自适应学习系统设计与实现课件

自适应学习系统设计与实现自适应学习系统设计与实现汇报内容l引言l自适应学习系统设计l自适应学习系统实现汇报内容引言一、引言l自 适 应 超 媒 体 系 统 定 义(Brusilovsky,1996)hypertext and hypermedia systems whichreflectsomefeaturesoftheuserintheusermodelandapplythismodeltoadaptvariousvisibleaspectsofthesystemtotheuser.Inotherwords,thesystemshouldsatisfythreecriteria:it should be a hypertext or hypermedia system it should have a user model it should be able to adapt the hypermedia using this model一、引言自适应超媒体系统定义(Brusilovsky,19l其他自适应学习系统定义 attempt to be different for different students and groups of students attempt to be more adaptive by building a model of the goals,preferences,knowledge and performance of each individual student(user/learner model)and using this model throughout the interaction with the student in order to adapt to the needs of that student其他自适应学习系统定义一种通用的自适应学习系统模型 美国匹兹堡大学信息科学学院的美国匹兹堡大学信息科学学院的Peter Brusilovsky提出了一个自适应学习系统（也称为提出了一个自适应学习系统（也称为AEHS，Adaptive Educational hypermedia systems）的通用模型。）的通用模型。一种通用的自适应学习系统模型 美国匹兹堡大学信息自适应学习系统通用模型自适应学习系统通用模型 自适应学习系统通用模型 AEHS包含四个主要组件：l领域模型（DomainModel），描述领域知识结构，包括概念和概念间的联系；l学 生 模 型（Student Model），也 称 为 用 户 模 型（UM，UserModel），代表学生特征，描述每一用户的知识、倾向及兴趣爱好等信息；l教育学模型（PedagogicalModel），定义了根据学生模型中的信息访问领域模型各个部分的规则；l自适应引擎（AdaptiveEngine），是创建和更新领域概念及链接的全部软件环境，使用其他模型中的信息对学习者进行个性化的选择、注释和呈现学习内容；l接口模块（InterfaceModule），代表并定义了用户与自适应学习系统间的交互。AEHS包含四个主要组件：研究现状l自适应学习系统主要参考模型（黄伯平、赵蔚等.自适应学习系统参考模型比较分析研究.中国电化教育J，2009，(8):97-101.）AHAM（自适（自适应超媒体超媒体应用模型）用模型）典型系典型系统有有AHA!LAOS（Layered WWW AHS Authoring Model）典型系典型系统有有MOT（My Online Teacher）XAHM（XML 自适自适应超媒体模型）超媒体模型）典型系典型系统有有DISAS WebML，是是一一种种可可视化化语言言，用用于于具具体体说明明Web应用用程程序序的的内内容容结构构和和内内容容组织呈呈现并将其并将其转化化为超文本形式。超文本形式。