適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)：現(xiàn)狀、問題與趨勢

張家華　張劍平

摘要】適應(yīng)性學(xué)習(xí)能夠解決網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中的個性化問題，適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)（ALSS）是智能教學(xué)系統(tǒng)與適應(yīng)性超媒體系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的融合。在介紹ALSS的概念、特征和基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，闡述了其發(fā)展歷程、典型系統(tǒng)及技術(shù)，并分析了當(dāng)前研究中存在的問題，最后指出了ALSS的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵字】適應(yīng)性學(xué)習(xí)；適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)；ALSS；智能教學(xué)系統(tǒng)；適應(yīng)性超媒體系統(tǒng)

【中圖分類號】G40–057 【文獻標(biāo)識碼】A 【論文編號】1009—8097 (2009) 02—0018—03

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在一定程度上克服了傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足，但在實際應(yīng)用中也存在一些問題，如學(xué)習(xí)支持和交互相對缺乏、學(xué)習(xí)材料僵化、教學(xué)策略和手段不能隨時調(diào)整等，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)很多時候仍是“一對多”的傳播過程，沒有從根本上解決學(xué)習(xí)的個性化問題。為此，學(xué)者們提出了“適應(yīng)性學(xué)習(xí)”的概念。隨著網(wǎng)絡(luò)教育的廣泛應(yīng)用，以及人們對個別化學(xué)習(xí)的日益重視，適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)（Adaptive Learning Support System，以下簡稱ALSS）逐漸成為當(dāng)前研究的熱點之一。

一 ALSS的概念、特征和結(jié)構(gòu)

1 ALSS的概念和特征

適應(yīng)性學(xué)習(xí)是一種著眼于個體差異的學(xué)習(xí)，是讓學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)活動來適應(yīng)每個人不同特點的高度個性化的學(xué)習(xí)過程。適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)則是針對個體學(xué)習(xí)過程中的差異性而提供適合個體特征的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)。它是“一種基于觀察學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)偏好、以獲得最好的學(xué)習(xí)效果而進行動態(tài)組織的智能系統(tǒng)”[1]。ALSS大多從智能授導(dǎo)系統(tǒng)（ITS）和適應(yīng)性超媒體系統(tǒng)（AHS）衍生而來[2]，但傳統(tǒng)的ITS過于強調(diào)理想化的“教”的設(shè)計，導(dǎo)致實際應(yīng)用并不理想；ALSS轉(zhuǎn)而從“學(xué)”的角度進行設(shè)計，為學(xué)習(xí)者提供一個適應(yīng)其個性特征的用戶視圖，不僅包括個性化的學(xué)習(xí)資源，而且包括個性化的學(xué)習(xí)進程和策略。

ALSS在很大程度上體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的特征，如：基于資源的主動式學(xué)習(xí)、知識的自我建構(gòu)、個別化和人性化的學(xué)習(xí)、快速反饋、數(shù)字化和智能化技術(shù)的支持等[3]。ALSS的核心特征是學(xué)習(xí)的個別化和人性化，即能夠提供適合個別需求的學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)環(huán)境的支持。

2 ALSS的基本結(jié)構(gòu)

ALSS是在ITS和AHS的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，因此它們的結(jié)構(gòu)有許多相似之處。但由于國內(nèi)外學(xué)者的研究角度不同，因此關(guān)于ALSS的結(jié)構(gòu)目前還沒有公認(rèn)的觀點。文獻分析表明，De Bra等 [4]（1999）提出的適應(yīng)性超媒體應(yīng)用模型AHAM是ALSS的重要原型，Lora Aroyo等[5]（2006）在此基礎(chǔ)上增加了情境模型和適應(yīng)性模型，提出了增強型適應(yīng)性超媒體模型EAHAM。在此基礎(chǔ)上，研究者設(shè)計了各種ALSS系統(tǒng)，如圖1即為一個典型的ALSS的體系結(jié)構(gòu)[6]。

一般而言，ALSS包含三個核心組件：

（1）學(xué)習(xí)者模型：是對學(xué)習(xí)者的若干特征信息的抽象描述，包括其在學(xué)習(xí)過程中呈現(xiàn)出來的知識狀態(tài)、目標(biāo)、背景、認(rèn)知風(fēng)格和愛好等。

（2）領(lǐng)域知識模型：其內(nèi)容包括學(xué)習(xí)資源、課程結(jié)構(gòu)、教學(xué)策略以及練習(xí)測試庫等。

（3）適應(yīng)性引擎：包括一些學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)工具，能根據(jù)學(xué)習(xí)者的有關(guān)信息，對其認(rèn)知能力和知識水平進行診斷，動態(tài)地構(gòu)建適合的學(xué)習(xí)內(nèi)容及其呈現(xiàn)方式，并能對教學(xué)進行監(jiān)測和管理，不斷修改和維護學(xué)習(xí)者模型。

