个性化学习支持系统中教学策略编辑工具的设计与开发

首都师范大学硕士学位论文个性化学习支持系统中教学策略编辑工具的设计与开发姓名：常子冠申请学位级别：硕士专业：课程与教学论指导教师：王陆20070601摘要摘要笔者通过教学实验的实证研究发现：教师没有使用原个性化学习支持系统提供的教学策略编辑工具，仅使用原系统提供的默认教学活动序列来组织网上的教学活动，可见原系统仍存在有待改进的必要和迸一步提升的空间。笔者所做的工作就是，在原个性化学习支持系统的基础上，设计并开发教学策略编辑工具，协助教师更有效率地组织网上教学本文采用技术人造物缺陷分析法为基本研究方法，并辅之以文献调研法、分析方法、软件工程方法等。本文介绍了个性化学习的相关概念及理论，并对国内外个性化学习支持系统的发展现状进行综述，据此提出了教学策略编辑工具的设计方案，包括添加教学策略、修改教学策略、使用教学策略和查询教学策略，同时规定了系统中不同用户(学生、教师和管理员)的相关权限。其关键技术包括用元数据描述教学活动和组件化开发模式在本文中笔者提出了个性化学习支持系统中教学策略编辑工具的解决方案，可以支持教师进行教学策略的添加、修改、使用和查询，而且在网上教学活动中提供了相关CMC工具的支持，如博客、论坛、留言板等功能。在系统开发过程中，笔者采用了三层体系结构，即数据层，服务层和表现层。采用ASP作为主要语言进行开发，并采用MicrosoR公司的sQL Selvor 2000数据库作为后台数据库管理系统，以Adobe公司的Drcamwcavcr MX 2004进行页面的设计，采用MicrosotI公司的IIS 50作为应用服务器。得出研究结论如下：1教学策略编辑工具在理论上是必要的，在实践上是可行的。2教师通过使用教学策略编辑工具使系统中的教学策略库得以不断扩充。3教学策略编辑工具可以为获取教师隐性知识提供数据来源。关键词：个性化学习，个性化学习支持系统，教师支持工具Though the instructional lsearch,the author loan正instead ofusing the instructionalstlategy editing tools,the teacher just organiZed the online classes with the defaultinstructional activity sequent,so the former system needed to be improved on thefunctions and servi嘲The work,what the author needs to dois to design anddevelop the instructional strategy editing tools，for the teachers organizing onlineclasses more e街ciently,based on the former systomThe paper adopts technical artificiality defect analysis as basic research method,alsowith the use of document investigation method,analysis method,software engin鲥method and so OIL n坞paper introduces the relative concepts and theories aboutpersonalized learning and the developing situation 011 the personalized learningsupported systemBased on the concepts,th(x)ries and the situations,the proposal ofthe instructional strategy editing too|s is brought upincluding add instructionalstrategy,modify instructional strategy,use instructional strategy and searchinstructional strategyAt the same time，the ImrmissiOil of the users(students,teachersand administrators)is de6ned in the proposal11圮key technology includes usingmetadata to describe instructional activity and comDontization development mode111e author provides the solution to the instructional strategy editing tools in thepersonalized learning supported system11嵋solution allows the teachers to add,tomodify,to use)to search the instructional strategy,and pm们d髓relative computermediated communication tools in the online COUrSe3During the development of thesystem,three layers architecture is asedwhich iS consisted ofdata layer,service layerand presentation layerASP is