ＩＳＩ：一個師生共建的個性化學習服務平臺

【摘要】個性化學習是現代教育技術領域的一個重點研究課題。單純靠軟件技術來幫助學生實現個性化電子學習十分困難。為此，設計了一個師生共建的個性化學習服務平臺，由教師、系統共同幫助學生完成個性學習。對該平臺從功能結構、軟件結構和物理結構三個方面進行了描述，然后對該平臺的特征進行了討論和分析。實踐表明，此平臺對學生和教師都有很大幫助。

【關鍵詞】教育信息化；個性化學習；電子學習；軟件平臺

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097 (2008) 10—0093—04

引言

教與學是一對不可分割的共同體，大多數學生不可能摒棄基于課堂的集體學習，但這種學習方式受到諸多條件的限制。一方面，由于時空的局限性和師資的有限性，學生很難根據自己的基礎和能力進行創造性學習；另一方面，教師在教學中精力有限，不能按照學生的學習基礎和學習能力來為他們差異性的安排課程。那么，如何讓在學習基礎和學習能力上存在差異的學生有效率地進行自主學習；如何讓教師個性化地了解學生從而針對學生的不同特點來重新組織與調整教學；如何根據學生自身的認知特點及學習興趣個性化的安排相應水平的學習資源，以上問題都已成為教育技術領域的重要課題[1]。

許多教學科研機構已經認識到個性化學習的重要性[2，3]，尤其是在英國，2007年1月4日，由英國政府委托的“2020年教與學評議”專家組發布了題為《2020愿景：2020年教與學評議組的報告》，描述了在2020年實現個性學習的教育愿景[4]，提出了個性化學習中亟待解決的問題。就當前已有技術解決方案來看，基本上離教學理論所訴求的“因材施教”存在著相當的距離，并沒有實質性地利用計算機與互聯網的特性進行教育資源與服務的重新整合、互動以及對個性知識需求的重構與再構[5]；依然沒有辦法長期跟蹤、分析、評價并反饋個體學生的學習狀況；依然沒有辦法為教師、家長和學生提供相對合理的需求分析與指導方針，依然沒有辦法根據需求給出相應的個性化學習解決方案[6]。因此，本文將教師作為個性化學習平臺中一個重要角色，并充分利用計算機技術的輔助功能，使二者結合為學生提供個性化學習服務，為教師和家長指導學生進行復習提供依據，基于此，研究與開發了一個師生共建的個性化學習服務平臺ISI（Individualized System of Instruction），并進行了商業化推廣，命名為文曲星家教新干線[7]。

一 平臺描述

ISI學習服務平臺是一個基于測試、診斷、評價與反饋的、運行于互聯網、移動通信網間的個性化學習平臺，它通過對學習資源信息和學生行為信息進行收集、統計與分析，最終為教師設計個性化教學方案提供幫助，為學生提供精確、省時、高效的個性化課后復習方案。下面將此平臺從功能結構、軟件結構和物理結構三個方面進行描述。

1 功能結構

ISI平臺的整體功能模型如圖1所示，此平臺將用戶分為管理員、學生、教師三種角色，而家長一般只是通過郵件的形式獲得測控分析的結果。管理員的職責是實現平臺的一般性日常管理，如教師管理、學生管理、資源管理等。

學生通過知識梳理功能復習章節的疑難知識點，通過同步測控來診斷學習能力和知識薄弱環節，通過智能訓練來彌補知識薄弱環節，實現因材施教、個性化學習。通過測控分析為學生提供一個自我診斷報告，為自己的進一步復習提供依據。

教師通過測控分析功能來了解班級學生的整體學習狀況（包括：整體水平、成績起伏、共同錯題等），以及每個學生的具體學習情況（包括：學習能力、知識薄弱環節、遺忘規律等），從而修改自己的教學策略，為需要幫助的學生提供個性化診斷報告。再通過通過試卷搜索和智能組卷功能來干預學生的復習路徑，提供更個性化的學習方案，從而構建了一個教師參與的個性化學習平臺。

2 軟件結構

ISI個性化學習服務平臺的核心結構（如圖2所示）主要由學習資源庫、學生模型、教師模型、測試模塊和教學控制模塊、學生行為監控模塊構成。學習交互處理\\測試交互處理和人機界面是輔助結構，它們負責將教學內容和試題呈現給學生，并負責對學生的交互行為進行反應。下面主要介紹核心部件。