此外，ALSS還應(yīng)支持學(xué)習(xí)者進行協(xié)作和探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其元認(rèn)知和社會性認(rèn)知能力[7]，以克服傳統(tǒng)的ITS和AHS系統(tǒng)在此方面的不足。

二 ALSS的研究現(xiàn)狀

1 ALSS的研究歷程

ALSS的研究最早可追溯到上世紀(jì)70年代，至今已經(jīng)歷了孕育、起步和發(fā)展三個階段：

（1）孕育階段：早在1970年，美國自然科學(xué)基金資助研制了TICCIT，利用計算機輔助自適應(yīng)測試技術(shù)作為主要手段，試圖提供適應(yīng)性教學(xué)。80年代期間，在ITS領(lǐng)域開始注重認(rèn)知模型和模式追蹤的研究，力圖實現(xiàn)教學(xué)的智能化和個別化。

（2）起步階段：90年代初期，研究者開始利用適應(yīng)性導(dǎo)航技術(shù)開發(fā)能適應(yīng)不同學(xué)習(xí)者的超媒體學(xué)習(xí)系統(tǒng)。90年后期，基于Web的AHS成為研究熱潮，并出現(xiàn)了三大方向：利用適應(yīng)性超媒體組件創(chuàng)建基于Web的教育系統(tǒng)、探索AHS的新技術(shù)、開發(fā)AHS的框架和著作工具[8]。研究人員對AHS的體系結(jié)構(gòu)、方法和技術(shù)進行了深入探索并開發(fā)了一批適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

（3）發(fā)展階段：21世紀(jì)初以來，學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的研究日益受到關(guān)注。許多來自ITS和AHS領(lǐng)域的學(xué)者成為ALSS研究隊伍的主要成員，他們對ALSS的發(fā)展起到了積極的推動作用。ALSS的研究呈現(xiàn)具體化和多元化趨勢，其研究熱點集中于適應(yīng)性學(xué)習(xí)模式、適應(yīng)性用戶模型、適應(yīng)性引擎技術(shù)、適應(yīng)性協(xié)作學(xué)習(xí)支持等方面。

2 典型的ALSS及其技術(shù)

90年代至今，研究人員開發(fā)了各類適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)[9]，其中的典型系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)如表1所示。

三 當(dāng)前研究中的問題分析

從目前國內(nèi)外ALSS的研究現(xiàn)狀來看，相關(guān)研究還不夠完善，仍存在一些不足之處，主要表現(xiàn)為：

1 國外研究較多，國內(nèi)研究偏少

從文獻分析結(jié)果來看，國外有關(guān)ALSS的研究起步較早，數(shù)量相對較多。自上世紀(jì)90年代至今，國外已有一定數(shù)量的學(xué)術(shù)論文和相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，且相關(guān)研究呈現(xiàn)系列化的趨勢，表明國外的研究比較持續(xù)和深入。而我國這方面的研究較晚，通過中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫檢索國內(nèi)相關(guān)文獻，發(fā)現(xiàn)在2000年以前的論文數(shù)量非常少。近幾年雖然研究數(shù)量在逐年增加，但總數(shù)仍然偏少，相關(guān)的論文僅60余篇，且研究成果多為“曇花一現(xiàn)”，缺乏后期的持續(xù)研究。

2 國內(nèi)較重理論，國外較重應(yīng)用

目前國內(nèi)有關(guān)ALSS的研究大多集中于理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)模型的探討，其次是技術(shù)開發(fā)，再次是學(xué)習(xí)模式、教學(xué)設(shè)計等。不少論文對ALSS的系統(tǒng)構(gòu)架和實現(xiàn)技術(shù)進行了較多闡述，卻很少關(guān)注系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用及其效果，從而使研究缺乏實踐的支持。相比之下，國外近年來更強調(diào)系統(tǒng)的實際應(yīng)用，一些研究者針對ALSS系統(tǒng)設(shè)計了相應(yīng)的教學(xué)試驗，以檢驗系統(tǒng)的應(yīng)用效果，并以此發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的不足。

3 實用產(chǎn)品偏少，開發(fā)難度較高

由于ALSS的研究歷史不長，目前大部分研究成果集中于理論層次，而實際應(yīng)用的產(chǎn)品還不多。雖然國內(nèi)外已開發(fā)出不少軟件系統(tǒng)，但多局限于某一門或幾門特定的課程或?qū)嶒灒€未能投入大規(guī)模的教學(xué)應(yīng)用。此外，ALSS的技術(shù)開發(fā)要求較高，需要多個領(lǐng)域的專家和技術(shù)人員的合作，非一般教學(xué)人員個人能力所及。雖然有學(xué)者提出ALSS創(chuàng)作工具的設(shè)想，但仍有待進一步的深入研發(fā)。

