國內外主流自適應學習系統對比研究

蔡榮華 陳鏈

摘 要：自適應學習系統是一種針對個體學習過程中的差異提供適合個體特征的學習支持的學習系統。將自適應學習系統進行對比，有利于了解系統之間的區別及不足。本文圍繞著三項自適應功能對國內外主流的自適應學習系統進行比較研究，再結合國內外自適應學習系統的現狀，揭示國內外自適應學習系統各自的優勢以及不足，以期為國內自適應學習系統未來的發展提供參考。

關鍵詞：自適應學習;自適應學習系統;自適應功能;功能對比

中圖分類號：G4文獻標志碼：A文章編號：2096-0069（2021）02-0022-05

收稿日期：2020-10-06

基金項目：湖南省教育廳科學研究項目“基于三維框架的計算思維培養與測評實踐”（18C0069）;湖南師范大學博士科研啟動項目“內隱多效性選擇的實證研究”（2017BQ04）

作者簡介：蔡榮華（1968— ），男，湖南長沙人，副教授，研究方向為教育信息化系統工程;陳鏈（1998— ），女，湖南瀏陽人，碩士研究生，研究方向為教育信息化系統工程。

引言

因材施教一直以來都是教育界所倡導的教育方式，研究者們也一直在深思如何來實現這一教育方式。近年來，隨著人工智能技術的迅速發展，自適應學習系統應運而生。自適應學習系統是指針對個體學習過程中的差異提供適合個體特征的學習支持的學習系統[1]。這種學習系統被認為是實現個性化學習的最佳途徑之一。近年來自適應學習系統發展迅速，國內外已經出現了許多自適應學習系統產品。因此本文選取了國內外主流的四個自適應學習系統，進行自適應功能的對比，并結合當下國內外自適應學習系統的現狀，揭示出國內外自適應學習系統各自的優勢以及存在的不足，以期為國內自適應學習系統未來的發展提供參考。

一、自適應學習系統概述

（一）自適應學習系統的內涵

自適應學習系統是建立在學生模型、知識領域模型之上能夠通過各種學習記錄來對學生的學習活動進行實時的測評與反饋的系統[2]。自適應學習系統不僅僅能夠通過對學習者的個性化信息的綜合分析，為學習者提供個性化服務，還能利用計算機將所分析的學習數據以報告的形式反饋給學生，以便學生及時地了解自己的學習情況。

（二）自適應學習系統的自適應功能概述

通過分析國內外2008—2018年間的自適應學習系統及相關研究[3][4][5][6][7][8][9][10][11]，發現自適應學習系統具有以下幾個主要的自適應功能。

1.自適應內容

自適應內容是指系統根據學生對知識的理解和掌握情況給予學生實時的提示、及時的反饋以及適應性的內容，它是對整個學習過程的指導。自適應內容如同一個學習支架，在學習過程中為學生提供幫助，幫助學生達到學習目標。它包括三個方面的內容：第一是基于知識子集的實時提示，自適應學習系統將學習過程分解成一個個的步驟，在每個步驟中都嵌入了相應的提示，根據學生自身實際情況給予相應的提示，以幫助學生完成學習。第二是落腳于錯誤答案的及時反饋，系統在學生完成練習或者回答問題之后都會給予及時的反饋，反饋不僅僅包含題目的正確答案，還包括錯誤題目的詳解。第三是個性化的學習材料，系統會根據學生相關問題的回答或者所做的測試和練習，為學生提供相關的個性化學習材料，如復習先前知識的學習視頻和適合學生知識水平的學習視頻及講義。

2.自適應評估

自適應評估是指系統根據學生對前一個問題的回答，自動改變下一道題的難度。如果學生能夠準確地回答問題，接下來題目的難度會增加，而如果學生答錯，下一個問題的難度就會降低。自適應學習系統中包含兩種類型的自適應評估：一種是基于練習的自適應評估，主要用于檢驗學生的學習掌握情況。另一種是基于測試的自適應評估，主要用于學生階段性的學習情況的檢測。在評估后系統都會提供相應的診斷報告，診斷報告會以文字或者是數據儀表盤的形式呈現。

3.自適應序列

自適應序列是指通過不斷收集和分析學生數據，通過相應的算法自動調整推送的學習內容的順序，它是自適應學習系統中最核心、最復雜的一個功能模塊[12]。該功能主要包括收集數據、分析數據、調整推送三個步驟。根據對自適應學習系統的分析發現，在收集數據時，從數據的廣度來看，系統主要收集學生的學習成績、學習過程、學習偏好等信息。從數據的深度來看，主要是區分數據的難度（如知識的難易程度）和細度（如學生掌握知識或技能的具體情況）。在進行數據分析時，主要采用加權（權衡學習過程中的各個因素）、標準化（確定知識掌握的標準）、概率推算（利用算法和數學模型進行推算）等方式。最后是調整推送內容的順序，推送內容主要有兩種形式：一種是推送固定的內容，學生沒有選擇權，必須學習推送的內容。另外一種是推送推薦性內容，該內容是非強制性的內容，學生可以按照自己的需求進行學習。