mainly programming language，SQL server 2000 fromMicrosofl is the data managernent system，Drcamweavcr NiX 2004 from Adobe is forthe designation of the pagesInternet Infonnation Service 50 from Microsoft iSapplication serverThe conclusion iS submitted as follows：1Instructional strategy editing tools is necessary on theory and available onpractice2With using the instructional strategy editing tools，teachers extend theinstructional strategy dmab勰e much larger3Instructional strategy editing tools call provide the data SOUrce for getting theteacherS tacit knowledgeKeywords：Personalized Lenming，Personalized Learning Supported System，supported tools for Teachers图目录图目录图2一1个性化策略示意图8图22个性化学习模式9图23个性化的远程学习模型10图2-4编辑知识点ll图25教师根据不同类型的学生制定不同的学习策略。12图26个性化学习系统模型13图27个性化学习导航逻辑层。13图31整体研究方案16图4-1原个性化学习支持系统总体功能图。2l图42添加教学策略设计方案22图43修改教学策略设计方案。22图44使用教学策略设计方案23图45查询教学策略设计方案24图46系统角色与权限。24图5-1系统体系结构25图52搏客首页27图53论坛首页一28图54留言板。29图55添加教学策略一130图56添加教学策略一230图57修改教学策略。3l图58使用教学策略一132图59使用教学策略一2。32图5一10查询教学策略33V表目录表31教学活动的元数据描述表5一l系统开发平台及相关工具表目录表52数据库表格清单26VI11题目来源第1章引言第l章引言“因材施教”是我国古代就已提出的一种处理教学中的个体差异的教学原则和教学策略。早在两千多年前，我国著名思想家、教育家孔子，就积极倡导并十分重视因材施教ll】。孔子在回答不同学生“什么是仁”的时候，各有侧重，在论语颜渊第十二篇中对此有详细的解释【2】：颜渊问仁。予曰：“克己复礼为仁一日克己复礼，天下归仁焉为仁由己，而由入乎哉?”颜渊日：“请问其目。”子日：。非礼勿视，非礼勿听，非札勿言，非礼勿动。”颜渊日：。回虽不敏，请事斯语矣”仲弓问仁。子日：“出门如见大宾，使民如承大祭。己所不欲，勿施于人在邦无怨，在家无怨。”仲弓日：“雍虽不敏，请事斯语矣。”司马牛问仁。子E1-“仁者其言也切。”日：。其言也切，斯谓之仁矣乎?”子日：。为之难，言之得无切乎?”樊迟问仁。子日：“爱人。”由于孔子在教育、教学中因人而异地选择教学内容和教学方法，朱熹就将其概括为：“孔子施教，各因其材”，后来简化为“因材施教”，成为我国古代教育、教学的一个突出特点和优良传统。随着科技的快速发展和互联网的日益普及，学习方式也产生了极大的变革和革命性的冲击，与传统面对面的学习方式相比，网上学习缩短了时空上的距离与限制，不论是企业还是各大院校近年来也纷纷使用内网或互联网来进行培训或学习【31。王陆(2005)指出【4J，因材施教的极至就是因人而异的个性化学习。而这一策略在现有的班级授课制下，几乎是无法实现的。在智能教学系统几十年的发展历史中，人们一直试图使用技术支持因人而异的个性化学习。例如，人们首先想到建立学生模型，用来描述不同学生的认知水平；也有研究者想到通过建立教师模型的方法建立智能教学系统中的推理机制等。但这些方法都无法真的适应千万学生的千万差异，也不能穷举教师的所有知识。在传统的课堂教学条件下，重于“教”而轻于“学”，学生完全是被动的，所之谓“满堂灌”。这种情况往往造成，有的同学根本没理解教师所讲的内容，与此同时，有的同学却早已掌握了这部分内容，使之“吃不饱”。这样皆会极大地挫伤学生的学习积极性。也就是说，传统的教学模式，使因材施教和个性化学习成为一个理想化的追求。随着信息技术的发展，产生了网络教育，使学生随时随地都可以学习，网上的教学资源也日益丰富，但是，目前网上的学习支持系统多数还是将传统的课堂教学搬到了网上，所用的教学模式多数还是“从第1章引言A点，通过B点，到达c点”的直线型模式，完全没有考虑到学生个性化学习的特点。随着现代教育技术的发展和深入，个性化的教学模式将是现代网络教育的又一场革命【sl。为了改变现行学习支持系统千人一面的固定模式，使教学系统可以满足不同个性学习者的需求，在一定程度上做到按需学习，实现学生的个性化学习，真正做到理想中的因材施教，从而提高学习支持系统的服务质量，个性化学习支持系统就由此【61应运而生了。一个较为成功的个性化学习支持系统是由首都师范大学和华东师范大学联合开发的，它源于华东师范大学祝智庭教授和首都师范大学教育技术系王陆教授共同主持的教育部科技司现代远程教育关键技术与支撑服务系统和天地网结合项目个性化课件生成技术与多媒体作业系统及相关工具，该系统是一种支持网上课程发布，支持组织教学、实施教学和自主学习的计算机应用软件系统。其最大的特点是能够根据学习者的个性特征，提供相应的助学策略，从而为每个学习者提供与其个性特征相适宜的学习资源和学习活动。本项目于2003年顺利通过教育部项目验收委员会的验收，评价为：“该项目开发了个性化教学的多媒体课件制作和生成工具，为不同个性特征的教师和学生进行智能化教学提供了技术手段。