基于.NET的自適應學習系統的設計與實現

馬容生

（柳州職業技術學院 信息工程系，柳州 545006）

0 引言

在知識“爆炸性”增長的當今時代，各國教育的改革均把著眼點和立足點放在培養學生的素質、提高學生的能力上，由于學習者學習基礎參差不齊，在學習的方法、能力、進度和效率上各有不同，這就決定了對于不同的學生教學過程、教學方法以及教學內容都應有所區別。傳統的以課堂教學為主、面對面的教學模式因為受到時間和空間等諸多因素的限制，已日漸不能滿足知識更新極快的現代教育發展的需要，而基于Web的遠程教育采用異步交互學習方式，具有時空自由、資源共享、系統開放、便于協作等優點，打破了教育的時空限制，滿足了學習的多媒體化需求，向學生提供開放式、自主式的虛擬學習環境。

1 .NET簡介

Visual Studio.NET是Microsoft公司推出的具有戰略性發展的新一代開發平臺，它將Microsoft公司所有編程語言的開發環境統一起來，可以創建、配置和運行Web應用程序和XML Web Service。在.NET框架中，所有的編程語言編寫的程序都將生成托管代碼，并且可以一次編寫，隨處運行。用.NET開發環境創建的Web應用程序和XML Web Service具有安全性、可伸縮性、高可用性以及與設備無關性的特點，通過使用XML Web Service，應用程序可以共享數據并調用其它應用程序。為此，我們在研究.NET平臺支撐技術的基礎上，結合SQL Service數據庫系統，開發出基于.NET的自適應學習系統，給學習者創造一個良好的學習環境。

2 基于.NET的自適應學習系統總體設計

2.1 系統設計目標

基于.NET的自適應學習系統其總體目標為：在研究個性化網絡多媒體教育關鍵技術的基礎上，實現個性化、自適應的web學習環境。它集課程構建和學習、考試和測驗、個性化學習策略和評估等功能為一體，為通過Internet學習的用戶構建了功能完備，體現個性化特征的學習平臺。

2.2 系統學習機制

自適應學習系統采用B/S模式構建，如圖1所示。系統分為前臺和后臺，前臺主要提供給學生進行學習，學生可依據自己的水平和需求選擇相應的學習模式：知識點學習和案例學習。每次學習過程結束都會進入測試或考試模塊，系統自動根據測試成績對學習的狀況進行評估，給學生提供下一步學習的參考學習策略。后臺主要提供給教師進行常規的數據維護，包括對學生信息、教師信息、知識庫、試題庫、出題策略庫、學習策略庫等的數據的增減、修改、保存等。

2.3 系統功能結構

自適應學習系統其功能模塊主要包括知識學習系統、測驗考試系統、學習策略決策系統和數據維護系統四大功能模塊,如圖2所示：

1）知識學習系統提供學生進行學習的資源。它包含知識點學習和案例學習兩種學習方式以及相關的練習和模擬實驗。在知識點學習模式下，學習內容的組織由一系列相對獨立而同時又具有內在聯系的知識點組成，每個知識點都包含與本知識點相關的文本、圖形圖象、動畫、視頻等資源，學生可按傳統學習方式進行學習；對于案例學習模式，模擬真實的實驗環境，演示各種典型案例及其操作步驟，同時配以文字說明，學生可在觀摩案例演示的基礎上，自已動手進行實驗，并對實驗進行相關擴展。兩種學習模式可以隨時轉換，互為補充。

2）測驗考試模塊的主要功能是對學生已學過的知識進行測試（針對知識點）或考試（針對整門課程），從而獲得學生對所學知識的掌握情況。在這個模塊中主要解決的是試題的抽取、試卷的組卷、試卷收集以及考試成績分析等功能。

3）學習策略決策模塊主要對學習的個性化信息進行分析與管理，向不同學生呈現不同的學習策略。當學生首次注冊時，通過預先設定的測試，了解學生對本課程知識的掌握情況，從而安排學生對本課程的學習計劃。在后續的學習過程中，通過對學習日志中所學知識點、訪問時間頻率、訪問時間段、停留時間、訪問行為等進行動態分析，了解學生的學習進程，而通過測試結果的分析，了解學生的學習效果，從而制定相應的學習策略，安排學生下次學習的內容。