學習資源庫由教學內容、測試題和知識關系庫三部分組成，其中知識關系將教學內容和測試題關聯起來，作為學習過程和測試過程的紐帶。

學生模型是對學生能力和學習情況的建模，包括學生檔案、學生的認知能力（包括知識、理解、應用、分析、綜合、評價六個層次）、學習歷史（包括學習方式、學習速度等）、練習歷史（包括練習題號、分數、時間等）及每個題目的詳細記錄。學生檔案信息是由學生自己輸入的，它作為學生認知能力的起點，以后通過學習來逐漸修改學生的認知能力。學習歷史是指在學生學習完后，系統自動的將其學習內容記錄到學習歷史庫中，來檢測學生是否學過某個知識的必備知識。當學生學習完某一章節后，系統自動為學生抽取試題進行測試，根據測試情況來修改學生的認知能力，同時將測試結果存儲到測試歷史庫中。

教師模型是對學生能力的評估和教學策略的推薦，包含學生行為評定、學生能力測定、試題評定、教學策略選擇等模塊。學生行為評定模塊根據專家知識庫中的測試題目信息及學生的回答情況，給出分析結果及相應認知能力層次的分數比重，為制定相應的教學策略提供依據。學習能力測定模塊主要負責評價學生的學習能力，通過評價取得反饋信息以修正、完善教學計劃，為教師模型制定正確的教學策略提供條件，保證教學的順利完成。試題評定模塊主要是對試卷的要求進行綜合評價，包括測試題目是否符合教學大綱的要求，試題分數的比例是否符合難度比例、認知層次比例和各章節的分配比例。教學策略選擇模塊負責依據測評結果選擇學習方案和繼續測試方案。

教學控制模塊負責分析、解釋知識庫中的教學規則，選擇相應的教學內容和教學策略，建立和修改學生模型的某些信息，控制教學的進行。在本框架中，教學策略分為三個層次：系統級和對象級、專家級。系統級策略是由經驗豐富的教學專家提供，是不同科目之間的一般性教學規則，它們在系統開發時已經加入到系統中。對象級策略由系統根據學生模型自動生成，是形成個性化教學的依據。專家級策略主要是由系統中的教師進行策略設計，形成學習和測試方案，它的級別最高，是保證教學方案更有效的方法。

測試模塊主要負責智能組卷和判卷。它根據學生的當前認知能力和學生的學習歷史隨機生成試卷，要求題目保持合適的認知能力和難度。然后學生對試題進行解答，由測試模塊進行判卷，同時把測試過的試題和測試結果存入測試歷史數據庫中。

學習行為監控負責學習過程中交互行為的捕捉，完成對學生行為的跟蹤，跟蹤內容將包括學習的知識點，起始時間，持續時間，瀏覽次數，測試的題目，知識點，起始時間，持續時間，修改次數等。它們將作為學習能力、學習效果測評的依據。

3 物理結構

物理結構則從網絡分布上描述了ISI個性化學習服務平臺（如圖3），形成了客戶\\服務器式的體系結構，主要包括用戶認證管理服務器系統、學習資源管理服務器系統、自適應學習管理服務器系統、教學輔導與管理服務器系統、學習行為數據分析管理系統和閥值信息發布管理服務器系統六大服務器和客戶端：平臺應用終端系統。

（1） 用戶認證管理服務器系統，主要包括連接、分配、驗證、計費等部分，負責通過網絡對用戶進身份識別、權限識別、并根據用戶終端類型和分布式服務器的狀況合理安排由哪一站點對用戶提供服務，同時驗證用戶的收費情況，管理用戶的權限有效期等。

（2） 學習資源管理服務器系統，主要包括學習資源元數據管理程序、學習資源元數據庫、學習資源元數據挖掘程序、學習資源數據庫和學習測評資源數據庫。系統管理者利用兩個程序實現對學習資源管理服務器內三套數據庫的建設與管理。

（3） 自適應學習管理服務器系統，主要包括用戶信息收集程序，學生學習歷史庫，學習評價管理程序，學生認知信息庫，學生測試歷史信息庫，個性學習資源提取程序，個性學習資源數據庫。負責進行學生信息的收集、整理、智能評價、反饋以及根據學生行為及評價信息智能安排與學生能力及狀態相適應的學習資源。

