（教育技术学专业论文）基于harmony+network的个性化答案自适应呈现研究.pdf

摘要答疑解惑是数字化教学中不可缺少的教学环节，它的发展和完善依赖人工智能、计算机等技术的发展与应用。本文首先分析了国内外网上智能答疑系统的现状，从数字化教学发展的需求出发，提出了本论文的研究任务个性化答案的自适应呈现；接着，基于学习者的学习风格等学习特征，建立数字化教学环境下的学习者模型，通过对学习者进行数据采集，运用主成分分析法对采集的数据进行分析，计算出数字化教学环境下主要影响学习者学习的个性化学习特征：与此同时，通过对各学科问题进行收集整理，统计分析了问题的提问方式、答案所涉及的知识点属性与问题种类这三者之间的关系，并基于此关系，确立了问题理解模型；然后，基于调和理论，对问题与学习者个性化学习特征构建个性化问题情境，并给出个性化答案的相关参数；同时，基于知识库与个性化答案参数，运用自适应神经模糊网络推理得出个性化答案。最后本文给出个性化答案自适应呈现的功能模块、整体框架、系统流程等，运用n e t 等技术，设计并实现了系统原型。为了验证个性化答案自适应呈现的研究方法，本文做了原型测试，结果表明，本文所做的研究具有一定有效性的，可以应用于数字化教学中的个性化智能解答中。关键词：智能答疑、调和理论、自适应模糊神经网络、个性化问题情境、问题理解模型、学习者模型、个性化答案a b s n 毽c tq u e s t i o n 锄s w e r i n gi so n eo ft h ei m p o n 卸tp a n sj nt h ei n s 讯l c t i o np r o c e s s h t e l l i g c n tq u e s t i o n 触s w 翻n gd 印e n d so nm ed e v e l o p m e n ta 1 1 da p p l i c a t i o no fa n i 6 c i a li n l e l h g e n c ea n do o m p u t e rt e c h n o l o g y t “sp a p c ra n a l y z e d 也er e s e a l c hs t 矗t u so fn e 脚o i k b a s e dq u e s t i 伽a n s w e 咖gs y s t e mb a s e do nn e t w o r kh o m ea n da b r o a d a c c o r d i n gt 0t h er e q u i r e m e n to fe l e a m i n gd e v e l 叩m e n t ，t t i em a i l lg o a lo ft h ep a p c ri st or e a l i z ea 出l p t i v ep r c s e n t a t i o no fp e r s o n a l i z e da n s w e lb a s e do n1 e a r l l i n gs t y l e ，c o g n i t j v es t y l ea n do t h e rl e a m i n gc h a r a c t c r i s t i c s ，al e a m e rm o d e lw a sm o d e l e d + o nt h e 毋d u n d so ft h ed a t ao fl e a m e r s c h a r a c t e r i s t i c sj nl e a m e rm o d e l ，p e r s o n a ll e a m i n gc h a r a c t e r i s t i c sw e r eo b t a i n e db yp r i n c i p a lc o m p o e n ta i l a l y s i s a tt h es a m et i m e ，e x e r c i s e sa n dl e a m e r s q u e s t i o n sw e r ec o l l e c t e d n e s ew c r e 孤a l y z e dt of i n dt h a tq u e s t i o ns t y l e ，q u e s t i o nk i n da n da n s w e ra f er c l a t e dt on a i i l ea da t t r i b u t eo fk n o w l e d g cp o i n t n e n ，aq u e s t i o u n d e r s t a n d i n gm o d e lc o u l db ec o n s t n l c t e do n 山eb a s j so fl ( 1 l o w l e d g ep o i n t f u n h e n o r e ，ap e r s o n a l i z e dq u e s t i o ns i t u a t i o nw a sc o n s t r u c t e db a s e d 衄h a m o