自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).ppt

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自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 東北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院趙蔚教授2010 11 13 匯報(bào)內(nèi)容 引言自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 一 引言 自適應(yīng)超媒體系統(tǒng)定義 Brusilovsky 1996 hypertextandhypermediasystemswhichreflectsomefeaturesoftheuserintheusermodelandapplythismodeltoadaptvariousvisibleaspectsofthesystemtotheuser Inotherwords thesystemshouldsatisfythreecriteria itshouldbeahypertextorhypermediasystemitshouldhaveausermodelitshouldbeabletoadaptthehypermediausingthismodel 其他自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)定義attempttobedifferentfordifferentstudentsandgroupsofstudentsattempttobemoreadaptivebybuildingamodelofthegoals preferences knowledgeandperformanceofeachindividualstudent user learnermodel andusingthismodelthroughouttheinteractionwiththestudentinordertoadapttotheneedsofthatstudent 一種通用的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型 美國(guó)匹茲堡大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院的PeterBrusilovsky提出了一個(gè)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng) 也稱為AEHS AdaptiveEducationalhypermediasystems 的通用模型 自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)通用模型 AEHS包含四個(gè)主要組件 領(lǐng)域模型 DomainModel 描述領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu) 包括概念和概念間的聯(lián)系 學(xué)生模型 StudentModel 也稱為用戶模型 UM UserModel 代表學(xué)生特征 描述每一用戶的知識(shí) 傾向及興趣愛(ài)好等信息 教育學(xué)模型 PedagogicalModel 定義了根據(jù)學(xué)生模型中的信息訪問(wèn)領(lǐng)域模型各個(gè)部分的規(guī)則 自適應(yīng)引擎 AdaptiveEngine 是創(chuàng)建和更新領(lǐng)域概念及鏈接的全部軟件環(huán)境 使用其他模型中的信息對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行個(gè)性化的選擇 注釋和呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容 接口模塊 InterfaceModule 代表并定義了用戶與自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)間的交互 研究現(xiàn)狀 自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要參考模型 黃伯平 趙蔚等 自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)參考模型比較分析研究 中國(guó)電化教育 J 2009 8 97 101 AHAM 自適應(yīng)超媒體應(yīng)用模型 典型系統(tǒng)有AHA LAOS LayeredWWWAHSAuthoringModel 典型系統(tǒng)有MOT MyOnlineTeacher XAHM XML自適應(yīng)超媒體模型 典型系統(tǒng)有DISASWebML 是一種可視化語(yǔ)言 用于具體說(shuō)明Web應(yīng)用程序的內(nèi)容結(jié)構(gòu)和內(nèi)容組織呈現(xiàn)并將其轉(zhuǎn)化為超文本形式 典型系統(tǒng)有CMS ConferenceManagementSystem 研究現(xiàn)狀 從學(xué)習(xí)風(fēng)格角度考慮基于蟻群算法ACS基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法IDEAL基于Felder Silverman 菲爾德 希爾佛曼 學(xué)習(xí)風(fēng)格模型CS388 Tangow MANIC MASPLANG LSAS等基于Honey Mumford 哈尼 芝福 學(xué)習(xí)風(fēng)格模型INSPIRE 從認(rèn)知水平角度考慮基于遺傳算法PELS基于關(guān)聯(lián)規(guī)則算法ELM ART 我們的研究 在用戶模型中主要考慮學(xué)習(xí)風(fēng)格和認(rèn)知水平 研發(fā)了SAELS SemanticAdaptiveE learningSystem 該系統(tǒng)引入本體 能對(duì)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行語(yǔ)義描述 對(duì)學(xué)習(xí)風(fēng)格 認(rèn)知水平進(jìn)行語(yǔ)義診斷 使學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑根據(jù)學(xué)習(xí)者模型動(dòng)態(tài)呈現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)了資源共享 