本文關鍵詞：面向基礎教育的自適應學習服務系統(tǒng)研究與應用

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【摘要】：隨著信息技術的飛速發(fā)展,涌現(xiàn)出大量的教育信息系統(tǒng)。在線教育的日益普及,學習者個性化學習需求不斷提高,過去傳統(tǒng)的在線教育系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足針對個體構建的學習需求。支持網(wǎng)絡學習的方式也大致經(jīng)歷了內容呈現(xiàn)方式,搜索查詢方式和自適應方式的三個階段。網(wǎng)絡學習系統(tǒng)建設模式已經(jīng)不再是一味的擴充教育數(shù)字資源。因此,如何保證學習者的學習效果是網(wǎng)絡學習的關鍵。適應性學習通過了解學習者的個性化特征信息,如學習風格,偏好和認知水平等,同時通過系統(tǒng)本身領域知識的精確構建,達到高效率的學習目標。隨著支持適應性學習的研究和應用在不斷深入,系統(tǒng)的智能性和有效性得到了提高。但是針對基礎教育的適應性學習研究和應用中,自適應學習服務系統(tǒng)無論是構建模型還是系統(tǒng)建設都很薄弱,缺乏有效的研究驗證。本文結合了相關課題研究和實際工作內容,深入分析了自適應學習的特點和特征,構建了針對基礎教育的自適應學習服務系統(tǒng)參考模型ALSSRM,對其中的學習者模型,領域知識模型和自適應引擎的構建、框架、內容和功能進行了論述。同時綜合利用了如:文獻研究法,元數(shù)據(jù)技術,解釋結構模型法,本體理論,實證研究法,調度和CSP相關理論,調查研究法,有窮自動機等理論,評價研究法等方法理論。主要研究內容和成果如下:(1)提出了自適應學習服務系統(tǒng)參考模型ALSSRM。通過文獻研究法、調查研究法分析比較已有研究的自適應學習模型,包括:DHRM,AEHS,AHAM,LAOS,EAHAM等參考模型。然后針對上述模型不足之處和存在問題,以面向基礎教育的自適應學習服務為主設計了適合基礎教育的自適應學習服務系統(tǒng)參考模型ALSSRM。(2)構建了基于本體和元數(shù)據(jù)信息交互技術的學習者模型。從已有的教育信息系統(tǒng)中獲取學習者的歷史學習過程數(shù)據(jù)作為學習者模型的初始化。通過元數(shù)據(jù)技術為學習者構建了一個基礎教育元數(shù)據(jù)模型,并通過元數(shù)據(jù)抽取和元數(shù)據(jù)模型轉換技術獲取學習者的歷史學習數(shù)據(jù),從中歸納出學習者的特征信息。(3)提出了基礎教育數(shù)據(jù)資源間的訪問共享機制。針對北京市,區(qū)縣,學校三級機構眾多教育信息系統(tǒng)建設過程中存在相互訪問共享混亂的特點,同時考慮兼容到已經(jīng)建設完成教育信息系統(tǒng)中的學習數(shù)字資源。通過元數(shù)據(jù)技術得到基礎教育的融合元數(shù)據(jù)庫,利用元數(shù)據(jù)的分析功能清晰描述了教育信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)流向,提出了基于元數(shù)據(jù)的教育資源訪問共享機制。(4)結合本體和元數(shù)據(jù)規(guī)范構建領域知識模型。提出了領域知識模型的四層管理架構。充分考慮已建系統(tǒng)中教育數(shù)字資源的整合利用,減少重復建設,通過和本體描述和元數(shù)據(jù)規(guī)范發(fā)布了針對北京基礎教育特色、以LOM為基礎的《北京市數(shù)字化基礎教育資源元數(shù)據(jù)應用規(guī)范》,實現(xiàn)知識點的結構化,教育數(shù)字資源規(guī)范化。(5)借鑒NoSq1思想和大數(shù)據(jù)技術提出了基礎教育海量數(shù)據(jù)存儲方案。針對教育數(shù)字資源大量沉淀在市,區(qū)縣,學校和教育機構的教育信息系統(tǒng)中且宏觀利用率低下、重復建設的特點,借鑒NoSq1思想設計了基礎教育數(shù)據(jù)海量存儲方案。該方案不僅滿足大數(shù)據(jù)存儲需求,而且在業(yè)務邏輯上還可以滿足關系運算與兼容性要求,很好的實現(xiàn)了資源利用。(6)結合CSP規(guī)劃調度理論及有窮自動機求解算法設計了自適應引擎。論文通過將學習活動進行目標函數(shù)解釋,對相關約束條件羅列方程進行描述,并設計目標函數(shù)進行轉化求解,最后結合學習者的特征信息,建立學習活動調度的CSP模型。將學習活動設計的問題歸為基于CSP規(guī)劃調度問題進行求解。最后通過有窮自動機的方式求解,并提出了 DFSFA(Depth First Search For Finite Automata)算法求解。綜上所述,在本文涉及的六項主要研究工作中,第一、五部分研究雖然有研究成果,但本文著重解決在在基礎教育領域的問題。第二、三、四部分的相關研究很少且基本停留在抽象理論上,缺乏實際應用驗證。第六部分相關文獻很少,在適應性學習中引入約束滿足問題的研究目前是空白�？傮w上本文為基礎領域自適應學習服務系統(tǒng)提供了借鑒和參考。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP311.13;G434

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