n yn e m o r k n e 孤s w e rp 锄m e t e r s ，i n c l u d i n ga n s w e fd e p t l la n da n s w e rp f e s e n t a t i o np a t t e m ，w e f ec a l c u l a t e db yh a 姗o n yf u n c t i o n a o c o r d i n gt om e s ep a r a m e t c r s ，t h ep e r s o n a l i z e da i l s w e rw a sm a t c h e db yt h ea d 叩t i v en e u m n f i l z z yi n f c r e n c e ( a n f i ) 1 1 l es y s t e ma r c h i t e c t u r co fa d a p t i v ep r e s e n t i n gp e 嚣o n a l i z e da n s w e rw a sp r o p o s e di nt h i sp 印e t t h es y s t e mp r o t o t y p ew a si m p l e m e n t e db yu s i n g n e ta n ds q ls e r v e r ，a n dt e s t e di np m c t i c e t h er c s u l tj n d i c a t e dt h a tt h em e t h o da i l dt e c h n o l o 舀e sp r c s e n t e di n t h i sp a p e ra r cp r o v e de 脆c t i v ea n dr e a s o n a b l e i tm a k e sag o o dr e s u l ti nq u e s t i o n 柚s w e r i n go fe - l e a m i n g k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tq u e s t i o na s w e 血g ，a d 印t i v en e u m n f i l z z yn e 押o r k ，p e r s o a l i z e dq u e s t i o ns i t u a t i o n ，q u e s t i o nu n d e i s t a n d i n gm o d e l ，i e 锄e rm o d e l ，p e f s o n a l i z e da n s w e r华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。作者签名：眨哿 -日期：如碓盱月i ) 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名：爱羡p 拓日期伽年岁月i - 7 日本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的规定享受相关权益。圆重逢塞堡銮卮进卮! 旦主生；旦二生；旦三生筮壶!作者签名：曩却i 二日期：i 争j 月f 日导师签名：日期：洲年，月- ) 日、矿月晒付和俐签师期争日第一章绪论1 1 个性化答案自适应呈现研究的目的和意义知识经济时代的到来，教育作为知识创造和传播的一个主要领域，其本身成为实施科教兴国战略的重要肩负者。要落实科教兴国的伟大战略，数字化教学成为我国教育系统不可或缺的部分，并为我国实施终身教育、构建学习型社会创造了良好的环境。数字化教学可以使最有价值的教育资源得到广泛的传播与共享，达到最大的教学效果；学习者可以突破时空限制进行自主学习：具有很高的学习者、教师比率等优势。数字化教学主张学习者以自主学习为主，从教学思想、教学设计、教学方法以及教学管理等方面均以学习者为中心，应用多媒体和网络技术提供的交互接口，为学习者提供形象直观的交互式学习环境。数字化教学与传统班级授课有着同样的目的：传道授业解惑。可见，无论是传统班级授课，还是数字化教学，答疑解惑都是必不可少的教学环节，并且在一定程度上是衡量、改进教学效果的重要因素。然而，由于技术等方面的局限，使得数字化教学中的答疑解惑不尽人意。学习者在学习过程中遇到疑难时，数字化教学系统不能像传统班级授课制那样一一有教师及时地、面对面地为学习者对症下药，并针对学习者的掌握情况和个人特点，进行个性化教学的解释和演绎。根据奥苏伯尔( d a v j d a u s u b e l ) 的有意义学习理论，学习者在学习过程中遇到疑难，如果得到及时有效的、个性化的解答，可以很好地提高学习者的学习效果。由此可见，数字化教学系统不仅要具备及时解答学习者疑难问题的功能，还要做到基于学习者的个性化学习特征来解答疑难问题，使学习者理解答案内容，真正消除学习者脑海里的问题。现在利用人工智能技术，可以为学习者提供个性化的解答。