自適應學習系統(tǒng)設計與開發(fā)

朱淑琴，翟紅英，劉鍇

（北京聯(lián)合大學師范學院，北京 100011）

0 引言

計算機自適應學習系統(tǒng)是計算機科學和網(wǎng)絡教育不斷發(fā)展的產(chǎn)物，網(wǎng)絡學習系統(tǒng)的發(fā)展為計算機自適應學習系統(tǒng)的發(fā)展提供了穩(wěn)固的支撐點。網(wǎng)絡學習系統(tǒng)以網(wǎng)絡資源為學習內(nèi)容，以計算機充當學習的輔助者，為學習者提供學習資源、練習和評價。但是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡學習以學習系統(tǒng)為中心，學習者需要通過適應學習系統(tǒng)獲取知識，不符合以學習者為中心的現(xiàn)代教育理念，學習效率相對較低。在網(wǎng)絡學習系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的自適應學習系統(tǒng)強調(diào)系統(tǒng)的自適應性，即系統(tǒng)在識別不同學習者差異的基礎上提供不同類型的學習資源，以學習者為中心，系統(tǒng)適應學習者而非學習者適應系統(tǒng)，因材施教，為其提供適合其知識背景、認知方式、認知水平等的學習支持，克服了傳統(tǒng)的計算機學習的局限性，相對于傳統(tǒng)的計算機學習系統(tǒng)針對性更強，學習效率更高。本文實現(xiàn)一款自適應學習系統(tǒng)，該系統(tǒng)以Excel課程學習為例，系統(tǒng)可以在學生使用過程中不斷適應學生的個性化學習情況，為學生提供不同類型的需求。

1 系統(tǒng)分析與設計

本系統(tǒng)分為兩大部分，一部分是基于Android的學生在線學習客戶端，是供學生學習使用的，另一部分是基于Java Web端的后臺信息管理系統(tǒng)，是供教師管理使用的。Android的學生在線學習客戶端主要分為登陸模塊、課程模塊、自適應學習模塊、錯題庫模塊以及個人中心模塊，Java Web端的后臺信息管理系統(tǒng)主要分為用戶管理、課程內(nèi)容管理以及題庫管理三大模塊。教師也就是管理員登錄Java Web端管理系統(tǒng)，教師可以對用戶進行管理，對題庫、視頻進行增刪改，幫助教師做到心中有數(shù)。教師用例如圖1所示，教師用例說明表如表1所示。

圖1 教師用例圖

表1 教師用例說明表

學生可以登錄自己的學號及相應的密碼進行登錄，登錄以后主界面有四個功能模塊，分別為課程、自適應學習、錯題庫、個人中心。學生在課程可以在線查看相關課程的學習，可以通過試題來檢測成果，在自適應學習中通過錯題庫中的錯題來匹配相關的題目。進而讓學生學的更明白，更節(jié)省時間，并且能拓展自己的知識面，在錯題庫中可以查看錯題記錄，以及個人中心分為我的課程和退出登錄。我的課程可以查看課程進度以及可以點擊觀看已學習的視頻。退出登錄則回到登錄界面。學生用例如圖2所示，學生用例說明表如表2所示。

圖2 學生用例圖

表2 學生用例說明表

2 自適應過程

本系統(tǒng)自適應過程不僅僅體現(xiàn)在App學生客戶端，在教師信息管理系統(tǒng)PC端也加入了自適應過程，例如：學生評分功能，可以使低于60分的學生重新學習本節(jié)課程或者給學生發(fā)布教師自己的任務。對于學生來說，他們的自適應過程更為復雜多樣化，因為本系統(tǒng)致力于打造一個以學生為主的交互式學習系統(tǒng)，希望學生能夠自主學習。

在學生在線學習客戶端也加入了自適應過程，Android平臺的學生在線學習練習的App實現(xiàn)了一個能夠適應不同學生學習進度的學習類App，主要通過算法實現(xiàn)了對學生學習情況的判斷，并相應判斷學生所需的練習，選擇觀看不同的視頻。

如圖3所示，學生在觀看完視頻后進行檢測，有三種情況，章節(jié)檢測分數(shù)<60，60～90，≥90 分別使用 A、B、C三個字母表示。視頻分為6章，分別用一、二、三、四、五、六表示，六章六次測驗，分別用測1、測2、測3、測4、測5、測6表示。

圖3 學習算法流程圖

學生成績達到B即可完成本節(jié)課練習，進入下一章節(jié)開始學習。如果學生成績達到C，證明該學生基礎以及領悟能力較強，為了使這部分學生用最快的速度學到想學的知識，系統(tǒng)則判定進入下下章節(jié)，進行更有難度的學習。如果成績?yōu)锳則再次觀看相關視頻進行知識點學習并再次進行練習，直至成績?yōu)锽或C，才可以學習新的知識。

在章節(jié)測試完之后，回到主界面的錯題庫，在里面可以找到剛才做錯的題，紅色的是正確答案，在查看過自己的錯題后，為了讓學生學的更明白，更節(jié)省時間，并且能拓展自己的知識面，可以在自適應學習功能中匹配到與錯題相關的題。習題推薦是通過每一章各題中的題目中的關鍵詞匹配總題庫的題目。

3 自適應學習實現(xiàn)

自適應模塊界面如圖4所示，其中題目都是從錯題庫中查找相似題以及使用本文的自適應算法推薦而來，題目界面如圖5所示。

自適應題目推薦的算法是根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，按照關鍵詞來匹配相應的題目。自適應習題推薦邏輯代碼如圖6所示。

圖4 自適應學習界面

圖5 自適應題目推薦

4 結語

本文實現(xiàn)了一款自適應學習系統(tǒng)，該系統(tǒng)以Excel課程學習為例，系統(tǒng)可以在學生使用過程中不斷適應學生的個性化學習情況，為學生提供不同類型的需求。系統(tǒng)分為基于Java Web的教師信息管理系統(tǒng)和基于Android開發(fā)的學生客戶端自適應學習App兩個部分。其中管理端使教師能夠更新題庫，更新視頻，從而給學生提供更加適應他們學習情況的視頻和練習題。學習端是通過學生不斷學習視頻和練習題目，從而自適應模塊會更加了解用戶的學習薄弱點，進而給用戶推薦他們最合適的學習內(nèi)容。

圖6 自適應習題推薦邏輯實現(xiàn)