“互聯網+”背景下自適應學習系統的研究

摘要：分析“互聯網+”背景下的自適應學習及自適應學習系統的特點，介紹自適應學習系統的開發過程，以移動應用開發課程為例，說明自適應系統的結構特點，并以幾個章節知識點為示例介紹自適應學習系統的工作方式及學習者的學習方式。

關鍵詞：“互聯網+”；自適應學習；自適應學習系統；反饋機制

1.背景

“互聯網+”輔助技術是新形勢下對傳統課堂教學的一種有效補充和拓寬，它是指運用必要的理論知識和企業的一線真實項目案例等教學內容，通過課件、圖文、視頻、測試、功能模塊、項目實戰等多種豐富的學習形式，通過智能反饋技術，檢測出學習者當前的學習水平和狀態，并相應地調整學習活動和進程，幫助學生實現差異化學習。目前很多公司推出了最新的自適應學習系統，如“學吧課堂”通過收集用戶的信息和行為適時調整視頻內容，借助人工智能分析學生的學習情況；Knewton教育公司通過收集數據、智能推測和提議幾方面來進行個性化適配教學服務。

2.自適應學習

自適應學習是指學習者根據學習內容的不同，選擇不同的學習方式，在學習中不斷發現，最終找到符合自己的學習方式。自適應學習是人類獲取知識和發展技能的一種重要學習方式，自適應學習不僅僅是幾個算法和公式套用那么簡單，而是人工智能在教學中的應用，關鍵是知識點的吸收、維護、分析和應用。

首先在知識點的拆分上，要求對教學內容有精確掌握，通過把知識點拆分成“顆粒級”，從而節約每個知識點的學習時間，最終提高學習者的學習效率。把知識點進行拆分并實時監測，能夠勾畫詳細的學習者檔案，并根據知識點間的先行關系、相關性等，推送最合適學習者學習的下一個知識點，學習者不需要反復練習已經掌握的知識點，以此節約學習時間。另外在自適應學習的背后是海量的學習行為數據，因此要通過自適應算法來動態調整策略，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。

3.自適應學習系統及其特點

傳統的在線學習系統，學習路徑呈零散狀態，效率很低。自適應學習系統是一種學習支持平臺，平臺實現以學習者為主體，為學習者個性需求提供學習內容、環境和策略的支持，通過系統實時精準測評，定位薄弱知識點，規劃學習路徑，效率相對更高，控制并計劃整個學習過程。

一個自適應學習系統包含三大基本構建：①學習內容模型，把要學習的課程內容細化，并使之關聯形成結構圖；②學生知識模型，評測學生對每個知識點的掌握水平，通過掌握的知識水平關聯到相關的知識點，并對其能力水平量化評估；③教學指導模型，當學習者參與學習后，系統將根據學習者的評估水平動態反饋并制訂后續的最適合學習者的學習計劃。其中“學生知識模型”和“教學指導模型”是設計的難點，通過學習者的學習系統能動態監測學生在不同知識點的能力水平，并提供相應反饋信息。系統將通過數據挖掘、（Agent）人工智能技術、標簽技術和機器學習等技術將學習行為量化計算。在知識內容上，需要考慮知識的關聯性以及某些知識點的先后順序，最終將這些內容和數據變成評測數據，并能實現與學習者交互。

4.自適應學習系統在課程中的應用

基于“互聯網+”自適應學習的研究目標分為理論和實踐兩個層次，在實踐上的研究目標是在目前“互聯網+”各項核心技術的支持下，通過一個基于互聯網和移動互聯技術的自適應學習系統的應用，為未來自適應性學習系統的大規模的普及應用做一些研究和探索工作。

1）自適應學習系統的體系架構。

系統的總體邏輯結構由相對獨立的4個部分構成：任務部分、知識部分、測試部分、管理維護部分。任務部分以學習者為中心，系統初始時將學習者視為從零開始，進入自適應學習系統后需要完成系統設定的若干任務安排，而這些任務涉及所學內容的若干知識點，學習者只有學完相關知識點，學習者才能順利的完成任務。學習者在學習知識點及完成任務的同時，系統將對學習者的知識水平以及測試題進行評估，根據評估結果系統自動記錄學習者學習記錄并開啟進入對應的項目實踐內容權限。指導者根據學習者記錄庫中的學習記錄，為學習者給出適合其學習的學習方案和學習建議。學習者通過這些建議選擇適合自己的學習計劃及學習策略，并根據反饋信息動態調節和控制學習環節的過程。知識部分指學習內容是學習者要學習的內容，學習內容被劃分成“顆粒”后，與對應的任務相關聯，學習內容將動態調整，隨著學習者開始學習并參與測試，學習計劃、學習方式和學習策略將根據評估結果以及指導者的建議發生變化，指導者可應學習者的請求進入學習者的學習記錄庫及自適應測試題庫，隨時調整里面的各項數據。指導者所做的工作都是為了幫助和指導學習者更好地實現個性化的自適應學習。測試部分由自適應測試題庫、學習者記錄庫、知識點題庫組成。自適應題庫是知識點題庫的子集，根據學習者的學習狀態動態調整。學習者記錄庫存儲學習者的學習信息，來源于評估結果和指導者給出的建議信息。知識題庫代表學習內容知識點相關的題目。這3部分內容根據權重的原理動態改寫，或者根據學習者請求在授權范圍內由指導者編輯改寫。管理維護部分包括對學習內容、知識題庫、各種等級用戶進行初始化和維護管理，主要工作是建立學習內容，并根據學習內容知識點劃分為相互聯系、但又相對獨立的認知單元，并以不同的形式來教授這些認識單元，建立各種學習策略并安排對應題庫。