因此，“基于h a r m o n yn e t w o r k 的个性化答案自适应呈现研究”以学习者个性特征为基础，与教学理论、心理学理论等有机整合，研究数字化教学环境下个性化答案的自适应呈现，解决目前数字化教学中答疑服务的一些局限，使数字化教学向我们期待的效果进行。1 2 网上答疑系统的国内外研究概况许多学者在智能答疑的自然语言理解、答案匹配算法、问题模式分析、推理机制、库的设计、系统设计及相应的关键技术等方面做了研究。诸如尉云峰。等人研究了谓词逻辑在答疑系统中的应用；刘亚军回等人研究了网络教育领域本体的构建方法，提出基于本体的问题模式的确定以及基于转移网络解决规范化问题的答案生成；殷建平 等人研究a g e n t 在答疑系统中的应用，使系统智能化，并具有学习功能和以数据为中心的移动功能；姜少峰。等人将人工智能算法，如b ”e s i a n 推理与决策的方法，应用于远程答疑专家系统；曹忠升 等人研究利用j 2 e e 、n e t 平台构建远程教学答疑系统；还有许多学者在概念词典、语义网、问题聚类、问题相关度算法、x m l 、知识表示与知识库设计技术等方面做了一些研究。目前，国外的教学答疑系统大多是独立运行的系统，没有嵌套在某个网络教学平台或系统之中：主要采用英语语系；在问题处理部件增加了答疑处理和解释部件等。基于以上这些特征，国外的教学答疑系统，使基于自然语言的提问更加准确和人性化。如a s kj e e v e s 在提问模块系统不仅支持了自然语言提问，而且设计了问题的确认交互，为问题的准确解答提供了保障，其答案的来源除系统自身建设的资源库外，还包括其他相关网站上的资源。例如世界上第一个基于w e b 的答疑系统：s t a r t 自然语言答疑系统，它将系统所覆盖的范围列出来，旨在为用户提供精确的答案。国内的教学答疑系统主要通过以下几种方式，或这几种方式的混合使用来实现：( 1 ) 采用电子邮件、b b s 、聊天室、n e t m e e t i n g 、电子白板等方式实现答疑。此类系统中教师和学习者的信息交流方式仅局限于一些简单的网络联系方式。如吉林大学远程教育系统，北京邮电大学远程教育系统，重庆大学远程教育管理技术，浙江大学现代远程教育中心等研制的系统和大部分的面向中小学的远程教育系统等均属于这一类。( 2 ) 具备了自动答疑功能的独立运行系统。这类系统的原理是w e b 数据挖掘方法进行全文搜索，类似于搜索引擎，系统利用中文信息处理技术从答案材料中提取关键词，并建立索引库，用户提问时用输入的查询词去搜索索引库。如上海交通大学的远程教育设计中心设计开发的a n s w e rw e b 自动答疑系统。a n s w e rw e b 自动答疑系统是一个动态的问题及答案数据库。用户可以输入关键词在系统的已有问题。尉云峰谓词逻辑在答疑系统中的应用计算机与现代化n o ，5 口9 7 _ 9 9 2 0 0 5 o 刘亚军基于本体和转移网络的俺络教育自动答疑系统啥尔滨工业大学学报v o i ，3 6 ，n o ，1 2 ，2 0 0 4 。毛晓青，殷建平，赵建民，王嫒丽基于age nt 的答疑系统模型浙江师范大学学报( 自然科学版)v o l ，2 6 ，n o ，2 2 0 0 3 。姜少峰朱群雄b a y e s i a n 推理在远程答疑专家系统中的应用北京化工大学学报v 0 1 ，3 0 ，6 2 0 0 3 。曹忠升，刘会志j 2 e e 平台构建远程教学答疑系统计算机辅助工程n 。2 2 0 0 2 2和答案数据库中查找相关的材料。如果没有找到答案，则会自动转发给专家请求帮助解答。原来没有的问题和专家给出的新答案将被增加到答案库中。还有清华大学远程教育系统，湖南大学多媒体信息教育学院的远程教育系统，北师大现代教育技术研究所开发的智能答疑系统，清华同方智能教学答疑系统。考察国内教学答疑系统，主要在以下四个方面存在不足：( 1 ) 系统的智能性不够( 2 ) 系统实时交互性差( 3 ) 缺少有针对性的个性化答疑( 4 ) 答案内容呈现方式单一导致上面四个方面的主要原因在于：首先。由于中文分词技术处于起步阶段，汉语的分词特别困难。汉语语法的研究是借鉴国外采用主谓宾形式，但是汉语一句话中可以有多个谓语，而英语句法要求一个句子中只有一个谓语。加之中文一句话的表达方式多样等因素，中文自然语言理解一直在准确获取问题的语义方面存在困难，是阻碍提高智能答疑效率的难点。其次，现有的网上教学答疑方式仅仅是给出答案，很少考虑根据学习者的个性特征，有针对性地给出适合该学习者自身特征的个性化答案。最后，大多数网上教学答疑系统还只是应用文本呈现答案内容，答案内容的呈现方式比较单一，离多媒体特性还相差很远。没有很好地发挥计算机和网络的特长，使答疑系统具有声音，影像和动画等媒体特性，而这样的媒体特性必然是一种趋势。针对我国网上教学答疑系统的不足，本文以现有国内外智能答疑的研究为基础，重点从问题的准确理解、个性化答案匹配两个角度出发，给出改善现有网上教学答疑系统不足的方法，以期在数字化教学的答疑解惑中可以自适应呈现个性化答案。1 3 本论文所做的主要工作与解决途径为了研究数字化教学中个性化答案的自适应呈现，本文所做的主要工作如下：( 1 ) 个性化特征的提取从数字化教学的主要目标和学习方式的角度，分析了影响学习者学习效果的主要学习特征，如认知水平、认知结构、学习风格等。