基于網絡的自適應超媒體學習支持系統的研究

孫 多 周彩英

摘要:針對現有網絡學習支持系統不能很好滿足學習者個性化學習的需要,我院構建了基于網絡的自適應超媒體學習支持系統模型,它是在現有的網絡學習支持系統上增加了自適應交互處理模塊、自適應教學處理模塊、本體推理模塊和規則推理模塊。本文詳細探討了此模型的自適應支持功能,如為學習者創設動態的自適應學習環境,提供自適應的導航系統和自適應的內容支持等,并給出了自適應學習處理過程。

關鍵詞:自適應學習;學習系統;自適應導航;自適應學習內容

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1問題的提出

從理論上說,基于網絡的學習支持系統具有實現任何人在任何時間與地點學習任何自己需要的知識的能力,是實現終身教育的一個有效途徑。正因如此,網絡學習備受歡迎。基于網絡的學習支持系統應該能夠為不同目標的學習者定制適合學習者特性的課程,為相同目標的不同學習者提供不同的課程學習過程。但實際上目前絕大多數網絡學習系統向學習者提供的個性化學習主要在學習空間與學習時間方面,在設計上采用的是傳統的知識傳遞教學模式,當然比較好的學習支持系統也注重了教學內容呈現方式設計、學習過程設計、交互方式設計、資源庫設計、學習效果評價設計,但是系統的內容、結構和功能基本上是固定的,并不能根據學習者的能力、背景、學習風格、學習目標等差異性,提供動態的適應性教學策略等,因此現有的網絡學習支持系統并不能從根本上滿足個性化學習的需要。如何在網絡學習支持系統中真正實現對學習個體的主動適應和智能化支持,是當前迫切需要解決的問題。

2基于網絡的自適應超媒體學習支持系統的內涵

自適應學習,源自“Adaptive Learning”。“Adaptive”,也可譯“適應性”,其詞根是adapt,即是指個體與環境在適應過程中形成的適應能力。在學習過程中,個體具有能力、背景、學習風格、學習目標等各種各樣的差異性,即使是個體本身,在學習過程中,知識狀態也在不斷變化著。而自適應學習實際上是著眼于個體差異的學習,是讓學習環境、學習內容、學習活動來適應每個人不同特點的高度個性化學習過程。

基于網絡的自適應學習系統是在網絡環境下針對個體學習過程中的差異性而提供適合個體特征的學習支持系統。它能夠提供一個適應用戶個性化特征的用戶視圖,這種個性化的學習視圖不僅包括個性化的資源,還包括個性化的學習進程和策略。在其支持之下,學習者能夠以一種更快的速度,更加有效地進行學習。

超媒體系統是一個由若干結點(頁面)和鏈組成的系統,即在每一個頁面上除了有內容信息外,還包含著許多指向其他頁面的鏈。在傳統的超媒體系統中,頁面的內容和鏈接關系都是固定不變的,由創作人員在設計時確定。傳統的超媒體系統,由于它圖文并茂的界面和以學生為中心的交互風格受到廣泛的歡迎,但卻因為鏈接過多易造成學生迷航而受到批評。

基于網絡的自適應超媒體學習支持系統是將基于網絡的自適應學習支持系統與超媒體系統有機結合,彌補了各自缺點,發揮了各自長處,它能夠了解學生狀態,因材施教,也能夠激發學生學習的主動性和維持學生動機。

3自適應支持功能

任何一個學習系統都要依據一定的學習理論基礎。基于網絡的自適應超媒體學習支持系統的理論依據是建構主義學習理論。從建構主義學習理論角度出發,學習是學習者在一定的情景下,在自身經驗的基礎上,通過與學習環境交互,主動進行知識建構的過程。由于學習者的個體差異而導致了不同的知識建構過程。基于以上理論,基于網絡的自適應超媒體學習支持系統應該有以下幾個自適應支持功能。

3.1學習者特征的自適應支持

網絡學習支持系統應該建立在對每個學生特征進行準確分析的基礎上,才能滿足學生的學習需要,才能促進每一個學習者的成功。它主要包括3個方面內容:

(1) 年齡特征。反映的是在一定年齡階段的學習者所具有的特征,它具有普遍性和共同性。根據皮亞杰的認知發展階段理論,在不同年齡階段的學生,其認知能力、思維方式、情感、意識、動機等方面是不同的,通過年齡分析就可以掌握學習者在一定年齡階段所具有的特征變化。這對了解學習者在一定年齡階段的思維能力、認知程度、情感變化有著重要指導意義。

(2) 社會化特征。社會化特征反映的是學習者在社會化過程中的社會閱歷、文化背景、家庭背景、性別等特征。由于學習者的社會化特征不同,對學習意義的建構不同,學習動機、學習興趣、學習需求也不同,通過對學習者的性別、文化背景、教育程度等社會化特征因素分析就可以掌握動機類型、學習態度、社會經驗、認知成熟程度及與他人的交往能力等。

(3) 個性特征。個性特征所反映的是每個學習個體獨有的學習風格、動機、興趣、性格、意志、情緒、氣質等特征,通過對這些個性特征因素的分析,就可以間接了解學習方式、學習速度和質量以及學習內容選擇等。個性特征雖然不一定會直接影響學習的發生,但它是學習有效發生的情感因素和動力因素。

3.2學習者水平診斷的自適應支持

這是在學習者開始學習之前,系統幫助其對自身的知識水平、能力和認知風格作出正確的自我診斷,確定學習起點,使之能順利進入到與自己發展水平相適應的學習活動中。主要包括兩個方面內容:

(1) 知識能力診斷。網絡學習是一種能夠適應不同學生的自主的高度靈活的學習,學習者在正式學習之前,需要了解自己的知識和能力水平,這樣才能順利進入到與自己發展水平相適宜的學習活動中,因為學習要滿足“最近發展區”。