该项目根据以学生为主体，教师为主导的教学理念，将数据挖掘技术、教学评价技术和主动数据库技术相结合，形成了一个教师参与的半开放式决策支持系统，有一定技术创新性。”个性化学习支持系统已经运行了三年多了，在这期间有很多的研究成果，积累了很多技术上、理念上的经验，首都师范大学教育技术系2002级研究生刘通江提出如何在个性化学习支持系统中建立动态学生模型，并将这一模型应用到个性化学习支持系统的设计过程中，改善了系统的性能；2002级研究生孙淑敏利用个性化学习支持系统，对其进行了有效性问题研究；2002级研究生李洪芬做了该系统中有关知识表示和决策推理机制的研究。2005年9月，笔者在北京市海淀区翠微小学做教学实验的过程中，发现该系统在支持教师的教学策略编辑的功能上还存在不足：教师在使用个性化学习支持系统时，没有使用原系统提供的教学策略编辑工具，仅使用系统提供的默认教学活动序列来组织网上的教学活动，可见个性化学习支持系统还存在有待改进的必要和进一步提升的空间。笔者所做的工作就是通过教学实验的实证研究所反映出来的问题，在原系统的基础上，设计并开发教学策略编辑工具。12研究意义结合笔者在北京市海淀区翠微小学进行的教学实验，笔者认为，在个性化学习支持系统中，开发教学策略编辑工具有以下几方面的意义；1使教师在使用个性化学习支持系统开展网络教学时，能够整合更多的个性化的教学策略。2使个性化学习支持系统能够有效支持对教师知识的获取。3提高个性化学习支持系统的机器学习能力与系统自身的适应性。13论文架构第l章引言本研究基于个性化学习支持系统，进行教学策略编辑工具的设计与开发，本文的架构如下：第l章“引言”对题目来源，研究意义和论文架构进行了介绍。第2章“文献综述”集中讨论了适应性学习，个性化学习支持系统等相关概念，并对国内外个性化学习支持系统的现状进行了详细的叙述。第3章“主要理论依据和关键技术”介绍了本研究中的主要理论依据和关键技术第4章“教学策略编辑工具的设计”以前期工作为基础，介绍了教学策略编辑工具的整体及各模块的设计方案第5章“教学策略编辑工具的实现”以第4章提出的设计方案为基础，介绍了教学策略编辑工具在实现过程中的相关步骤。第6章“研究结论与工作展望”针对本研究所做的工作进行总结。得出结论，并对未来的研究工作做出展望。一3一21相关概念界定211个性化学习第2章文献综述第2章文献综述林邦国【7】提出，个性化学习是以学习者原有的知识经验和个性特征为基础。以学习者内在的需求为核心，以每个学习者能力与个性的自由、充分、和谐发展为目标而实施的学习活动整个学习过程中，学习者是学习的真正意义上的主体李克东提出碍】，个性化学习是指，在学习过程中，个体具有各种各样的差异性，不仅表现在个人的能力、背景、学习风格、学习目标等具有差异性，即使是个体本身，在学习过程中，知识状态也在不断变化。郭文革提出【9】，个性化学习就是学习系统或者课件要适应学习者的要求、特征，呈现满足学习者个别需要的内容呈现方式、内容捧列方式的教学内容。本研究中对个性化学习的概念作如下诠释：1学习者是学习过程中的主体。2以学习者原有的知识结构和个性特征为基础的学习活动。3以学习者自身发展为目标而开展的学习活动。4在整个学习过程中，需要提供特定的资料和环境来支持学习者的自主学习。212个性化学习支持系统智能教学系统以人工智能科学、认知科学等为理论基础，存在某一领域知识和对应的教学法，通过研究人类学习思维的特征和过程，寻求学习认知的模式，根据学生对知识理解掌握的程度，自动调节教学方法以及速度，在一定程度上模拟人类教学专家所进行的教学活动，使学生通过个性化学习获得知识n01。陈品德指出【l”，个性化学习支持系统是个性化超媒体在教学领域中的应用，它是智能教学系统与超媒体系统的交叉、集成与融合，既能体现出用户在学习过程中，具有高度的自主性，能够自由选择学习路径和自定学习步调；又能根据用户的特点对学习内容和学习方向提供合适的指导和帮助。李克东认为Sl，个性化学习支持系统，是指针对个体学习过程中的差异性(因人、因时)而提供适合个体特征的学习支持的学习系统。个性化学习支持a第2章文献综述系统本质上是一种个别化的学习支持系统，它能够提供一个适应用户个性化特征的用户视图，这种个性化的学习视图不仅包括个性化的资源而且包括个性化的学习过程和策略余胜泉认为【l”，个性化学习支持系统主要由“知识媒体”所组成，它可以为远程学习提供更为优越的前提条件，可以用不同于传统的方法使远程学习更为简单、更为高效、更具有个性化。在这种个性化学习支持系统支持下的学习，称之为适应性学习，学生能够自我组织、制订并执行学习计划，并能控制整个学习过程，对学习进行自我评估。个性化学习支持系统提供不同方面的个性化：学习诊断的个性化、学习内容的个性化、学生自主选择学习策略的个性化。个性化学习充分地考虑到教学行为的个人化与学习行为的个人化特征，打破了传统学习群体的结构，把学生作为一个个个体，置于一个更为个人化的情景之中尽管对此有不少提法，但是有共同之处，即普遍认为个性化学习支持系统的主要特点是：1系统因每位学习者的特点不同，为每位学习者所产生的学习活动序列是不同的【312系统可以捕获学习者的特征。3系统可以根据捕获的学习者特征，为学生推送个性化的学习策略。213教学策略“策略”一词起初是指对大规模军事行动的策划和初探，而在较为普遍性的意义上，策略涉及的是为达到某一目的而采用的手段和方法。在历史上，教育方面术语“策略”曾被用作术语“方法”或“步骤”的同义词【141。20世纪60年代以后，国外教育理论界开始对教学策略予以关注和研究，以美国匹兹堡大学罗伯特格拉赛教授为带头人的一批认知心理学家开始使用“教学策略”一词为标志【l“。从20世纪70年代末提出“教学策略”这一术语至今，尚无统一的说法H6。1976年，美国教育家史密斯提出了以经验为基础的两种教学策略，即内容限制性策略和非内容限制性策略。