建立学习者模型，获取学习者的注册信息、进行调查问卷及测试等，对学习者进行信息收集。运用主成分分析法对数字化教学环境下影响学习者学习效果的主要个性化学习特征进行计算，为个性3化答案的匹配提供了基础。( 2 ) 个性化问题情境的推理与确定从问题语义理解和学习者个性的角度，提出了提高个性化答案匹配率的方法一一确立问题理解模型，利用调和理论构造个性化问题情境。通过收集整理各学科问题，统计分析出问题提问方式、问题答案涉及的知识点属性、问题种类之间的关系，发现任何一个问题所涉及的答案都是由一个或多个知识点的属性( 定义、特点等) 组成，从而建立问题的语义理解模型。应用此模型，得出问题的核心，即所要问的是什么内容( 知识点) ，确定其涉及的知识点。并判断该问题涉及的是知识点的哪个属性，如定义、特点、用途等，达到准确理解问题语义的目的。运用调和网络，对学习者的问题与他的个性化学习特征，进行问题情境分析，构建个性化问题情境，并给出个性化答案的相关参数。( 3 ) 答案的多样化表示从学习者个性化学习特征的角度，研究了答案的个性化、多样化表示方式。根据学习者的认知风格，将同一个问题的答案，在答案内容的表现方式上，分为视觉内容( 文字、图片) ，听觉内容( 声音) ，视听内容三种。同时，根据学习者的先前认知水平，在答案内容的深度上，分为初级一一适合先前知识水平低的学习者，中级一适合先前知识水平处于中等的学习者，高级一一适合先前知识水平处于高级的学习者。( 4 ) 个性化答案的匹配从学习者问题与个性化答案匹配率的角度，对提出问题的学习者，得出适合他她个性化学习特征的答案参数变量，应用自适应模糊神经推理进行答案挖掘。主要选用与教学策略、媒体选用最相关的学习风格分析，即依据b a n d l e r 与g r i n d e r于7 0 年代末期所提出的视觉、听觉、动觉分类，得出影响学习效果的最佳或最偏好的学习方式。因为学习者在接受不同刺激后，产生的心理感受和知觉反应不尽相同，所以在设计答疑时，给出适合学习者进行个性化学习的答案。例如：通常成人学习者学习时会比较倾向视觉化的设计方式。( 5 ) 其他除以上工作之外，还给出了相关知识链接、教师信箱、学生发送问题、后台操作等方式，是为了进一步完善个性化答疑服务。无论是否匹配到个性化答案，系统都会在匹配的同时，自动检索相关知识点，并提供链接。如果没有匹配到答案，系统会提示学习者将问题发送给教师，教师再将问题的答案发送给学习者，并将此问题及答案添加到相应的库中。另外，个性化答案自适应呈现系统是开放性的。教师4可以利用后台方便地进行领域知识点及其属性等的增加，删除和修改，以使系统能不断适应学习者的需求。系统管理人员进行系统维护等工作。1 4 论文内容安排论文共分六章。第一章简述了数字化教学中个性化答案自适应呈现的目的、意义，回顾了国内外答疑系统的研究现状，介绍了本文所做的主要工作。第二章描述了数字化教学的优势和教育目标。据此分析了影响学习者学习效果的主要因素，并对学习者建模。依据学习者信息，运用主成分分析法计算出影响学习者进行个性化、自主学习的学习特征。第三章阐述了个性问题情境的构造原理及个性化答案的自适应呈现算法。收集学习者问题并进行分析整理，介绍教学领域中的问题与知识点、知识点属性之间的关系，设计问题模型的语义理解面板。运用调和网络构造个性化问题情境，并给出应用自适应模糊神经网络理论具体实现个性化答案自适应匹配的算法。第四章描述了个性化答案自适应呈现系统的设计原则，基本功能及其实现技术，数据库结构，并给出原型测试及其结果。第五章对全文工作进行了总结，分析了个性化答案自适应呈现中采用的主要方法，与目前相关工作进行比较，总结了本文所做工作的特色与创新，并讨论了需要进一步研究的工作，展望了个性化智能答疑服务的发展趋势。第二章数字化教学环境下个性化学习的分析数字化教学具有教学行为个性化与学习行为个性化的特征。数字化教学把个体学生从学生群体中分离，把它放在一个更为个性化的情景中。但对具有个性化学习的学习群体，大多数数字化教学却旋以群体教学模式，以同一个能力水平为基准对学习者进行答疑解惑，这是不合理的。数字化教学应该打破传统学习群体的结构，把学习者作为一个个体来看待，实现适应个性化学习需求的个性化教学答疑。学习者是学习的主体，学习者具有认知、情感、社会等方面的特征都将对学习的信息加工过程产生影响。对学习者的信息，考虑得越详细、越深入，就会越有助于我们设计并提供个性化的、有意义学习的答案。虽然不可能对学习者的每个心理因素、生理因素、社会经济因素等都进行分析，但是必须对学习效果有重要影响的个性化学习特征进行分析。进行个性化学习分析是一项非常重要，也是非常必要的工作，是决定个性化答案自适应呈现成功与否的关键因素。在数字化教学环境下，进行个性化学习分析，是要达到对学习者( 以自主学习为主要学习方式) 进行个性化教学的目标。本章首先阐述数字化教学的优势一个性化教学，及教育目标一一“理解”，然后重点分析在个性化教学方式下，影响个性化学习的主要因素，并基于学习者模型，介绍进行个性化特征分析的方法，为数字化教学实施个性化的答疑提供基础。2 1 个性化教学是数字化教学的优势个性化教学就是要做到根据学习者的知识基础、能力、特长等具体情况进行个别差异的诊断，在诊断基础上实施适合不同学习者特点的教学，使学习者都得到良好发展，即因材施教。