4 理論支持不足，研究有待深入

首先，由于缺乏對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)機制的深入研究，沒有類似于傳統(tǒng)條件下學(xué)習(xí)和記憶模型這類成熟的理論框架作指導(dǎo)，因而難以實現(xiàn)ALSS的設(shè)計目標(biāo)；其次，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)理論的研究者與學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的設(shè)計者之間缺乏有效的溝通與協(xié)調(diào)機制，從而導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計與實際應(yīng)用的需求存在一定的偏差；再次，有關(guān)適應(yīng)性學(xué)習(xí)的模式、學(xué)習(xí)機制、用戶模型等研究還不成熟，不同學(xué)者的觀點有較大差異，尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識，而關(guān)于ALSS的評價研究也比較少，有待進一步的發(fā)展和完善。

四 ALSS的發(fā)展趨勢

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)將成為21世紀(jì)的重要學(xué)習(xí)方式，因此ALSS具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景，其未來趨勢主要包括：

1 新領(lǐng)域和新方向的拓展

（1）傳統(tǒng)的研究和應(yīng)用集中于教學(xué)領(lǐng)域，在未來它將與更多領(lǐng)域進行整合，如在文字處理程序或某些用戶支持系統(tǒng)中引入適應(yīng)性技術(shù)；（2）早期的ALSS多為封閉式結(jié)構(gòu)，不同系統(tǒng)間不能實現(xiàn)信息互通，未來的ALSS將采取開放式主體結(jié)構(gòu)，以支持系統(tǒng)間的相互理解；（3）未來將會嘗試在手持或移動設(shè)備中應(yīng)用ALSS技術(shù)，使學(xué)習(xí)者獲得個性化的移動學(xué)習(xí)支持[10]。

2 新技術(shù)和新理論的應(yīng)用

（1）自然語言生成技術(shù)、非符號化的人工智能技術(shù)（如基于案例的推理、機器學(xué)習(xí)、Bayesian模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）將在ALSS中得到廣泛應(yīng)用；（2）分布式學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知和本體理論將為ALSS提供有力的支持，并促其從現(xiàn)有的單一應(yīng)用轉(zhuǎn)向模塊化、分布式的應(yīng)用，多個系統(tǒng)協(xié)同工作，共享學(xué)習(xí)者模型的信息和適應(yīng)性學(xué)習(xí)規(guī)則，從而在更大的范圍內(nèi)發(fā)揮作用。

3 新體系和新形式的出現(xiàn)

（1）采用組件化和分布式的體系結(jié)構(gòu)，將優(yōu)化ALSS的開發(fā)和維護，有利于不同系統(tǒng)中組件的共享和重用；（2）開發(fā)有效可靠的服務(wù)和通信協(xié)議，將更好的支持組件間信息的交流和共享；（3）設(shè)計開發(fā)通用的ALSS外殼或創(chuàng)作工具將大大降低系統(tǒng)的開發(fā)難度和成本；（4）適應(yīng)性學(xué)習(xí)形式的多樣化將促使ALSS的多樣化，如適應(yīng)性教育游戲系統(tǒng)即為典型一例。

五 結(jié)束語

未來的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)不僅能為學(xué)習(xí)者提供靜態(tài)的信息，更重要的是提供個性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)環(huán)境，從而適應(yīng)每個學(xué)習(xí)者的需要。適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的動態(tài)內(nèi)容呈現(xiàn)和適應(yīng)性學(xué)習(xí)反饋機制能夠較好地克服當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的不足，從而為網(wǎng)絡(luò)教與學(xué)的革新帶來新的希望。

參考文獻

[1] Sonwalkar N. Adaptive Learning: A Dynamic Methodology for Effective Online Learning[J].Distance Learning, 2007, 4(1): 43-46.

[2] Brusilovsky P. Adaptive and Intelligent Technologies for Web-based Education[J].Künstliche Intelligenz, 1999, (4): 19-25.

[3] 余勝泉. 適應(yīng)性學(xué)習(xí)—遠程教育發(fā)展的趨勢[J].開放教育研究,2000,(3):12-15.

[4] Bra PD, Houben GJ, and Wu H. AHAM: A Dexter-based Reference Model for Adaptive Hypermedia [A]. Proceedings of the 10th ACM conference on Hypertext and Hypermedia [C]. Darmstadt, 1999: 147-156.

[5] Aroyo L,Dolog P, Houben GJ, et al. Interoperability in Personalized Adaptive Learning [J]. Educational Technology & Society, 2006,9(2):4-18.

[6] 張劍平,陳仕品.計算機輔助教學(xué)的智能化歷程及其啟示[J]. 教育研究,2008,(1):76-83.

[7] 王永固.基于Web的適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)研究[J].電化教育研究,2004,(8):45-49.

[8] Brusilovsky P. Adaptive Educational Hypermedia: From Generation to Generation [A]. Proceedings of 4th Hellenic Conference on Information and Communication Technologies in Education[C].Greece,2004:19-33.

[9] Brusilovsky P, Peylo C. Adaptive and Intelligent Web-based Educational Systems [J]. International Journal of Artificial Intelligence in Education,2003,(13):156-169.

[10] Brusilovsky P. Adaptive Hypermedia [J]. User Modeling and User-Adapted Interaction,2001,11(1-2):87-110.