内容限制性策略注重师生与教学内容的关系，非内容限制性策略则强调师生之间的关系【17】。加涅在史密斯等人的开创性研究的基础上，也对教学策略进行了研究。加涅在1985年出版的学校学习的认知心理学中，深入研究了教学与学习的有效策略。他认为【l“，教学策略是指“管理策略”和“指导策略”两方面，“管理策略”用来使学生接触教材，并使这种接触保持相当长的时间，而“指导策略”可用来易化教材的学习。保罗D埃金等人则强训19】，教学策略是“为完成特定目标所设计的指示性教学技术”；DG阿姆斯特朗【20】将教学策略界定为“有系统地安排的教师活动，用以帮助学生达以某一单元所确定的教学目标”。乌美娜(1994)认为【2l J教学策略是对完成特定的教学目标而采用的教学活动的程序、方法、形式和媒体等因素的总体考虑。一5一第2章文献综述和学新认为】，教学策略是为了达成教学目的，完成教学任务，而在对教学活动清晰认识的基础上对教学活动进行调节和控制的一系列执行过程。它包含以下几层含义：第一，教学策略包括教学活动的元认知过程、教学活动的调控过程和教学方法的执行过程。教学活动的元认知过程是教师对教学过程中的因素、教学的进程的反思性认知。教学活动的调控过程是指教师根据教学的进程及其中的变化而对教学过程的反馈、调节活动。教学方法的执行过程是指教师在教学过程中采取的师生相互作用方式、方法与手段的展开过程第二，教学策略不同于教学设计，也不同于教学方法，它是教师在现实的教学过程中对教学活动的整体性把握和推进的措施。第三，教师在教学策略的制定、选择与运用中要从教学活动的全过程入手和着眼，要兼顾教学的目的、任务、内容，学生的状况和现有的教学资源，灵活机动地采取措施，保证教学的有效有序进行第四，教学策略是一系列有计划的动态过程，具有不同的层次和水平。杜元载认为l硎，教与学是不能分开的，教与学是教师和学生向着同一目标相互活动的过程。在此活动过程中，教师必须运用各种有效的教学方法，以达到教学目标而在整个活动中所有运用的教学方法便组织成一种教学策略。综上所述，教学策略应具备以下几个要素：1教学策略是教师在教学过程中采取的一系列措施，而不是教学活动展开前的教学设计、教学方案。2教学策略带有很强的目的性，是为完成一定的教学任务而进行的。3教学策略是基于对现实的教学活动的认识而采取的。4教学策略包含有一定的教学理论成分，是对一定教学理论的具体化，受一定的教学理论的支配和制约。5教学策略有变化性，要随教学的进程对教学措施进行反馈和调控，它不同于教学模式和教学方法1241。22个性化学习支持系统综述221国外研究现状早在19世纪70年代，CAI专家就提出适应性教学系统的概念。80年代国际上开始利用人工智能技术来研制智能教学系统。从90年代中期以来，个性化学习支持系统研究从以教师为中心向以学习者为中心的方向发展【射。1970年，Carbonell【z副将人工智能应用于计算机辅助教学中，与Collins共同开发了Scholar系统，该系统是一个讲授南美洲地理的系统，使用苏格拉底对话方式进行教学，通过推理机制产生对学生底提问并对学生的应答做出评价，一6一第2章文献综述系统设法诊断出学生的错误概念，引导学生自己纠正错误。随着网络的蓬勃发展，以网络为代表的超媒体在教育领域中开始发挥着越来越大的作用。研究者开始了对个性化超媒体系统的探索Brusilovsky(1996)26l最先提出了个性化超媒体的概念，所谓的个性化超媒体(超文本)是指该超媒体系统记录了(每个)用户的某些特征(用户模型)，在系统的运行过程中该用户模型被用来使系统的表现适应于不同的用户。并将个性化超媒体技术分成两类：个性化的内容呈现和个性化的导航支持。Perkowitz&Etzioni(1997)【2提出开发个性化学习支持系统的几项原因如下：(1)不同的使用者有不同的目的，(2)同一个使用者在不同时间也会有不同的需求，(3)网站经过一段时间后，可能不能符合需求，(4)使用者不依照网站预设的目的使用。美国国家标准与技术协会高技术研究项目(National Institute Standards andTechnology Advanced Technology Program)从98年开始投入数千万美元研究个性化学习支持系统等十几个相关研究f勰1该项目致力于寻求更具灵活性、更容易评价的教学技术改善网络教学的内容、传递、检索、服务质量等各方面，以满足用户需求。希望能够满足不同教育者与学习者的需要，普及教育与培训291。Brusilovsky认为【捌导航支持(Bra&Brusilovsky,1999)就是根据学习者的学习目的、能力和个人特质，找出学习者在超空间中适合的浏览路径。其中可以归纳出五种导航技术【31】【32】【331，其中包含：(1)直接导航；(2)链接个性化排序；(3)个性化隐藏链接；(4)链接个性化批注；(5)导航支持。Perkowitz&Etzioni(1999)m】提出个性化学习支持系统几个重要的研究方向，其中包括：(1)型态的调整：网站的内容一旦改动，可能会影响网页的链接，而须调整；(2)个人化与转换：个人化是指同一网站对不同的人提供不同内容，转换则指对不同人提供不同服务；(3)内容导向与存取导向：可针对网页的内容做调整称为内容导向式的适应；(4)自动化的程度：依个性化导航的程度可分为使用者自定义与系统定义。而上述的研究重点也是实现个性化学习支持系统四个重要的研究方向。AJBerlanga Flores&E JGarcia pefialv005(2005)根据IMS LD提出了个性化策略示意图，如图21：1第2章文献综述蝴dtmmnr一弹朗T俄妇l岫Ddl踊an-CaHxn静电n。口eltI鹄l globpE州嗍鼬iIia啪脚IAc嗡扁碴t Le删Acllv脚1：&Id学徂I耐of H)p明础l蝴陬脚lut l Ih培玎嘲A曲城ty2 In抽。ductII蒴t。