典型系典型系统有有CMS（Conference Management System）研究现状自适应学习系统主要参考模型研究现状l从学习风格角度考虑 基于基于蚁群算法群算法 ACS 基于关基于关联规则挖掘算法挖掘算法 IDEAL 基基于于Felder-Silverman（菲菲尔德德希希尔佛佛曼曼）学学习风格格模模型型 CS388、Tangow、MANIC、MASPLANG、LSAS等等 基于基于Honey&Mumford（哈尼（哈尼芝福）学芝福）学习风格模型格模型 INSPIRE 研究现状从学习风格角度考虑 l从认知水平角度考虑 基于基于遗传算法算法 PELS 基于关基于关联规则算法算法 ELM-ART 从认知水平角度考虑 我们的研究l在用户模型中主要考虑学习风格和认知水平。l研 发 了 SAELS（Semantic Adaptive E-learningSystem）。l该系统引入本体，能对学习资源进行语义描述，对学习风格、认知水平进行语义诊断，使学习资源和学习路径根据学习者模型动态呈现，实现了资源共享、重用和个性化推荐。l实现学习者适应系统和系统适应学习者的双向适应。我们的研究在用户模型中主要考虑学习风格和认知水平。二、自适应学习系统设计自适应学习系统是指能够为学习者提供一种个性化学习服务，实现系统根据学习者的多种特点和行为倾向，如学习目标、偏好、认知水平等，采用相应的教学策略，推荐个性化的学习路径和学习资源。二、自适应学习系统设计 自适应学习系统是指能够为1.自适应学习系统参考模型1.自适应学习系统参考模型l用户模型（User Model）和学习行为（LearningBehaviors）用用户模模型型描描述述用用户的的个个体体特特征征，如如学学习者者基基本本信信息息描描述述（姓姓名名、性性别、出出生生日日期期、电话、电子子邮件、受教育水平、件、受教育水平、职业等）、等）、学学习风格格、认知水平知水平和和兴趣偏好趣偏好等。等。学学习行行为记录了了学学习者者的的学学习历史史过程程（如如学学习者者访问学学习资源源的的媒媒体体类型型、学学习时间、访问次数等），系次数等），系统可以根据用可以根据用户的学的学习历史史记录不断的更新用不断的更新用户模型。模型。用户模型（User Model）和学习行为（Learningl领域模型（DomainModel）描描述述领域域知知识的的结构构，包包括括概概念念和和概概念念间的的联系系，每每个个概概念念可可以以有有不不同同的的属属性性，具具有有相相同同属属性性的的概概念念可可以以是是不不同同的的数数据据类型型。概概念念间的的联系系是是联系系两两个个或或更更多多概概念念的的对象，具有唯一象，具有唯一标识值和属性和属性。领域模型（Domain Model）l自适应模型（AdaptationModel）定定义了了如如何何根根据据用用户模模型型中中的的信信息息访问领域域模模型型各各个个部部分分，产生生自自适适应动作作，以以及及如何修改用如何修改用户模型的模型的一套一套规则，这些些规则体体现出出对课程的教学程的教学设计的思想。的思想。l自适应引擎（AdaptiveEngine）对应着着系系统的的实现，执行行适适应性性规则，根根据据用用户模模型型选择、组装装和和呈呈现页面面，实现根据用根据用户学学习行行为历史史记录修改与修改与维护用用户模型等。模型等。自适应模型（Adaptation Model）l呈现模型（PresentationModel）系系统根根据据用用户模模型型、领域域模模型型、自自适适应模模型型通通过自自适适应引引擎擎实现内内容容、导航航和和学学习活活动序列序列等三方面的适等三方面的适应性性显示示。内容内容显示示系系统根据用根据用户的学的学习风格呈格呈现出不同媒体出不同媒体类型（如型（如视频、图片、文本等）。片、文本等）。系系统根据用根据用户的学的学习风格呈格呈现出不同事出不同事实或抽象等特性的学或抽象等特性的学习内容。内容。导航：系航：系统根据学根据学习风格、格、认知水平划分知水平划分为全局性全局性导航和局部性航和局部性导航。航。全局性全局性导航主要由航主要由领域知域知识树形形结构来呈构来呈现，通，通过树形形结构可以构可以显示出示出课程的完整知程的完整知识体系，并通体系，并通过学学习状状态标记显示出当前学示出当前学习者者对知知识的掌握状的掌握状态。局部局部导航航为学学习者提供了知者提供了知识概念概念图，能，能够清楚的展清楚的展现当前知当前知识点的相关知点的相关知识、先前知、先前知识、后向知、后向知识。呈现模型（Presentation Model）l呈现模型（PresentationModel）学学习活活动序列：系序列：系统根据学根据学习者的学者的学习风格适格适应推荐学推荐学习序列。