因而了解学习者个别差异是采取个性化教学的前提，个性化教学是数字化教学的必然，不事先了解学习者的个别差异，就无法做到个性化教学。虽然人们对个性化教学的认识在不断加强，但班级授课制的局限性，致使教师往往用同一种方法来教所有的学习者，教师逐渐失去对学习者的了解。学习者与生俱来就各不相同，他们没有相同的心理倾向，也没有完全相同的智力，而都具有自己的学习风格。我们若要所有的学习者学习相同的课程，再以相同的方法传授这些课程，这无疑等于削足适履。因此，个性化教学在学校教育中一直都没有很好地得到解决。基于人工智能等技术的发展，数字化教学可以利用计算机的快速处理技术计算学习者的年龄特征、性向、爱好、知识水平和接受能力等具体情况，以最大程度的个别化方式来进行个性化教学，从而解决班级授课制难以实施的个性化教学问题，主要体现在以下四个方面：( 1 )数字化教学可以将传统班级授课中的教师从繁重的个性化教学任务中解脱出来，减轻教师的工作量，在一定意义上替代教师进行个性化教学，并解决当前教学实践中出现的学习困难：没有运用合适的教学策略与方法，使部分学习者学习效果比较差，而非他们“天生就学不好”。( 2 )数字化教学可以利用计算机快速的信息处理技术对学习者信息进行收集、客观的分析处理这些信息，而传统班级授课制对学习者信息的分析主要是凭教师的经验、单方面的观察，这样的信息结果带有一定主观性。( 3 )数字化教学可以利用人工智能技术根据先前分析得出的学习者信息，了解学习者之间的个别差异一学习者的背景、兴趣爱好、学习强项等，确立最有利于学习者学习的教学方式，实施个性化教学。还可以在同一时间内，系统自动地为众多学习者匹配教学内容、教学策略等，而传统班级授课制却无法在同一时刻内对众多学习者实现个性化教学，只能以同一的模式进行教学。在数字化教学中，学习者可以随时随地根据自己的时间来安排学习，并且时空分离、师生分离。因而，数字化教学主张以个性化教学的方式实施教学，学习者以自主的、个性化的方式进行学习。在这样的情况下，数字化教学要做到使学习者“理解”自主学习的知识才能达到理想的教育目标。根据珀金斯的观点，所谓“理解”是指个体可以运用信息来做事而不是记住某种信息。当学习者可以用自己的话来进行表达和解释的时候，这才是真正的“理解”。数字化教学中的答疑就应该达到这样的效果，而不是仅仅把知识内容呈现出来，不管学习者是否理解，应该努力确保每个学习者能最大限度地吸收、理解答案内容，以确实做到答疑解惑。2 2 影响学习者个性化学习的主要因素只有知道影响个性化学习的主要因素，数字化教学才能保证在学习者自主学习的方式下，实施个性化教学，并使学习者理解所教的内容。学习者认知发展特征、学习风格、认知结构是影响学习者进行个性化学习的主要因素。为了实施个性化教学，结合数字化教学环境特色，认真分析这些因素所具有的特征，为建立学习者模型提供依据。72 2 1 认知发展特征在数字化教学环境中，因为其学习的开放性，所以会存在年龄差别巨大的学习群体学习同一门课程，这就要求根据年龄对学习者认知发展特征进行分析。著名心理学家皮亚恭o ( j e 缸p i a g e t ) 关于认知发展阶段的学说，将学习者认识发生和发展的过程划分为四个阶段：感知运动阶段( 0 至2 岁) 、前运算阶段( 2 至7 岁) 、具体运算阶段( 7 至1 l 岁) 、形式运算阶段( 1 1 岁以上) 。皮亚杰的发展理论对分析学习者的认知发展特征有一定的作用。例如，对7 至1 1 岁的学习者，他们的认知发展特点是从以具体形象思维为主逐步过渡到以抽象思维为主，但仍带有一定的具体性。个性化答案的自适应呈现应能够根据这个年龄阶段的认知发展特征选取学习者感兴趣的内容，对一些抽象的概念和原理采用直观形象、生动活泼的形式表现出来，如图片、动画，使抽象问题具体化，唤起学习者原有知识经验中的感性成分，从而加深学习者对知识的理解和记忆，有助于学习者形成强烈的学习动机。2 2 2 学习风格数字化教学的优势是可以利用计算机、智能技术为自主学习者提供个性化教学。如何发挥这种优势，数字化教学系统需要事先预知详细的学习风格，以期分析学习者的学习风格并做出诊断，从而系统可以确定、调整教学策略，促进教与学的相互适应，创造适合个人学习风格的教学环境。学习风格是学习者在学习时独特的心理倾向，它与个人的智力高低或掌握的知识内容无关，决定着学习活动的基本进程，它对学习过程所起的作用非同小可。学习风格和学习策略的结合能使学习者极富成效地进行学习，促使大脑发挥出最大的效益。学习风格分析是要了解学习者最佳或最偏好的学习方式。答疑主要是为学习者呈现答案，由于答案的呈现主要是与媒体选择策略有关，所以重点在媒体上考虑学习者偏好，来呈现个性化答案。从数字化教学策略与媒体选用的相关性，本文基于杰斯特模式和b a n d l e r 与g r i n d e r 提出的学习风格分类，总结出如表2 一l 所示的学习偏好方式，及相应的教学策略，以适合个性化答案的需求。通过表2 一l 给出的不同学习风格的最佳学习方式来设计相应的答案呈现策略，例如：视觉型学习风格的学习者，在设计个性化答案时倾向给出视觉化的答案。邵瑞珍教育心理学上海教育出版社，1 9 9 7 年6 月第l 版，p 2 1 8 8表2 1 学习风格表学习风格种类学习方式偏好教学策略学生通常在心理构建一个视觉化的图式，以当信息以视觉化和图像或图记住某些东西。