H弭翻T袖l籼脚l竺=竺lIMethodC饼娃的 ftaJnn蔷捱SHoIDI傩N蛔嘀嘲蝴， Il ELsE蛔妇嘲缄Iily2 lResouf粥匝口叵口图21个性化策略示意图AJBerlanga Horcs指出，1MS LD是一种建模语言，使用IMS LD来定义个性化学习的设计，在进一步的研究中设计一种工具来支持个性化规则的定义。222国内研究现状余胜泉、何克抗361(1999)提出了个性化学习支持系统的定义、系统结构和个性化学习模式(见图2-2)。他提出，个性化学习支持系统的关键环节是学习诊断、学习内容的动态组织和自主选择学习策略。系统将根据学生的个别特征的不同，在教学内容的呈献和导航两个方面提供不同的个性化。一8一第2章文献综述图22个性化学习模式刘明洲等p”(1999)提出了基于网络的个性化学习的不同类型如学习规划、智能型学生解答分析、交互式问题解决支持、合作学习支持、个性化呈现和个性化导航等功能，在其研究中将按照学习路径的不同将学习过程进行分类，以便建立个性化导航机制。李春蓉认为p引，在个性化导航方面，则是针对网站的链接做导航。由于网页无法跟一般书籍一样，每个网页都需要通过链接呈现到计算机上，因此链接在网页中可以说是最重要的部分。舒蓓等pw(2001)提出了个性化的远程学习模型，如图23。学生登录系统后，只与远程学习系统用户接口(Personalized User Interface，简称PUI)打交道，学生发出的请求经用户接口传递给个性化处理引擎(PersonalizedProcess Engine，简称PPE)，PPE再访问用户库，调度各个学习工具访问教学资料库，最后返回给PUI。整个学习过程就是在PUI与PPE之间不断地循环着。该模型的特点是：用户库与系统资源库分开；灵活的学习工具；强大的个性化处理引擎。该模型关注学生的需求、能力差异、学习进度、兴趣爱好，并根据这些因素动态地调整学习计划及进度，让用户得到个性化的教育。一9一第2章文献综述图23个性化的远程学习模型2001年，祝智庭、王陆共同主持了教育部科技司现代远程教育关键技术与支撑服务系统和天地网结合项目个性化课件生成技术与多媒体作业系统及相关工具，该系统支持网上课程发布，支持组织教学、实施教学和自主学习。其最大的特点是能够根据学习者的个性特征，提供相应的助学策略，从而为每个学习者提供与其个性特征相适宜的学习资源和学习活动。该系统的工作过程是1：当学生注册进入系统后，系统将对学生进行入门测试，从而信息收集模块将获得该学生的动态特征信息初值和静态特征信息，这些信息还将通过信息收集模块存入学生特征数据库或l临时特征数据库中。学生进入课程学习后，决策推理模块将根据学生的学习特征，从规则库中找出与其特征相匹配特征一教学策略规则对，并将其送入个性化课件生成模块，个性化课件生成模块根据资源库和知识库产生与学习者特征相适应的学习资源。本项目于2003年顺利通过教育部项目验收委员会的验收。图24为教师界面中编辑知识点的截图：一10一图24编辑知识点第2章文献综述教师往往会根据某些特定情境和学生的典型行为对学生进行分类。学习者个体差异表现在多个方面，大多数学习者往往属于中间型或混合型，兼有几种类型的特点。即学习者只在个别维度上与他所在的学习群体有显著差异，因此，教师又会根据分类产生不同的教学策略，见图25：第2章文献综述图25教师根据不同类型的学生制定不同的学习策略陈品德等【llJ(2003)设计开发了A-Tutor个性化学习支持环境，由一个创作系统和学习系统外壳组成。创作系统用来创建领域知识库，学习系统外壳用来进行课程发布，并提供学习支持环境。林邦国17认为，网络环境下实行的个性化学习是以个性化支持技术、WEB技术、数据库技术等为依托所建立起的个性化网络学习环境中展开的。在网上个性化学习过程中，系统根据用户和人机界面交互信息的挖掘，提供个性化的学习资源，并进行实时的跟踪服务，从而提供个性化的学习指导。林邦国还提出个性化学习系统是针对学生个性特征开展的个性化教育模式，这种模式强调以学习的需求为中心，对于不同的受教育的对象，将表现出不同的学习过程和教学信息资源。在设计和开发过程中，学生个性化信息模型的建立以及根据学生个性化信息提供个性化服务的具体算法、所采取的策略将是个性化学习系统成功与否的关键所在。曲毅【4lJ(2006)提出了个性化学习系统模型，如图26，该模型采用了自底而上的层次结构，各层之间相互联系，综合分析用户的个人信息和历史访问记录，挖掘出用户感兴趣的主题，提取与该主题相关的且用户未访问的资源给用户。曲毅认为，个性化学习系统具有智能性、开放性。一方面它可以了解到学生的状况、需求、能力差异、学习进度、兴趣爱好，同时动态地根据这些诸多因素调整学习计划及进度，让用户得到针对其个性化信息定制的教育。另一方面，系统可以统计学生的学习情况，更直接、科学地了解到用户的需求与自己提供的教育资源信息的冗余和不足，适时地调整自身的策略、方案来满足受教育对象的需求。在提出上述模型的基础上，将个性化学习导航逻辑层中的一12一数据流程细化，如图27。在瑗屡fli户十性证曩藐暑n呵n明碍1十t乞学爿t立嚣(2厂广1鼋j 皇多I 睡料粒彝詹I受三卫互=卫l rT蜀F_=1几虿1图26个性化学习系统模型第2章文献综述图27个性化学习导航逻辑层一13一第3章主要理论依据和关键技术第3章主要理论依据和关键技术31主要理论依据311个性化学习理论个性化，究其根本是尊藿用户，研究用户个人的行为习惯和兴趣，为用户选择所需资源提供更好的服务例如，传统行业中，有的国际连锁大酒店会为每一位客户建立服务档案，记录客户的习惯、喜好和特点。然后有针对性地为客户选择需要的资源，提供更好的服务。以后客户到该酒店的连锁店，都会享受到这种体贴的个性化服务。互联网产业中有越来越多的电子商务网站开始提供个性化服务。如计算机网站Dellcoin，网上书店AiYlazoflc,oln，eBay，bibliofind，网上办公用品商店Staplescom等等。