序列。如如对于活于活跃型学型学习者，者，则系系统推荐学推荐学习活活动序列是：参与序列是：参与讨论（必（必选）阅读学学习材料（推荐）材料（推荐）个案研究（推荐）个案研究（推荐）做做练习（必（必选）完成完成测试（必（必选）；）；对于沉思型学于沉思型学习者，者，则系系统推荐学推荐学习活活动序列是：序列是：阅读学学习材料（必材料（必选）个案研究（必个案研究（必选）参与参与讨论（推荐）（推荐）做做练习（必（必选）完成完成测试（必（必选）。）。呈现模型（Presentation Model）2.用户模型构建l国际上最为重要的用户建模标准是IMSLIP和IEEEPAPI。l国内用户建模标准是教育部教育信息化技术标准委员会在CELTS中定义的学习者模型CELTS-11、学生身份标识CELTS-13和学力定义规范CELTS-14。l本系统依据IEEEPAPI和CELTS-11。2.用户模型构建国际上最为重要的用户建模标准是IMS LI用户模型的组成部分用户模型的组成部分用户模型的组成部分学习风格lFelder-Silverman学 习 风 格 模 型（由 Felder和Soloman开发了此学习风格的量表，称为所罗门学习风格量表）；l用于系统前测推断用户学习风格，现已得到越来越多研究者的认可；l大量实验数据表明，其在网络教学环境下具有良好的适用性和信效度。学习风格Felder-Silverman学习风格模型（由FeFelder-Silverman学习风格模型l4个组维度8种类型 信息加工（活信息加工（活跃/沉思）沉思）感知（感悟感知（感悟/直直觉）信息信息输入（入（视觉/言言语）内容理解（序列内容理解（序列/综合合)Felder-Silverman学习风格模型4个组维度8种类学习风格确定及更新过程l依据所罗门学习风格量表，在注册系统时测试得出一个初始的用户学习风格；l经过一段时间的学习，通过挖掘学习行为模式再对系统中的用户学习风格进行更新直至符合真实的用户学习风格；l根据不同类型的学习风格，适应性地向用户推荐最佳学习活动序列和学习资源。学习风格确定及更新过程依据所罗门学习风格量表，l本系统依据不同类型的学习风格呈现不同的 学学习活活动序列序列 学学习资源媒体源媒体类型型 学学习资源抽象程度源抽象程度 学学习过程行程行为模式模式 本系统依据不同类型的学习风格呈现不同的 用户模型本体概念模型参考规范用户模型本体概念模型参考规范 用户模型本体概念模型参考规范 l学习风格与活动序列 是是指指为达达到到学学习目目标，系系统能能根根据据用用户的的个个性性差差异异呈呈现出出一一套套切切实可可行行的的学学习方方案案，这个学个学习方案整合了学方案整合了学习目目标、学、学习任任务、操作步、操作步骤、交互形式、交互形式、评价机制等价机制等。l学习风格与媒体类型 媒体媒体类型是指用于描述用型是指用于描述用户选择资源媒体格式源媒体格式时的的倾向向。学习风格与活动序列 l学习风格与抽象程度 抽抽象象程程度度是是指指用用于于描描述述用用户选择学学习事事实、结构构化化、有有序序化化的的知知识或或是是选择新新概概念念抽象知抽象知识l学习风格与行为模式 登登陆系系统（登（登陆次数、登次数、登陆总时间）访问论坛（访问次数、次数、访问时间、发帖量、帖量、读贴量）量）测试系系统（单次次测试所用所用时间、单次次测试预设时间）学学习资源（媒体源（媒体类型、抽象系数、学型、抽象系数、学习次数、次数、实际学学习时间、学、学习预设时间）更新用更新用户模型中的学模型中的学习风格直至使其符合真格直至使其符合真实的学的学习者学者学习风格格 学习风格与抽象程度 认知水平l认知水平的估算主要通过学生的练习测验记录估算出学生对某一知识点的掌握情况，然后系统根据用户的认知水平不同推荐相应层次的知识资源，从而制定更加个性化的学习过程和学习目标。l从两个维度出题：概念知识理解等级（C）、难度级别（D）。l采用概念累积计分法估算学生认知水平。认知水平认知水平的估算主要通过学生的练习测验记录估算出学生对问题(Q)概念累积计分参考值概念累积计分参考值理解等级理解等级(C)概念累积计分参考值理解等级(C)3.领域模型构建l依据DublinCore和IEEELOM两大元数据标准；l从章、节、知识点和学习对象四部分设计领域模型；l学习对象本体描述知识点的各种属性映射实体，包括与用户模型相匹配的媒体类型、抽象系数、活动序列、呈现顺序等属性。