建立表格、图表等，帮助自表形式呈现的时候，具有这类己理解和保存所要学习的内容。尽可能把词学习风格的学习者能学得最和想法换成符号、图像和图表。符号和图画好。运用视觉化，如电影、录视觉型做标示，便于回忆，并习惯用彩笔标出关键像、地图、图表等，呈现教学的词汇和图画。绘制一系列框图( 每个框图内容。所包含的信息具有连贯性) 来要解决涉及不同阶段的问题。喜欢在一个较为安静的环境中学习，但不一定喜欢小组学习。学习者自主学习时，喜欢大声朗读，听磁带，当信息以口头语言的形式呈用录音、演讲、提问、辩论、讨论及口语化现时，具有这类学习风格的学的方式来学习事物。在学习数学或技术性知习者能学得最好。在设计数字听觉型识时，按照谈话方式来掌握新的知识信息。化教学时应多应用刺激学习自言自语或与学习伙伴谈话来探究问题的者听觉的教学策略，及选用有答案。参加学习小组，与伙伴一起复习关键声多媒体来呈现内容。性的知识或准备考试。学生通常通过边看边听来学习，例如看照以信息视觉化和书面语言的片、图表、示范、影片等来学习事物，并伴形式呈现的时候，具有这类风随语言讲解，当要努力记住某些东西的时格的学习者能学得最好；应用候，他们会用自己的“心灵之眼”来认识知学习者观看的教学策略。及选识信息。喜欢在一个较为安静的环境中学用视觉化的媒体来呈现内容。视听型习。用文字列出一个单元基本要点或向学习者提供在授课期间必须遵循的纲要，以不同颜色的彩笔将各种要点区分开来。2 2 3 认知结构数字化教学中，学习者具有不同的学习经历与不同的知识水平。而传统班级授课制中，同一年级、同一班级的学习者在课程的概念、词汇、知识框架等认知结构方面相对接近。所谓认知结构，就是学习者头脑里的知识结构。广义地说，它是某一学习者的观念的全部内容和组织；狭义地说，它是学习者在某一特殊知识领域内的观念的内容和组织。每个学习者的认知结构各有特点，个人认知结构在内容和组织方面的特征称为认知结构变量。按照布鲁姆的“教育目标分类”理论将认知能力9分为六个等级：识记、理解、应用、分祈、综合、评价。它是影响新的意义学习与保持的关键因素，决定着学习者进行意义建构成功与否的关键。因此，数字化教学的个性化答疑需要分析学习者的认知结构，判断学习者对各个知识点的认知能力，对匹配个性化答案很有帮助，若忽视此分析，会造成答案内容脱离学习者的实际水准，或浪费在不必要的内容上。若有程度不及的学习者可给予浅显、低水平内容的答案，以提升答疑效率。2 3 基于学习者模型的个性化学习特征分析方法国内外已有学者在学习者个性与学习成绩、工作成就、教学材料设计等之间的关系进行了研究。从数字化教学的目标、学习方式、影响因素来看，只有分析和获取影响学习者理解答案内容的个性化学习特征，才能真正做到有针对性地为学习者解决疑惑，使其根据他她已有的认知结构，用合适的学习偏好方式呈现答案内容，最终让学习者吸收理解所给的解答内容，并达到掌握的程度。学习者特征分析就是要了解学习者的初始能力及学习风格，即在进行答案内容学习时，他已有的知识、学习偏好和心理发展等对理解答案的适应性。鉴于此，基于前面所述影响学习者对个性化答案学习的主要因素，建立学习者模型。通过计算机对学习者信息进行收集与处理，在主成分分析法的指导下，运用计算机对学习者模型中的个性特征进行主成分分析，得出主要影响个性化学习的特征。2 3 1 建立学习者模型学习者模型是一种面向数字化教学环境的用户模型，它是对数字化教学环境中的某个或某类学习者的抽象，描述了学习者的认知发展特征、认知结构、认知风格等信息。学习者模型是实现个性化答案的前提与基础。目前较为成熟的学习者模型为i e e el t c s 制定的p a p i 模型。传统的p a p i 模型，没有描述所有可能的学习者信息，仅包含最少量的必要信息，但支持扩展能力。本文根据数字化教学环境中个性化答案的需求，基于p a p i 模型原型，建立了见式2 1 a 所示的学习者模型，用集合厶玎表示( 见式2 一l b ) 。同时，对学习者信息进行扩展，确立了如表2 2 所示的学习者模型信息。j o n a s s c n ，d j ，g r a b o 哪k i ，b l ：h a n d b o o k o f i n d i v j d u a l d i m 咖s ，k a r n i n ga n d i n 砒m c t i o n ，h m c n c ee r l b ma s s o d a t e s 1 n c 1 9 9 3 ：e d - g a 窖n 二卿l 洲l 【c ry e 酬c h ，f m k r y e k o v i c h ：mc o 删v cp s y c h 0 1 0 9 y o f s c h 0 1 1 h a m i “晷n c wy o r k ：h 8 i p c 删u n sc o u e g cp 曲l i s h e 墙1 9 9 3 。1 0学习者模型= 个入信息、学业信息、认知水平信息、学习风格、认知风格、计算机使用能力、学习速度、起始能力、自主行为能力、能力倾向、兴趣点、学习动机、其他)( 2 1 a )学习者模型用集合工膨表示：三mt c 1 ，c ：，c 3 ，c 。