Dellcom为客户提供采购、订货状况的追踪调查，一旦用户购买了一种计算机产品，在相当长的一段时闯里，网站会根据用户的需要与产品的特点，推荐最合适的配件与产品142】。金焱等【43l认为，个性化学习是以学生为主体的学习方式，它是指在学习过程中根据学生自身智力、学习进度和对知识点掌握程度的不同，给出相应学习策略、学习内容的教学模式。由于学生在学习能力、学习兴趣与习惯、学习基础、努力程度等方面，都存在巨大的个体差异，针对其“个性”的教育应该是一个教学双向互动系统，它要求教师及时地了解学生的状况、需求能力差异、学习进度、兴趣爱好，并动态地根据这诸多因素调整教学计划及进度。李华掣42】认为，个性化学习应该具有如下特征：根据学生的兴趣爱好为学生推荐有关课程或者学习资源；根据学生的问题、测试成绩给学生指出没有掌握的知识点和学习建议，并且可以提供给学生针对没有掌握的知识点的补充资源，以便学生尽快掌握；教师根据每个学生的个性、学习行为、学习反馈，及时调整教学策略，制定适合学生个性的教学内容和教学活动等等。个性化学习强调在学习过程中学生自主学习知识，自我更新知识，并通过学生自己的思考和探索来独立完成学习任务。这种学习方式比较适合达到认知领域和动作技能领域中大多数层次的学习目标，如学习事实信息，掌握概念和原理，应用信息、概念和原理，形成动作技能和培养解决问题的能力等。个性化学习最大的特点在于学生的高度自主性。这种自主性具体表现在：学生在教师的指导下确定自己的学习目标后，能够借助网上优势，自主选择学习内容、学习方法和支配学习时间，在学习的过程中不仅能学会学习目标所包括的知识，而且还可以掌握获取知识的方法、技术、途径和技巧。在自主学习的过程中学习者还将学会如何测试自己的学习，评价自己的学习效率和学习效果等。1432研究方法与研究方案321研究方法第3章主要理论依据和关键技术本研究采用技术人造物缺陷分析法为基本研究方法。杨开城441认为，所谓技术人造物缺陷分析法，就是通过分析某种技术所生成的产物的缺陷来分析和反思所运用技术的缺陷并使之得到改进的研究方法技术原型通常都包含着某种缺陷这也是技术进步的源泉之一要改进技术原型。就必须知道技术的缺陷在哪照有些技术(比如知识技术)缺陷可能隐藏得很深，直接考察技术过程是难以发现的。我们还需要考查这种技术原型生成某种技术结果，即技术人造物。技术人造物实际上就是某种技术过程的结果。是运用某种技术所生成的产物。因为它是人造物，又是人们利用某种特定技术所创造的，所以称为技术人造物【舢1技术人造物缺陷分析法不是一种求真的方法而是求好的方法。很显然技术研究的根本目的不是追求真理而是追求技术的进步。在技术进步过程中，必然表现出技术的弱点，也就是说，技术人造物必然存在缺陷【441对于技术的改进和创造离不开技术的实践检验，也就是技术实际运用的过程和结果。过程和结果是统一的。从对结果的缺陷考查出发，再追溯到导致结果的过程本身的缺陷，这才能发现技术本身的缺陷。所以技术人造物缺陷分析法中对于技术人造物的评价焦点不是它的优点或者有效性，而是它的缺陷。发现缺陷是技术进步之源，考查技术的有效性则仅满足于运用的需求却无法促进技术的进步】。322研究方案本研究的整体方案如图3一l。33关键技术第3章主要理论依据和关键技术图31整体研究方案331用元数据描述教学活动对教学活动进行元数据描述是本研究中的关键技术之一，笔者参考了LOM模型和基础教育教学资源元数据规范145，基于首都师范大学教育技术系2003级研究生孙洪涛的毕业论文“基于电子互动白板的信息化资源课堂应用研究”【46】中的元数据描述方案，提出了以下对教学活动的元数据描述，如表3一l。一16一第3章主要理论依据和关键技术表3-l教学活动的元数据描述j 。名称“”4对比其他标准编 基础教育号 中文 英文 说明 教学资源 LoM 举倒元数据规 标准范教学活 lnstructi1 onalActi 描述动ty活动名 教学活动名 12通 学习当前知识11 M髓ticTitie称 称 用标题 点内容所属知 该活动隶属 概念型知识12 识点类 IAKl， 的知识点类 无 无 点：梯形的定型 型 义通过教师的讲活动描 IADescr 简述活动目 Descriptio 14通 授或者课件展13述 iption 的、内容等 n 用描述 示，学生进行策略性视听活动的 IAObjec 描述该活动对于有学习障14 适合什么类 碍的学生，需对象t 要对知识点进型的学生行详细的讲解所属策 IAstrate 描述该活动 个别化学习策15 属于那种教 无 无略类型 gY 略学策略232生存期贡献者实体(231IADesig 生存期16 设计者 设计者姓名 Creator 王立军ner 贡献者角色的值为“作者”)IASchoo 设计者所属17 单位 无 无 翠微小学l 单位为不同的类预期学 型设计的学生完成 IADurat 习活动，预18 无 无 约五分钟该活动 10n 期学生需要的时间 多少时间来完成一17一第3章主要理论依据和关键技术活动的 活动步骤描无 无 内容的展示19 实施手 IASteps 述段在学习过难方形和长方形的与该活 知识以后，绘动相关 IASteps 如何发展活 学生展示不同110Develop 无 无 形状的梯形，的拓展 动活动 ment 学生能自己概括出梯形的特点，总结出梯形的定义活动完11l 成的标 IASteps 如何完成活 无 无 学生完成测试FiIIish 动 离开这个活动j=学生的 IAS 学生对该活 很适合、比较适112 Feedbae 无 无反馈 动的评价 合不适合k活动任 与活动相关 学生需要经过113 IATest 无 无 测试来表明完务 的测试 成了该活动所用资 该活动需要 5教育114 IRType 的教学资源Type 学习资幻灯片文本音源类型 频的类型 源类型IASubje 该活动使用115 学科 Subject 数学ct 的学科332组件化开发模式在早期的开发中，把可复用的代码放在一个函数内，设计者通过包含函数模块把调用它的程序和函数相连接，编译以后函数和调用函数的程序就静态的链接在一起，从而形成一个可执行文件。