（4） 教學輔導與管理服務器系統，主要包括問題信息管理程序，學習資源檢索程序，學生狀態分析及定位程序，學習評價信息查詢管理程序，學習資源布置程序，教學診斷庫，教學策略庫。它主要負責幫助教師及時了解學生的學習進度與程度，查詢教學參考內容，及時給學生以決策評價。

（5） 學習行為數據分析管理系統，包括學習者數據分析管理程序，學習者模型建模程序（通過學生對反饋的評價建模），它主要負責分析學習資源與學生行為之間的關系，分析教師行為與學生行為之間的關系，分析教師行為與學生結果之間的關系，是一個對學生與教師建模的工作，是把心理學觀點引入系統的關鍵部分。

（6） 閥值信息發布管理服務器系統，主要包括閥值信息管理程序與閥值信息發布程序，負責把學生的測評報告反饋給學生本人、其指導教師或者家長，從而對學生起到及時督促、鼓勵、矯正的作用。

（7） 平臺應用終端系統，平臺應用終端分為四種類型，分別安裝至各學生、教師、機構用戶以及系統管理者的計算機上，供他們操縱所需內容，如個人基本資料、教學或學習資料、測評報告、組卷等。

二 分析與討論

鑒于教學中日益增加的個性化需求，ISI個性化學習服務平臺利用網絡把學生、教師以及管理者聯系起來，通過對學生數據的收集、統計與分析，提供一套測試、診斷、分析、評價相結合的學生行為評定機制，使得教師和學生可以在ISI個性化學習服務平臺上進行有針對性的高效交流與互動，能快速、簡單、精確、高效地滿足對教與學的個性化需求，從而克服教與學的盲目性，合理地調配時間。這種交流與互動不僅有助于基于網絡的教與學，而且也有助于面對面的教與學。

針對現有的教育服務機制只能提供粗放型教育資源的缺點，ISI個性化學習服務平臺通過定義學習資源元數據對學習資源進行描述，使學習資源屬性能夠被唯一確定并且單位最小化，從而有利于對知識體系進行快速有效地組合、重組與管理，為個性化教學提供資源基礎。通過對學生個人學習行為的跟蹤和教師富有針對性的干預，ISI提供了一套學生狀態定位系統，通過把學生信息與學習資源進行關聯，建立學生的學習能力屬性，使得每一個學生學習狀態模型能夠被快速建立、定位、分析、統計與比較，從而為個性化復習方案提供技術基礎。

ISI個性化學習服務平臺也提供一套新型的互動教育模式，便得教與學的互動不再只基于過去傳統模式中“一問一答”的狀況，教師不僅可以隨時掌握學生的學習狀態，而且可以隨時給出指導意見并可干預學生的學習路徑，幫助學生制定更準確的個性化學習方案。ISI也是一個學習內容測評分析平臺，通過對學習測評內容的信度、效度、難度、區分度以及相關性等數據的評價，教師可以為學生個體或班級提供有針對性的個性指導與計劃調整，使學生和家長能精確、快速地把握學生學習動態，起到良好的教育配合作用。ISI個性化學習服務平臺具有內容無關性與平臺無關性，學習內容可以在PC機、手持式設備（手機、PDA、學習機）等多種交互設備上呈現，學生可以依據自身需要選擇交互設備和信息呈現方式，從而實現設備層的個性化。

在此平臺開發和商業化過程中，邀請了北京師范大學亞太實驗學校等多所中學對平臺的個性化學習能力進行了實驗研究，在學習效率、成績提高程度、學生對平臺的評價等多方面進行了問卷調查和系統自動跟蹤，通過統計分析，得出如下結論：此平臺通過記錄分析學生易出錯知識點的相關試題，并依據它們進行個性化復習與測驗使得學生學習具有針對性，從而使學習效率平均提高了31%，學習成績每科平均提高5-10分；同時，95.3%的受訪學生認為此平臺能有效控制自己的復習進度，符合他們的個人學習能力水平。

三 結論

ISI個性化學習服務平臺是一項提高教師教學效率與學生學習效率的一個雙向互動的教學服務平臺，教師可以依據學生的學習情況以及自己的判斷修改平臺提供給學生的個性化學習方案，使得教學策略更具有效性和實用性。實踐表明，師生共建個性化學習平臺對學生和教師都有很大的幫助。

參考文獻

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[7]文曲星家教新干線[OL].