圖1 自適應學習系統

圖2 自適應學習系統的功能模塊

關的表，如：組卷策略表、學習策略表、學習日志表等

3 系統關鍵技術及實現

3.1 組卷策略的自適應調整

測試卷的自適應組卷策略是指在測試的實施過程中，根據每一位學生在學習過程中的實際水平自動調節一份試卷中試題的類型、數量和難度，為每位學生提供與學生能力相適應的測試試卷。

針對各知識點的要求，把單知識點組卷策略按由易到難分為多個級別，事先存儲在組卷策略庫中。學生首次進行測試時任選一個組卷策略，并將組卷策略及學生的測試成績保存到學習日志中。當學生對同一知識點進行多次測試時，若上

2.4 數據庫設計

在整個學習系統中包括了四個數據庫，分別為：學習庫、知識庫、試題庫和策略庫。1）學習庫中主要包含與學生相關的信息表，如：學生基本信息表、學生學習情況表、學生測試情況表等。2）知識庫中主要包含與課程、案例相關的信息表，如：知識點表、知識點關聯表、案例表、知識點案例關聯表等3）試題庫中主要包含與試題相關的表，如：試題表、試題知識點關聯表、試題答案表等4）策略庫主要包含與系統策略相次測試沒有達到學習標準，選擇低一級難度的組卷策略。若上次測試達到學習標準，則可選擇高一級難度的組卷策略。

表1 某單知識點的多級組卷策略

由于不同的組卷策略選取的題目難度不同，學生測試所得分數的比重也不相同，因此在計算學習測試成績時應將學生測試所得分數乘以組卷策略對應的分數因子，才是學生真正的測試成績。

3.2 試題難度系數的自適應調整

試題難度系數可由教師根據經驗在錄入時進行設定。此后可根據試抽題次數及學生答題正確的次數自動調整試題的難度系數。

設某試題難度系數分為 E 級，設定該試題抽取數達到n后對其難度系數進行調整，則該試題在達到抽取題數n的正確率p為：

其中，nA為累計正確答題的次數，n為試題的抽取次數。

若在n次答題后學生答題的正確率在30%-80%的范圍之內，此時該題目的難度系數比較合適，否則需要調整其難度系數的值。調整方法為：

若p＜0.3，題目較難，難度系數E+1若p＞0.8，題目較容易，難度系數E-1每次難度系數調整過后，我們均將試題的抽取次數和正確答題的次數的值做清0處理。

隨著考試次數的增加，本系統靠自學習不斷調整試題的難度系數，使其能夠適應考試群體的變化。

3.3 學生學習策略的自適應調整

在學習系統中，對每個學生我們將應學的知識點按知識點之間的聯系進行動態拓撲排序，根據學生對知識點的掌握情況確定在拓撲序列中各知識點的狀態，確定該學生的學習策略。

設所有知識點為Z0，Z1，…，Zn，知識點Zi對應的狀態為Ri，對應測試成績為Ti，則：

1）學生初始登陸后，創建學習拓撲序列S，將初設的知識點Z0加入到T中，R0＝0。

2）若對S中的任一ZI，都有Ri≠0，則學生已學完所有知識點，可以進行課程考試。否則將S中所有R≤0的知識點按拓撲序列呈現給學生，由學生自由選擇其中之一進行學習。

3）設學生選擇Zm進行學習后，測試成績為Tm，則：

若Tm≥60，修改Rm＝－1,并將Zm的所有直接后繼加入到S中，同時將所有加入結點的R值置為0。若Tm≥80 ，修改Rm＝1。

若Tm＜60且測試次數達五次以上，則在S中找到Zm的所有前導知識點，并將這些知識點的R置為－1。

4）返回 2。

通過以上的算法，就可以自適應地針對學生對知識掌握程度，向學生呈現個性化的教學內容，保證了學生對每一個教學內容的掌握。

4 結束語

根據以上系統分析,我們采用Visual Stodio.NET 2005設計平臺+ SQL SERVER 2000 數據庫作為系統開發環境,開發出《Visual Basic程序設計》自適應學習系統，并在教學中加以應用，學生學習成績普遍有所提高，師生反映良好。基于.NET的自適應學習系統是一種新的教學模式，有著較高的研究價值。今后除了根據學生每次學習測試的結果來確定其掌握知識點的情況來對應調整學習策略外，還可以收集、整理學習過程中產生的各類信息如學習時間，學習內容、學習頻度，學習習慣、學習效果等，采用統計學、模糊數學、控制科學中的相關理論和算法進一步實現對學習數據的挖掘，自動獲取學習過程中的動態信息，并以此對學習策略進行自適應調整，讓學生更好地完成學習目標。

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