系統)”體現了教學(xué)設計的思想，根據學(xué)習者可能的學(xué)習風(fēng)格設計了不同的學(xué)習方式；在學(xué)習內容上采用了超文本／超媒體的形式，運用圖形圖像、聲音和動(dòng)畫(huà)等多媒體元素構成友好的學(xué)習界面，以利于學(xué)習者的認知建構。
CDCAI系統在一定程度上體現了自適應特點(diǎn)，基本滿(mǎn)足了自適應超媒體系統的3個(gè)準則：是一個(gè)超文本或超媒體系統；有一個(gè)用戶(hù)模型；使用這個(gè)用戶(hù)模型向超媒體系統提供自適應性。系統的自適應性主要體現在：
學(xué)生登錄后可以根據自身的情況自主選擇學(xué)習內容；由于知識、經(jīng)驗、時(shí)間等方面的原因使得系統雖是一個(gè)比較完整的自適應超文本／超媒體學(xué)習系統，但在自適應性方面體現的還不是太多。計算機技術(shù)飛速發(fā)展，計算機輔助教學(xué)正朝著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化、多媒體化和智能化方向發(fā)展。本學(xué)習系統尚待進(jìn)一步研究的問(wèn)題有：合適的教學(xué)策略；更為合理的學(xué)生模型表示方法；網(wǎng)絡(luò )實(shí)現。另外，在向著(zhù)智能化方向發(fā)展的同時(shí)還有更多更難的問(wèn)題需要解決，如自然語(yǔ)言、推理技術(shù)、多媒體數據庫技術(shù)等等。
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