，g ，c 6 ，c ，g ，c 9 ，c 1 。，c i l c 1 ：，c 1 ，( 2 1 b )表2 2 学习者模型的具体信息学习者信息扩展名字，电话，电子邮件地址，邮寄地址，个人档案( 国籍，民族，籍贯，个人信息出生地，出生日期性别，身份证号，政治面貌，语言能力，健康状况、教育经历，学习特长，兴趣( 喜爱专业、学科课程、课外阅读书籍类别) )学业信息学校，专业，班级，学习计划，相关课程学习情况练习，作业，终点测试，最终学历，基础知识前测情况，实际学习总时认知水平信息间，实际学习频率，实际学习强度，学习总时间，学习频率，学习强度，教师反馈信息物理环境偏好：声、光、温度和湿度学习风格社会环境偏好：单独，同伴，多样化最佳时间：早、午、晚认知风格感知通道偏好( 视觉，听觉，动觉) ，学习顺序( 整体性，序列性)计算机使用能力对计算机、网络等数字化教学环境需要用到的设备的使用能力学习速度快，慢从事特定的学科内容的学习已经具备的有关知识与技能的基础，以及对起始能力有关学习内容的认识和态度自主选择学习内容、学习活动、评价方法等的能力是对选择能力的评自主行为能力估语言能力、思维能力、观察能力、动手操作能力、想象能力、空间知觉能力倾向能力、记忆能力、计算能力、元认知能力生理健康、心理健康、安全、金钱、性、人生哲学、日常生活、家庭关兴趣点系、科学技术、科技活动、文学艺术、文艺活动、故事、游戏、聊天、体育活动等等成就动机：高低：追求成功回避失败：个人取向( 成就目标由个人需要定) 社会取向( 成就目标由集体需要定)学习动机交往动机：为了感情、为了利益、为了义务、为了表现自己任务动机：追求真理、为了完成任务、为了讨好他人、为了表现自己1 12 3 2 学习者模型中信息的收集根据学习者模型，通过网上注册、量表、问卷调查、测试等，以及对学习者在学习过程中的学习和相关活动进行记录，利用w e b 日志动态记录学习者的各种行为，获得学习者模型中的具体扩展信息，具体获取方式如下：一个人信息建立学习者注册界面，通过学习者注册获得。一学业信息根据学习者的身份证号与学号的关联，依据身份证号在教学机构的电子档案中获取该学习者相关的学业信息。需要在以后的工作中，为学习者建立电子学业档案( 参照c e l t s 标准建立) ，该档案记录学习者终身学习的信息。当学习者进入其他学习机构时，可以根据此档案取得他她以前的学业信息。- 认知水平信息根据测试、教师反馈信息、w e b 日志以及调查访谈，来获得有关认知水平的数据，然后根据这些数据，按照分数高低，划分方法参见文献【4 4 ，将认知水平信息分为3 个等级：低、中、高。一学习风格使用北京师范大学心理学系制定的镶嵌图形测量量表为学习风格测量工具，并以自编的调查问卷与访谈等来收集信息。认知风格通过从l e a r n i n gs t y l ep r o f il e 量表中选择的关于感官偏好的认知风格测验，调查问卷与访谈来收集这方面的信息。用阻测量学习者对视觉、听觉和动觉的偏好程度。计算机使用能力通过测试与访谈收集这方面的信息。学习速度通过测试与访谈收集这方面的信息。_ 起始能力通过测试收集这方面的信息。_ 自主行为能力通过调查问卷与访谈收集这方面的信息。能力倾向通过调查问卷与测试收集这方面的信息。兴趣点通过调查问卷、网络日志、访谈收集这方面的信息。学习动机通过调查问卷与访谈收集这方面的信息。一其他在信息收集中，不能归为上述类别的信息，或者是在后续的教学中需要增加的扩展信息。2 3 3 个性化学习特征的确定在数字化教学环境下，计算机成为重要的平台、工具和分析主体。以计算机为工具，收集学习者模型中的相关特征信息。对收集的学习者特征信息，进行处理以确定学习者的个性化学习特征。学习者模型工m 中，每个子集g 又包括很多特征，对子集g 进行扩展，扩展后的特征信息，如表2 2 所示。所有扩展后的特征信息又都有一定的相关性。在确定学习者个性特征时，不应只考量其中的某一个，或某几个，而应对所有的特征( 假定细化后所有的特征数为m 个) 进行全面考量与综合评价。显然，特征数越多，对这些特征进行评价就越困难。为了有效地进行这种评价，要找出尽量少的综合特征数( p 个，p 如 乃 如 d 。接着求主成分，基于q l ，我们可以得到下面的式子：1 4其中一6 1 1 + 岛2 工2 + _ 6 2 一2 + 6 丑x 。2 + = k 1 石l + k 声2 + + x pz 一一昙蠢，( 2 5 )( f 墨2 ，p )( 2 6 )每个主成分的方差是逐渐减小的。最后决定主成分个数。根据每个成分的累积贡献率来获得主成分个数。假定第f 个主成分的丑与罗 之比为第f 个主成分的贡献率。在川个主成分中，前口个主馏成分的贡献率之和为：4，“r 一芑 ( 2 7 )l l，f l称r 为前g 个主成分的累积贡献率。一般情况下当r 口子f 时，我们就可以确定个性化学习特征的主成分个数q 。它表示选定的鼋个主成分，基本上保留了原来p 个学习者模型特征中的信息。这样就确定了学习者个性化学习的特征数，即，n 盯时的日值，此时，工m = ( c ，d 。通过建立学习者模型，将学习者放在中心位置，对学习者进行个性化学习分析。虽然不可能对学习者的每个因素都进行分析，但是运用主成分分析法找到了对学习效果有重要影响的个性化学习特征。