3.领域模型构建依据Dublin Core和IEEE LOM领域模型的设计规范领域模型的设计规范 领域模型的设计规范 三、系统的实现l核心技术 JAVA+SQLServer技技术 本体技本体技术三、系统的实现核心技术系统的主界面图系统的主界面图平台网址：平台网址：http:/59.73.198.233:9000/sals/系统的主界面图平台网址：http:/59.73.198.活跃型与沉思型更多影响的是学习者的学习活动序列活跃型学习活动序列活跃型学习活动序列 沉思型学习活动序列沉思型学习活动序列 活跃型与沉思型更多影响的是学习者的学习活动序列 活跃型学习活视觉型与言语型更多影响的是学习资源的媒体类型言语型学习资源言语型学习资源 视觉型学习资源视觉型学习资源视觉型与言语型更多影响的是学习资源的媒体类型 言语型学习资源查看知识点的前项知识点、后向知识点和相关知识点查看知识点的前项知识点、后向知识点和相关知识点 已通过的知识点和未通过的知识点已通过的知识点和未通过的知识点已通过的知识点和未通过的知识点已通过的知识点和未通过的知识点已通过的知识点和未通过的知识点采用JAVA的开源类库JFreeChart实现对学习者学习过程中学习行为（包括访问学习对象媒体类型和时间）进行实施动态监控采用JAVA 的开源类库JFreeChart实现对学习者学习过总结l自适应学习系统能够为学习者提供个性化的学习服务，根据学习者特征，采取相应的学习策略，推荐个性化的学习资源和学习路径。l本研究实现了以本体技术为核心，以用户模型为依据的个性化学习资源和学习路径推荐，真正实现了学习的个性化。总结自适应学习系统能够为学习者提供个性化的学习服务，根据学习l进一步工作 进行行实证研研究究，检验系系统推推荐荐的的最最佳佳学学习路路径径和和适适应性性学学习内内容容的的信信度度和和效效度度，进一一步步修正系修正系统，使系，使系统趋于完善。于完善。进一步工作发表相关论文及获奖1.基于用户模型的个性化本体学习资源推荐研究.中国电化教育，2010(5).2.基于Felder-Silverman量表用户学习风格模型的修正研究.现代远距离教育，2010(1).3.自适应学习系统参考模型比较分析研究.中国电化教育，2009(8).4.语义网自适应学习系统中领域本体的构建.吉林大学学报(信息科学版),2008(9).5.基于语义网的自适应学习系统中用户模型的研究.开放教育研究，2008(4).6.基于认知风格的Web数据挖掘构建学生模型.现代远距离教育，2008(2).7.基于Web的自适应教育超媒体系统现状及前景分析.中国电化教育，2007(3).8.Pedagogical Strategy Model in Adaptive Learning System Focusing onLearning Styles.Edutainment 2010:International Conference on E-learningandGames.ChangchunChina,2010.8.(EI)9.SOA Solution of Adaptive Learning System in Semantic Learning Web.Proceedings of 2009 International Conference on ComputationalIntelligenceandSoftwareEngineering.WuhanChina,2009.12.(EI)10.Student Model in Adaptive Learning System Based on Semantic Web.ProceedingsoftheFirstInternationalWorkshoponEducationTechnology and Computer Science,IEEE Computer Society.WuhanChina,2009.3.(EI)11.指导硕士学位论文语义网环境下的自适应学习系统中用户模型的研究，获吉林省优秀硕士学位论文（2010），吉林省学位委员会.发表相关论文及获奖1.基于用户模型的个性化本体学习资源推荐谢谢！