这种方法具有明显的缺陷：一是把同一个函数放在多个可执行文件中，大大浪费了存储空间；二是如果使用中发现这个函数有错，就必须修改所有调用这个函数的每一个文件。当然，其他的缺点也比较多，比如代码混乱，模块间的界限不清，功能移植困难等。为了解决函数模块实现中的缺陷，可以把函数库编译为独立的二进制文件，使每一个可执行文件都可以动态的与这些独立的二进制文件进行链接。这样，多个可执行程序就可以共享相同的二进制库文件，即动态链接库*DLL，如果需要修改函数，只需要修改DLL文件即可，而不必重新编译和发布调用该函数的所有可执行文件。但是，这种方法也有一个大的缺点，即DLL并不是真正完全与语言无关的4刀。COMDCOM技术和CORBA技术是实现代码复用的一大变革，它们都利用标准化接口让客户机代码和组件类进行会话，因此客户机代码不必知道组件一18一第3章主要理论依据和关键技术是用哪种语言编写的，即接口可以实现跨语言的通讯。两者都有广泛的平台支持和强壮的编程语言支持，都支持静态和动态的调用方法，均支持本地和远程透明调用，都可以进行界面的继承，均支持多线程等软件复用(Sottware Reuse)即放弃那种原始的、一切从头开始的软件开发方式，而利用公共的可复用组件来装配新的软件系统【4lI一般把这样的开发方法称为基于组件的开发(Component Based DevelopmentCBD)，它包括了系统分析、构造、维护和扩展等方面，在这些方面中都是以组件方法为核心。组件是分离于应用之外的二进制代码(通过此使语言无关)。组件的最终目标是要让使用者可以在应用程序执行时期替换所需组件，并通过接口不变的特性来取得稳定性和低祸合性。我们可以反证地看一下在没有动态链接库的支持下，所构建起来的应用程序在想要变更某个组件的设计时将必然导致重新编译，而这对客户端是不可思议的，所以组件技术中使用动态链接库保证组件的独立性是必不可缺的，而组件的类型也可划分为进程内和进程外两种，提供不同的可靠性【49】组件利用接口继承的方式将实现细节严格的封装在类中，它易于使软件模块更加方便的扩展，并解决了他们之间的紧密耦合问题。接口消除了不同软件模块之倒的依赖性，并加强了组件的可重用性，这是通过接口和实现的相互分离而实现的。有接口所实现的“契约”50l，保证了它所对应的对象将支持的功能和行为。这样我们便可将可靠性约束在实现接口的实际对象上，这为软件提供高度抽象的自由度和健壮的可鲁棒的运行环境。不可变的接口(相对意义上的稳定)是组件技术中保证可靠性的基础。组件技术是一种语言无关的二进制代码规范，从机器角度，属于一种内存结构说明，是一系列函数指针的集合，它将软件开发的方式改变为更加松散的组成构架，提供更高的集成度和稳定性，也提供了更高的复用度。其中，组件库是其最大的优点之一，就是可以快速的开发程序，这最终的目标便是只需从组件库中挑选组件以搭积木的方式由组件组成一个应用程序【511。利用已有的组件进行开发，显然会大大提高设计的效率，组件可以将开发人员解放出来。随着技术的不断完善，组件的颗粒度正在变大，并且已经应用于各个方面。例如，用于日程安排、联系管理、论坛和Web邮件的组件等。总之，组件可以帮助开发人员封装一组接口作为一个特定服务。一个组件可以直接封装一个来自分析和设计模型的问题，可以更快地进行应用项目的开发在更高级别上实现重用。基于组件的开发过程与纯面向对象开发过程的区别在于前者把重点转移到组件识别、评估以及装配，而不是低一级的类识别和开发。组件模型定义了组件与容器、组件及其应用、组件自身之间的接口，标准组件模型通过定义标准软件接口促进软件开发范围内更广泛的重用。标准组件接口模型能在组件开发者和使用之间实现互换。因此，组件技术将成为项目开发的核心支撑【52l。一19第4章教学策略编辑工具的设计第4章教学策略编辑工具的设计41系统设计思想笔者在北京市海淀区翠微小学做了为期5周的教学实验，参与教学实验的教师w是数学教师，有17年教龄，有丰富的教学经验，参加过教育部一IBM“基础教育创新教学”合作项目。在做教学实验的过程中笔者发现，系统提供的教学策略是由特定的教学活动组成的，教师必须从中选择几种教学活动来组织自己的课程，教师不能根据自己的需要添加、修改，这样并不利于学生享有高质量的个性化服务基于以上前期工作，本研究主要聚焦于，开发教学策略编辑工具，实现对教学策略的添加，修改、使用，查询等功能。本系统的设计思想概括为以下几个方面；1为教师提供工具，可对教学策略自由操作。2增强系统的灵活性、开放性和鲁棒性。3友好的用户界面，快速的数据库存取操作。42系统功能设计图41为原个性化学习支持系统的总体功能图。一20一第4章教学策略编辑工具的设计图4一l原个性化学习支持系统总体功能图在41前期工作中提到，由于原系统提供的教学活动有限，只是指定的几种，教师必须从中选出几种来组织自己的课程，这样不利于教师灵活地进行教学设计，也不利于学生的个性化发展，所以本研究聚焦于教学策略编辑工具的设计与开发。在教学策略编辑工具的设计过程中，贯穿了组件化的设计思想，即把功能相对独立的模块封装成组件，然后通过一定的接口来访问，在本系统中如博客、论坛、留言板等功能皆可封装成组件。下面将从四个方面进行详细阐述：添加教学策略、修改教学策略、使用教学策略和查询教学策略。421添加教学策略原系统提供了12种教学活动，供教师在教学过程中进行选择，毕竟一线教师的创新能力是无限的，必然会出现新的教学策略，如果教师无法自主添加新的教学策略，那么系统的灵活性就大大降低。因此改进的系统允许教师根据教学的需要添加新的教学策略，具体设计方案见图42。2l一422修改教学策略第4章教学策略编辑工具的设计图42添加教学策略设计方案教师在进行网络教学的过程中，教师未必会选择全部的教学活动，则可以根据需要筛选特定的教学活动，具体设计方案见图43。