二、國內外主流自適應學習系統概述

根據國內外自適應學習系統的影響力、使用的普遍性以及學習效果，本文選取了猿題庫、乂學、Knewton、Smart Sparrow四個具有代表性的系統來進行對比分析。

（一）猿題庫

猿題庫是2013年推出的一款智能在線題庫系統，該系統主要是致力于為學生提供練習題與知識點測評服務。該系統主要是通過智能算法對學生數據進行分析和挖掘，通過這些數據來準確評估每位學生的能力，從而能夠為學生提供適合其能力水平的練習題。并且系統還利用艾賓浩斯記憶曲線來估計學生的知識狀態，根據學生的知識狀態為其提供個性化的測評[13]。

（二）? ? ?學

乂學成名于2017年“人機大戰”教學競賽，它實現了人工智能自適應學習技術的有效應用。該系統實現了對學習者的精準化測評、個性化學習方案生成和高效學習路徑的引導。該系統的知識點拆分體系能夠精準評測學生的知識漏洞，并且根據學生的知識掌握程度，為每個學生設計自適應的學習方案和路徑。除此之外，系統還會根據學習者的學習狀態、學習路徑、學習能力和知識基礎等不斷地調整教學策略，使得每個學生都能保持較高的學習效率和學習積極性[14]。

（三）Knewton

Knewton是2008年問世的自適應教育系統。該系統的核心技術是適配性學習技術，利用大數據學習分析技術來支持個性化學習。該系統對學習過程中學生的學習狀態進行實時的記錄和分析，為學生提供適當的學習指導。它采用復雜的適應性學習算法，對所收集的學生的數據信息進行分析，為學生推薦最適合的學習資料，為每個學生提供最佳的適應性學習方法[15]。

（四）Smart Sparrow

Smart Sparrow是2010 年由澳大利亞新南威爾士大學的適應性數字化學習研究小組創建的。該系統是一個適應性教育系統，主要用于幫助教師進行適應性教學內容的設計，根據學生表現的動態變化來輔助教師為學生提供適應性的學習內容。這種適應性也是Smart Sparrow最大的優勢所在，在學生的學習過程中，系統提供實時的反饋，在不斷互動和反饋中修正課程設計以滿足學習者的個性化需求，從而促進學習者的適應性學習。

三、國內外主流自適應學習系統自適應功能對比

不同的自適應學習系統有著各自的優勢和特征。在設計和構建系統時，設計者往往會將系統獨有的特征融入于其功能之中。因此，本文主要是從功能維度來對這四種自適應學習系統進行比較。

（一）自適應內容功能對比

通過自適應內容功能模塊，系統可以為每個學習者提供適應性的內容反饋。自適應內容功能主要包括個性化的學習材料、實時的提示、及時的反饋，表1清晰地展示了國內外主流自適應學習系統在該功能上的差異。

國內的兩款系統主要是用于學生的課后練習和輔導。如猿題庫是智能在線題庫系統，它主要是為學生提供個性化的練習，系統能夠根據學生的學習背景來提供練習，練習以小節為單位，若干道題目組成一小節練習。在練習的過程中系統不會干擾學生，在練習完后，系統會提供及時的反饋，反饋的內容包括題目的正確率、所用的時間以及每道題目的詳解。而乂學更像是課后的輔導，它對知識點進行了極精細的知識劃分，在每個知識點上都安排了相應的教學內容，如教學視頻、講義、文字題目等。根據之前檢測定位到的學習者的知識薄弱處，為學習者提供有針對性的學習材料。

國外的兩款系統更傾向于課程學習，Knewton系統采用的是學習視頻加測試題目相結合的方法，利用知識圖譜精準地定位學生的學習狀態，根據學生的學習狀態反饋相應的學習視頻和測試題。Knewton在學習過程中采用的是合作學習和游戲化學習的模式，在學習過程中不僅有系統基于學生的選擇給予的個性化的反饋，而且還有同伴反饋和教師的反饋。Smart Sparrow采用的是“做中學”模式。在學習過程中，Smart Sparrow根據學生的不同選擇呈現不同的學習材料，并且會根據學生不同的學習行為給予不同的反饋，如果學習者在完成任務時給出的是錯誤的答案，那么系統會及時給學習者以反饋。

從以上分析以及表1的對比來看，在自適應內容功能模塊上，國外兩個系統的功能更加全面。

（二）自適應評估功能對比

自適應評估主要包括基于練習的自適應評估和基于測試的自適應評估兩種形式。從所對比的四個系統來看，國外的兩款系統提供的都是標準化的測試，Smart Sparrow所提供的練習也是標準化的練習，而Knewton由于其所針對的對象比較廣泛，在提供某個知識點的測試題時，系統會根據學習者上道題的答題情況自動調整下道題的難易程度。

國內的猿題庫是一款典型的題庫系統，它主要是利用多次的測評來精準地評估學生的實際能力，盡管在測試和練習方面猿題庫提供的都是標準化的測試和練習，但是利用這些測試和練習數據，系統能夠精確地判斷出學生的實際知識和能力水平。乂學在測試方面和猿題庫所采用的形式相同，也是標準化的測試，但在練習方面，乂學提供的練習是有針對性的練習，它針對學生知識掌握情況提供相應的練習，題目的難易程度依據學生的實際水平而定。