第三章个性化答案自适应呈现的方法个性化答案自适应呈现的两个重要部分是；分析学习者个性化学习特征，问题的语义理解。学习者登陆答疑服务系统后，系统立即根据他她的i d 获得其个性化学习特征。对基于自然语言理解的答疑服务而言，当学习者输入问题时，系统在准确获取问题语义方面还有一些困难。鉴于此，本文设计了一个基于知识点的问题理解模型试图解决这方面的困难，从而达到个性化答案自适应呈现的目的。主要思想为：首先，对学习者提交的以自然语言表述的问题及课后习题进行采样，对问题语句进行切分、特征词提取、语义分析等，并转换成为一个包含语义信息的知识点向量，得出问题所涉及的知识点名称，知识点属性等之间的关系，建立一个问题理解模型面板，达到获取问题语义的目的。其次，根据设置的问题理解模型获取学习者问题，结合学习者个性化学习特征，运用调和网络构造个性化问题情境并给出合适的个性化答案参数。最后，根据个性化答案参数，应用自适应模糊推理( 龇盯i ) 匹配个性化答案并呈现给学习者。个性化答案自适应呈现的计算过程，闭磊i 一+ 一+ 情息栗燕学习者楗基渺十性化学习特撼、调和理论3 1 问题向量的界定如图3 一l 所示图3 1 个性化答案自适应呈现流程图趣莩问题向量是指以知识点为核心，可以描述用自然语言进行提问的问题的提问方式与知识点属性、问题核心与知识点名称、问题种类与知识点个数之间的关系。收集大量问题样本，例如向学生征集问题、课本后面的习题等，对样本进行分析，发现教学领域的问题都是因学习者对某个知识点不清楚而产生的。对采样的问题进行憋+ 理罄聚类统计，可以以表3 1 的形式划分问题。因此，只要定位出该问题涉及的是哪个知识点，是对知识点的哪个属性不清楚，即可解决基于自然语言理解答疑带来的上述缺陷。表3 1 问题属性聚类与统计阎壁左式回题捷! 坠问题种类例子( 知识点属性)( 知识点)定义概念什么是光通信?光通信功能用途意义开发智能冠的意义是什么?智能网盟机制原理怎样避免同频干扰?同频干扰知识应用描述如何用同步卫星通信实现全球通信?全球通信点特征卫星通信的特点有哪些?卫星通信结构组成种类光通信由哪几部分组成?光通信区别比较关联传输与转换之间的区别是什么?传输、转换多推理影响要求壁盘望焦中对调制解调技术的要求是什移动通信、调制解知么?塑立盐识盘红煎塑丝和色散对光纤通信系统有哪些光纤的损耗、色点影响?散、光纤通信系统3 1 1 问题种类现有的问题类型从不同的角度可以有以下几种划分方式：界定良好的问题( 初始、目标状态都很明确) 和界定不良好的问题( 初始或目标状态不是很明确的问题) ，语义丰富问题与语义贫乏问题，专门领域问题与非专门领域问题。我们通过对现代通信技术课程问题的样本收集，并分析其他学科的问题发现学习者所提出的问题可以根据每个问题所涉及的知识点个数进行分类。单知识点问题：涉及一个知识点的问题。主从关系知识点问题：涉及两个知识点，这两个知识点之间是上、下位关系。多知识点问题：该问题的内容涉及两个、或多个知识点。其他：有些复杂问题，无法用上面形式归类，或者无法通过后面建立的问题理解模型面板来标识的问题。例如是非题，因果题，案例应用题等。如：互联网是不是大型的局域网?为什么说自动交换光网络通过在传统光传输网上增加一层控制平面，从而实现光网的自动化?卫星通信系统是如何实现全球通信的? 具体是怎么实现的? 举例说明。3 1 2 提问方式郑庆华教授将学习者的问题按其提问方式分为定义类，方式类，方位类，比较类，结构类，区别与联系类，实例类，时间类，原因类，性质类，条件类，目的类，人物类，处所类，定量类，应用类，过程类，列举类，选择类。根据此分类，及对大量闽题的分析，发现这些提闻方式的分类与问题涉及的知识点属性具有对应关系。如定义类，涉及知识点的定义属性，即对知识点的定义不清楚，而提出的问题。例如：什么是舰络通信协议?由此可见，提问方式是对知识点属性的咨询。因此对学习者提出的问题进行分析时，只要准确的找出该问题是针对知识点的哪个属性而提的，即可快速有效的找到答案。3 1 3 问题答案涉及知识点属性间的关系对问题的统计分析，发现按照上面的知识点个数分类，针对问题的提问方式，给出相应的问题答案所涉及的知识点属性之间的对应关系，可以具体化为以下几种：单知识点问题：对单个知识点进行提问时，主要是询问该知识点的以下属性：概念、定义、种类( 分类) 、功能、作用、目的、用途、特点、优缺点、组成成分( 组成部分) 、表示意义、标识、结构种类、组网结构、质量要求、支撑技术、原理机制( 是如何形成的) 、工作原理( 工作方式) 、手段、工作过程、程序、实现技术、应用范围( 领域) 、举例、目标、规律。例如：传统的通信网由哪些部分组成?上位知识点4 与下位知识点b当问题涉及的是两个知识点，且知识点彳是口的上位知识点时，主要是询问知识点爿的情况下，知识点占的以下属性：特点、制成方式、分布、原理、特色、关键技术、要求。例如：多媒体通信业务对通信网有那些特殊要求?。郑庆华胡云华，张素娟自然语言网络答疑系统的研究与实现小型微型计算机系统v 0 1 ，2 6 0 ，n o ，3 ，口5 5 4 5 6 0 2 0 0 5 1 8下位知识点b 与上位知识点a当问题涉及的是两个知识点，且知识点一是b 的上位知识点时，主要是询问