重用和個(gè)性化推薦 實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者適應(yīng)系統(tǒng)和系統(tǒng)適應(yīng)學(xué)習(xí)者的雙向適應(yīng) 二 自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是指能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供一種個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù) 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的多種特點(diǎn)和行為傾向 如學(xué)習(xí)目標(biāo) 偏好 認(rèn)知水平等 采用相應(yīng)的教學(xué)策略 推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)資源 1 自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)參考模型 用戶模型 UserModel 和學(xué)習(xí)行為 LearningBehaviors 用戶模型描述用戶的個(gè)體特征 如學(xué)習(xí)者基本信息描述 姓名 性別 出生日期 電話 電子郵件 受教育水平 職業(yè)等 學(xué)習(xí)風(fēng)格 認(rèn)知水平和興趣偏好等 學(xué)習(xí)行為記錄了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)歷史過(guò)程 如學(xué)習(xí)者訪問(wèn)學(xué)習(xí)資源的媒體類型 學(xué)習(xí)時(shí)間 訪問(wèn)次數(shù)等 系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的學(xué)習(xí)歷史記錄不斷的更新用戶模型 領(lǐng)域模型 DomainModel 描述領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)構(gòu) 包括概念和概念間的聯(lián)系 每個(gè)概念可以有不同的屬性 具有相同屬性的概念可以是不同的數(shù)據(jù)類型 概念間的聯(lián)系是聯(lián)系兩個(gè)或更多概念的對(duì)象 具有唯一標(biāo)識(shí)值和屬性 自適應(yīng)模型 AdaptationModel 定義了如何根據(jù)用戶模型中的信息訪問(wèn)領(lǐng)域模型各個(gè)部分 產(chǎn)生自適應(yīng)動(dòng)作 以及如何修改用戶模型的一套規(guī)則 這些規(guī)則體現(xiàn)出對(duì)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)的思想 自適應(yīng)引擎 AdaptiveEngine 對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 執(zhí)行適應(yīng)性規(guī)則 根據(jù)用戶模型選擇 組裝和呈現(xiàn)頁(yè)面 實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶學(xué)習(xí)行為歷史記錄修改與維護(hù)用戶模型等 呈現(xiàn)模型 PresentationModel 系統(tǒng)根據(jù)用戶模型 領(lǐng)域模型 自適應(yīng)模型通過(guò)自適應(yīng)引擎實(shí)現(xiàn)內(nèi)容 導(dǎo)航和學(xué)習(xí)活動(dòng)序列等三方面的適應(yīng)性顯示 內(nèi)容顯示系統(tǒng)根據(jù)用戶的學(xué)習(xí)風(fēng)格呈現(xiàn)出不同媒體類型 如視頻 圖片 文本等 系統(tǒng)根據(jù)用戶的學(xué)習(xí)風(fēng)格呈現(xiàn)出不同事實(shí)或抽象等特性的學(xué)習(xí)內(nèi)容 導(dǎo)航 系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)風(fēng)格 認(rèn)知水平劃分為全局性導(dǎo)航和局部性導(dǎo)航 全局性導(dǎo)航主要由領(lǐng)域知識(shí)樹(shù)形結(jié)構(gòu)來(lái)呈現(xiàn) 通過(guò)樹(shù)形結(jié)構(gòu)可以顯示出課程的完整知識(shí)體系 并通過(guò)學(xué)習(xí)狀態(tài)標(biāo)記顯示出當(dāng)前學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的掌握狀態(tài) 局部導(dǎo)航為學(xué)習(xí)者提供了知識(shí)概念圖 能夠清楚的展現(xiàn)當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)知識(shí) 先前知識(shí) 后向知識(shí) 呈現(xiàn)模型 PresentationModel 學(xué)習(xí)活動(dòng)序列 系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格適應(yīng)推薦學(xué)習(xí)序列 如對(duì)于活躍型學(xué)習(xí)者 則系統(tǒng)推薦學(xué)習(xí)活動(dòng)序列是 參與討論 必選 閱讀學(xué)習(xí)材料 推薦 個(gè)案研究 推薦 做練習(xí) 必選 完成測(cè)試 必選 對(duì)于沉思型學(xué)習(xí)者 則系統(tǒng)推薦學(xué)習(xí)活動(dòng)序列是 閱讀學(xué)習(xí)材料 必選 個(gè)案研究 必選 參與討論 推薦 做練習(xí) 必選 完成測(cè)試 必選 2 用戶模型構(gòu)建 國(guó)際上最為重要的用戶建模標(biāo)準(zhǔn)是IMSLIP和IEEEPAPI 國(guó)內(nèi)用戶建模標(biāo)準(zhǔn)是教育部教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)在CELTS中定義的學(xué)習(xí)者模型CELTS 11 學(xué)生身份標(biāo)識(shí)CELTS 13和學(xué)力定義規(guī)范CELTS 14 本系統(tǒng)依據(jù)IEEEPAPI和CELTS 11 用戶模型的組成部分 