在測試和練習之后，四個系統都提供了相應的診斷報告，國外的兩款系統的診斷數據是通過系統的數據儀表盤展示的，教師和學生可以隨時登錄系統進行查看，而國內的兩款系統都是直接以報告的形式呈現給教師和學生。

（三）自適應序列功能對比

自適應序列是自適應學習系統最核心的一部分。從四個系統的自適應序列功能的比較來看，國內的兩款系統在規劃個性化的學習序列時更加注重的是學生的學習成績和學習過程方面的數據。如猿題庫是首先收集學生進行練習和測試時的過程信息和學習成績信息，如學生所提交的答案、答題所用的時間以及易錯題等，然后再通過智能算法為學習者推送每天的練習題，每一道題都符合學生的實際知識水平，學習者可以根據自己的需求來選擇相應的練習題。乂學則更像是個人的輔導老師一樣，會根據學生的個人偏好、性格、測試成績以及在學習過程中的表現，智能地調整和推送最佳的練習題和學習資源，所推送的學習內容的難易程度都符合每個學生的實際知識水平。但是乂學所推送的內容是學生必須完成的，它更像是為學生定制的學習路徑。

而國外的兩款系統重視的是學生學習表現方面的數據。Knewton主要是對學習者的錯誤、概念誤解、與學習內容的交互方式、知識掌握程度、偏好信息等進行記錄，再利用人工智能算法來決定下一步所應推薦的內容。Smart Sparrow主要是先通過記錄和分析學生在學習過程中所產生的學習行為，再通過相應的算法不斷地輔助教師調整課程內容。Smart Sparrow推送的內容是每個學生都必須完成的。

四、總結

通過對比國內外的自適應學習系統的現狀可以發現，國內外的自適應學習系統都有著自己獨特的優勢和不足。

（一）國內自適應學習系統的優勢和不足

國內的自適應學習系統大部分都是針對基礎教育，它們更像是學生的課后輔導老師，從學生的知識層面出發，針對學生課上不懂的知識進行輔導。國內大部分的自適應學習系統中所采用的教學內容是和學校同步的，系統能夠通過相應的測試數據有效地定位學生的知識漏洞，再根據這些知識漏洞進行有針對性的練習和學習，以達到查漏補缺的效果。所以國內的自適應學習系統的優勢就在于能夠使每個學生牢固地掌握每個知識點，從而達到高效的學習，同時也彌補了由于傳統教學中統一的教學進度而導致的個性化教學不足的缺點。

由此可以看出，其實國內的自適應學習系統注重的是對學生知識層面的適應，但對學生的學習風格以及情感方面的適應很少涉及。學習風格和學生的情感方面的適應是影響學生學習體驗的重要因素，良好的學習體驗能夠提高學生的學習興趣和積極性。因此，為學生提供適合其學習風格的學習界面以及為學生的學習提供適應性的支持是未來國內自適應學習系統應重點關注的地方。在與國外的自適應學習系統的功能進行對比時發現，目前國內的大部分的自適應學習系統自適應功能還沒深入到教育中最核心的教學環節，這也是日后國內自適應學習系統的發展方向。

（二）國外自適應學習系統的優勢和不足

國外的自適應學習系統較為成熟，許多系統的功能都已經深入到了教學環節，有些系統甚至增加了課程創建的模塊，如Knewton和Smart Sparrow系統都加入了課程創建的功能模塊。同時國外的自適應學習系統也更加注重學生的學習體驗，將“做中學”、游戲化學習、合作學習等學習模式融入到了學生的學習過程中，從而提高了學生的學習興趣和學習體驗。同時，在學習過程中，國外的自適應學習系統所提供的自適應功能較為豐富，如國外的有些系統所提供的反饋中還包含了同伴反饋等。

總的來說，國內外自適應學習系統還是以知識學習的適應性為指向，盡管已經有不少的自適應學習系統也考慮到了學生學習風格方面的適應性，但對學生的情感適應方面的關注還不充分，相信情感適應將會成為未來自適應學習系統的一大發展趨勢。

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（責任編輯 孫震華）

A Comparative Study of the Mainstream Adaptive Learning System at Home and Abroad

CAI Ronghua， CHEN Lian

（School of Educational Science，Hunan Normal University，Changsha，Hunan，China 410081）

Abstract： Adaptive learning system is a learning system to provide learning support suitable for individual characteristics aiming to the differences during the process of individual learning.Making a contrast of the adaptive learning systems will be more favorable for the understanding of the differences and deficiencies among systems. This paper revolves round three adaptive functions，makes a comparative study of the functions of relatively mainstream adaptive learning systems at home and abroad，and combining with the current status of adaptive learning systems at home and abroad，reveals their own advantages and existing deficiencies of adaptive learning systems at home and abroad， hoping to provide reference for the development of the future of national adaptive learning system.

Key words：? adaptive learning;adaptive learning system;adaptive function;functional contrast