图43修改教学策略设计方案一22423使用教学策略第4章教学策略编辑工具的设计灵活地组织各种教学活动是成功地进行网上教学的关键，当教师选择好教学活动之后，需要对教学活动进行捧序，修改教学活动实现的就是这个功能，教师可以根据系统给出的提示信息，设定教学活动的先后顺序，具体设计方案见图44。424查询教学策略图44使用教学策略设计方案教师在网络教学的准备过程中，可以使用多种搜索条件来查询教学策略库中的教学活动，方便教师进行个性化教学，具体设计方案见图45。一2343系统权限设计第4章教学策略编辑工具的设计图45查询教学策略设计方案本系统角色分为学生、教师和管理员三种不同角色的权限详见图46。图46系统角色与权限一24第5章教学策略编辑工具的实现第5章教学策略编辑工具的实现51系统体系结构图51。本系统采用三层模式，数据层，服务层和表现层，如霰现 学生界面 教师界面 管理员界面臣，石$服 收集学生特征信息 数据挖掘 决策推理意分层 提取学生特征信息 规则库更新 生成个性化资源兮桫j|冀l熬l旧l卜库i旧库I卜库l熬I图5-1系统体系结构表现层是用户的接口，用来显示用户的个性化界面，负责记录用户的个人信息。服务层用来响应表现层发出的请求，对数据层的数据进行存取，实现数据的发送与处理。数据层用来存放所有的物理数据，包括学生特征库、规则库、资源库、领域知识库等等。一25系统开发环境详见表5一1第5章教学策略编辑工具的实现表5-1系统开发平台及相关工具具体功能 相关工具开发环境及页面编辑 Maeromedia Dreamwcaver MX 2004开发技术 ASP，JavaSeript和VBScfipt图片处理 Adobe Photoshop 60结构及流程设计 Microsofl Visio 2003后台数据库 Microsoft SQL Server 2000(SP4)服务器运行环境 Microsofl Windows 2000 Advanced ScIva(SP4)+IIS客户端运行环境 Microsoft Interact Explorer 55以上52系统数据结构在原系统的基础上，添加、修改了部分表格，具体清单详见表52。表5-2数据库表格清单表名 所做工作、 ”一一54“一 一”“。一一” 一一o“”表studentbaseinfo，表teacherinfo 修改学生表和教师表表task，表taskchat，表taskgroup，表taskreport 添加小组活动相关表表blog_eomment，表blog_content 添加博客相关表表blog_ih，表blog_read等表bbs 添加论坛相关表表liaotian 添加聊天室相关表表ytmessage 添加留言版相关表表strategy 添加教学策略相关表53系统开发流程系统是按照自底向上的顺序开发的。首先是数据层，创建数据库，并添加相关表。其次是表现层，主要是ASP的开发，ASP是系统与用户的接口。在ASP管理页面管理员可以启动某些功能，设置所需参数；在用户界面还可以显示个性化结果，设置个性化选项；在资源浏览页面内可以获取用户与系统交互的信息等。最后进行代码的统一调试。一2654系统功能实现541博客功能第5章教学策略编辑工具的实现教师的课前准备、课上经验及课后反思等，都是很宝贵的资源，如何很好地记录这些信息呢?为了解决这个问题，系统为每一位教师提供博客功能，使用它教师可以随时把自己乐于分享的东西记录下来。博客的首页见图52。542论坛功能图52博客首页学习论坛是学习者实施协作学习最重要的一种CMC(Computer-ModiatedCommuaication)工具【53】，论坛是方便、快捷的双向交流平台，教师和学生可以通过论坛异步地交流信息，分享知识，学生在论坛中具有发表文章、阅读文章、回复文章、修改文章等权限，教师额外具有点评功能、删除帖子等功能，论坛首页见图53。一27543留言板功能第5章教学策略编辑工具的实现图53论坛首页留言板也是一种常用的CMC工具，与学习论坛不同的是，留言板不是以话题为核心组织显示，而是按留言时间顺序显示的嘲。界面见图54。一28544添加教学策略功能第5章教学策略编辑工具的实现图54留言板如421所述，添加教学策略分为三个步骤：当系统中提供的教学策略无法满足教师日常教学需要的时候，教师即可自行添加教学策略，首先是添加教学策略的名称。其次，根据教学的需要在教学活动列表中选取特定的教学活动，教学活动列表包括了系统中元素的各种组合，以满足教师的需求。由于不同的教学活动都有其特定的属性，所以需要对教学活动中涉及到的属性进行逐一设置。详细步骤见图55、图56。一29第5章教学策略编辑工具的实现图55添加教学策略l图56添加教学策略-230545修改教学策略功能第5章教学策略编辑工具的实现如422所述，修改教学策略分为三个步骤：首先要选择特定教学策略类型，比如小组讨论策略、班级讨论策略等。再根据实际教学的需求，进行教学活动的选择。最后将选中的教学活动保留在教学策略中，进行网上教学。详见图S一7。546使用教学策略功能图57修改教学策略如423所述，使用教学策略分为四个步骤：首先选择教学策略类型，比如小组讨论策略、班级讨论策略等。在选择特定教学策略类型之后，再根据实际教学的需求，进行教学活动的选择。将选中的教学活动排序。最后需要对教学活动中涉及到的属性进行逐一设置。步骤详见图58、图59。一31第5章教学策略编辑工具的实现图58使用教学策略一I图59使用教学策略一232547查询教学策略功能第5章教学策略编辑工具的实现如424所述。查询教学策略分为两个步骤：首先键入待查询的教学策略名称等关键字，如合作学习策略、探究学习策略等。系统会列举出和查询关键字相关的教学策略，如小组学习策略、班级讨论策略等，供教师选择进行网上教学。见图5一lO图510查询教学策略一3361研究结论第6章研究结论与工作展望第6章研究结论与工作展望本研究以原个性化学