2）自適應學習系統設計原理。

基于“互聯網+”自適應學習系統能讓學習者主體輕松地駕馭自適應學習模式及操作要領，實時描述和記錄學習者在學習過程中主要的一些智力和非智力因素的動態變化過程，使學習者更好地客觀認識和評價自己的能力，選擇最適合自己的、自主的、個性化的自適應學習。教學者先根據知識結構圖制作內容，列出學習者需掌握的知識內容以及已掌握內容，每一個學習者有一個單獨的模擬學習者的學習路徑，不同學生的路徑不一樣。當知識點對應顏色越深表明學習者該知識點掌握得越好，對應的掌握度系數也越高。系統中存放有學習者大量的學習數據，可以用數據去分析學生下一個學習任務并推送任務。系統對于知識部分采用了標簽技術，標簽除了難度，還要讓系統知道不同知識點的相互聯系。

3）自適應移動學習系統實踐研究——以“移動應用開發”課程為例。

系統的實現：系統由服務器端和客戶端構成，服務器端采用JsP+JaVaBean模式，客戶端學習者可通過pc端瀏覽器或智能手機進行學習，由于智能手機的普及以及學習者時間碎片化的實際情況，這里以移動客戶端為例進行說明。

案例分析與研究：課程主要是通過項目化案例進行學習，因此可將多個學習內容構建在一個問題當中，并設置一定的任務環境，給學習者提供一定的學習情境。通過需求分析，對照所需掌握的知識點，使學習過程在虛擬的環境中完成，從而將知識的學習過程變為處理實際問題，提高學習者的思考問題、分析問題和解決問題的能力。

項目情境一：智能農業移動管理系統用戶引導界面。

在正式啟動項目開發前，先要檢查學習者的知識準備如表1所示，根據自身學習情況，進人相應章節加強和補充。

項目說明：啟動項目進入引導splash頁面，在引導頁面界面停留3秒鐘，然后跳轉到用戶界面，用戶界面可以通過滑動切換管理系統的介紹圖片。再次啟動該項目在splash界面停留3秒直接跳轉主界面（不跳轉到用戶界面）。

學習過程：如果用戶對項目知識點還沒有做好充足準備，可點擊對應知識點的學習按鈕進入相應章節進行語法學習，如果覺得某知識點已經部分掌握，可以進入能力測試模塊。系統將依據學習者對知識準備度的選擇以及測試的反饋狀況給出評估，若學習者通過系統的評估，將進入項目開發階段。學習者將根據系統的提示參與到項目開發中，按模塊來完成項目指定的任務，通過前面的自適應性學習過程，已經清除了后續開發中的各種障礙，像游戲攻關一樣使得學習者的學習更有持續性和趣味性。在學習者的學習過程中，作為教師也可以監測學習者的學習進度和學習情況，適當地介入學習者的學習過程，做相應的指導和提示。知識點的表現形式可以是多種多樣的，能夠適應不同的教學策略和學習者，知識圖結構文件將知識點的內容和它的表現資源關聯起來。

為了測試學習效果，教師讓在學課程班級的部分學生參與到自適應學習平臺學習，其他同學還是沿用傳統的課堂教學模式。很明顯，使用自適應學習平臺后，學生的學習能力和積極性有了極大提升，教師能夠很輕松地了解學習平臺上每一位學生對知識點的掌握水平，并可參與學習過程且引導學生一步步學習下去，拋開學生個體學習能力的差異性，通過樣本統計見表2，顯然自適應性學習系統進行學習比傳統教學更為高效。

5.結語

在終身教育的需求下，憑借“互聯網+”的自適應學習系統便捷的學習方式，為學習者提供了良好的學習體驗，同時所獲得的知識之豐富和先進完全可以超越課堂原本的知識。對于學習來說，自適應只是一種手段，最終還是取決于學習效果。自適應學習系統同樣要考慮學習者的持續參與問題，保證學習者參與學習的時間。另外自適應學習系統還需考慮學習的趣味性，讓學習者想要學習的時候，不會覺得吃力、痛苦和遙不可及?；凇盎ヂ摼W+”的自適應學習系統將會有更深入的研究和發展，為更多的學習者提供良好的網絡學習環境，通過系統學生和教師可以隨時保持互動，教師為學生答疑反饋；學生也可以為了共同的學習興趣和目標，相互合作，相互激勵，達到共同學習的目的。