(2) 認知診斷。認知特征所反映的是每一個學習個體在認知風格的差異,通過對學生進行認知差異分析,可以幫助學生選擇正確的學習策略。

3.3學習導航的自適應支持

這是指系統在了解學習者特征和學習者水平的基礎上為學生提供導航圖,解決學生在網絡超媒體空間的方向性問題。引導學生瀏覽合適的頁面內容,避開與自己無關的內容或當時還不具備條件去查看的內容,以一條最合適的路徑引導學習者進行學習。

3.4學習內容的自適應支持

這是指系統所呈現的內容能夠適合學習者的特征和水平,如系統根據不同的學習者隱藏一些與之無關的信息,也可以在某個內容之前插入一些前提性知識,還可以將一個概念作幾種解釋等,即系統能夠實現不同的用戶所看到的頁面內容是不同的。

3.5元認知自適應支持

這是指系統在學習者學習的進程中,給出一些提示和評估信息,促使學習者不斷地提高認知過程中的自我監控意識,強化其對認知活動進行反省、評估、達到認知活動的計劃性、策略性、調控性。

3.6同伴自適應支持

基于網絡的自適應超媒體學習支持系統不僅是基于個人的知識建構,更是基于社會交流的知識建構。系統對個人和群體的自適應學習支持才是真正意義上的知識建構。系統支持“課堂討論”、“角色扮演”、“競爭”和“伙伴”的教學策略運用于學習者學習的不同階段。

4設計與實現

基于網絡的自適應超媒體學習支持系統建立在現有的網絡學習支持系統上,并增加了自適應交互處理模塊、自適應教學處理模塊、本體推理模塊和規則推理模塊。其中,自適應交互處理模塊包括3個子模塊,分別為:學習者背景特征測試與處理模塊,學習者知識能力、認知測試與處理模塊以及學習者學習需求收集與處理模塊。

學習者進入學習系統后,首先選擇該門課程的學習目標,由自適應交互處理模塊接受學習者輸入數據并對學習者各方面進行測試,調用自適應教學處理模塊存儲學習目標信息和前測結果,并以此為輸入調用本體推理機,獲取適應于學習者個人的課程領域知識樹。自適應交互處理模塊根據課程領域知識樹動態生成適合于學習者的目標知識能力測試項。測試結果交由本體推理機確定學習者合適的學習資源集合,并進一步利用規則推理機,生成學習資源集合,供學習者從中選擇。學習者通過現有網絡學習支持系統進入自適應學習界面學習。自適應過程如圖1所示。

在學習者課程學習過程中,經常會發生“網絡迷航”,對于這種現象,自適應教學模塊要提供自適應導航,根據當前學習者的知識狀態,引導學習者瀏覽合適的頁面內容,避開無關的干擾信息或當時還不具備條件去查看的內容,引導學習者在一條最合適的超媒體路徑中航行。系統通過4種方法達到目的。

(1) 直接導航。當學習者學習完一個頁面時,自適應教學處理模塊接受數據并由本體推理和規則推理系統推薦一個最適合學習的頁面,并以“下一步”的按鈕形式指引著用戶學習下一個頁面。

(2) 鏈排序。系統對多個熱區(鏈)按照重要程度排序,最適合的鏈排在最上面。這種方法適合于信息檢索。

(3) 鏈標記。根據學習者的知識水平對頁面上的熱區(鏈)進行分類,分別加上不同的標記,(如不同的顏色、字體或字形等)。不同的標記代表不同的含義,如綠色代表目前最適合訪問的熱區,紅色代表目前不太適合訪問的熱區,灰色代表已經掌握的內容等。

(4) 鏈隱藏。根據學習者當前的知識狀態,系統通過隱藏某些熱區(鏈)對超媒體空間進行適當的剪裁,以阻止學習者訪問無關的內容或訪問尚未具備訪問條件的內容。

系統的自適應教學模塊在學習者具體瀏覽某一頁面時,提供適應性內容支持。例如,同一個頁面,對于一個初級學習者,隱藏那些學習者目前還不能理解的低層的細節,同時給與更多的解釋和指導,而對于有較好知識基礎的學習者,可以呈現更多深入的知識。又如,當學習者訪問某概念時,系統利用概念之間的關系鏈,在該概念知識的前面插入用戶還未掌握的有關前提知識,還可以插入與該概念相似的其他概念,便于學習者比較它們之間的異同。

基于網絡的自適應超媒體學習支持系統還為課程知識領域專家和教學設計者提供了操作界面。課程知識領域專家提供領域知識及其關系圖,構建課程領域知識本體。教學設計者與課程設計者一起,設計完成學習目標各種可能的途徑與任務,并據此進行學習對象的設計與封裝,或選擇遠端已注冊的其他學習對象。通過本體標注,形成學習對象本體庫。此外,通過對所有注冊課程進行學習的學習者學習目的、學習興趣、學習風格,可能的知識準備情況進行學習者分類,生成該門課程的學生模型數據庫。最后,由教學設計者與教師共同編輯適應性學習策略,生成學習策略庫。利用學生前測結果以及現有學生相關數據,生成學生該門課程的學習者模型,根據學生模型、學習策略,生成適應于該學習者的課程。

5小結

本文提出的基于網絡的自適應超媒體學習支持系統在本質上是一種支持個別化學習的網絡超媒體在線學習系統,它針對個體在學習過程中的差異性(因人、因時)而提供適合個體特征的學習支持,它是網絡教學系統智能化的一個重要趨勢,它是傳統的知識傳遞教學模式向知識建構型教學模式的轉變。本文描述了系統的自適應支持功能,并設計了相關的支持模塊,為下一步具體設計系統提供了技術基礎。

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