學(xué)習(xí)風(fēng)格 Felder Silverman學(xué)習(xí)風(fēng)格模型 由Felder和Soloman開(kāi)發(fā)了此學(xué)習(xí)風(fēng)格的量表 稱為所羅門學(xué)習(xí)風(fēng)格量表 用于系統(tǒng)前測(cè)推斷用戶學(xué)習(xí)風(fēng)格 現(xiàn)已得到越來(lái)越多研究者的認(rèn)可 大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明 其在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境下具有良好的適用性和信效度 Felder Silverman學(xué)習(xí)風(fēng)格模型 4個(gè)組維度8種類型信息加工 活躍 沉思 感知 感悟 直覺(jué) 信息輸入 視覺(jué) 言語(yǔ) 內(nèi)容理解 序列 綜合 學(xué)習(xí)風(fēng)格確定及更新過(guò)程 依據(jù)所羅門學(xué)習(xí)風(fēng)格量表 在注冊(cè)系統(tǒng)時(shí)測(cè)試得出一個(gè)初始的用戶學(xué)習(xí)風(fēng)格 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí) 通過(guò)挖掘?qū)W習(xí)行為模式再對(duì)系統(tǒng)中的用戶學(xué)習(xí)風(fēng)格進(jìn)行更新直至符合真實(shí)的用戶學(xué)習(xí)風(fēng)格 根據(jù)不同類型的學(xué)習(xí)風(fēng)格 適應(yīng)性地向用戶推薦最佳學(xué)習(xí)活動(dòng)序列和學(xué)習(xí)資源 本系統(tǒng)依據(jù)不同類型的學(xué)習(xí)風(fēng)格呈現(xiàn)不同的學(xué)習(xí)活動(dòng)序列學(xué)習(xí)資源媒體類型學(xué)習(xí)資源抽象程度學(xué)習(xí)過(guò)程行為模式 用戶模型本體概念模型參考規(guī)范 學(xué)習(xí)風(fēng)格與活動(dòng)序列是指為達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo) 系統(tǒng)能根據(jù)用戶的個(gè)性差異呈現(xiàn)出一套切實(shí)可行的學(xué)習(xí)方案 這個(gè)學(xué)習(xí)方案整合了學(xué)習(xí)目標(biāo) 學(xué)習(xí)任務(wù) 操作步驟 交互形式 評(píng)價(jià)機(jī)制等 學(xué)習(xí)風(fēng)格與媒體類型媒體類型是指用于描述用戶選擇資源媒體格式時(shí)的傾向 學(xué)習(xí)風(fēng)格與抽象程度抽象程度是指用于描述用戶選擇學(xué)習(xí)事實(shí) 結(jié)構(gòu)化 有序化的知識(shí)或是選擇新概念抽象知識(shí)學(xué)習(xí)風(fēng)格與行為模式登陸系統(tǒng) 登陸次數(shù) 登陸總時(shí)間 訪問(wèn)論壇 訪問(wèn)次數(shù) 訪問(wèn)時(shí)間 發(fā)帖量 讀貼量 測(cè)試系統(tǒng) 單次測(cè)試所用時(shí)間 單次測(cè)試預(yù)設(shè)時(shí)間 學(xué)習(xí)資源 媒體類型 抽象系數(shù) 學(xué)習(xí)次數(shù) 實(shí)際學(xué)習(xí)時(shí)間 學(xué)習(xí)預(yù)設(shè)時(shí)間 更新用戶模型中的學(xué)習(xí)風(fēng)格直至使其符合真實(shí)的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格 認(rèn)知水平 認(rèn)知水平的估算主要通過(guò)學(xué)生的練習(xí)測(cè)驗(yàn)記錄估算出學(xué)生對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)的掌握情況 然后系統(tǒng)根據(jù)用戶的認(rèn)知水平不同推薦相應(yīng)層次的知識(shí)資源 從而制定更加個(gè)性化的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)目標(biāo) 從兩個(gè)維度出題 概念知識(shí)理解等級(jí) C 難度級(jí)別 D 采用概念累積計(jì)分法估算學(xué)生認(rèn)知水平 問(wèn)題 Q 概念累積計(jì)分參考值 理解等級(jí) C 3 領(lǐng)域模型構(gòu)建 依據(jù)DublinCore和IEEELOM兩大元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 從章 節(jié) 知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)對(duì)象四部分設(shè)計(jì)領(lǐng)域模型 學(xué)習(xí)對(duì)象本體描述知識(shí)點(diǎn)的各種屬性映射實(shí)體 包括與用戶模型相匹配的媒體類型 抽象系數(shù) 活動(dòng)序列 呈現(xiàn)順序等屬性 領(lǐng)域模型的設(shè)計(jì)規(guī)范 三 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 核心技術(shù)JAVA SQLServer技術(shù)本體技術(shù) 系統(tǒng)的主界面圖 平臺(tái)網(wǎng)址 http 59 73 198 233 9000 sals 活躍型與沉思型更多影響的是學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)序列 活躍型學(xué)習(xí)活動(dòng)序列 沉思型學(xué)習(xí)活動(dòng)序列 視覺(jué)型與言語(yǔ)型更多影響的是學(xué)習(xí)資源的媒體類型 言語(yǔ)型學(xué)習(xí)資源 視覺(jué)型學(xué)習(xí)資源 查看知識(shí)點(diǎn)的前項(xiàng)知識(shí)點(diǎn) 后向知識(shí)點(diǎn)和相關(guān)知識(shí)點(diǎn) 已通過(guò)的知識(shí)點(diǎn)和未通過(guò)的知識(shí)點(diǎn) 采用JAVA的開(kāi)源類庫(kù)JFreeChart實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)習(xí)行為 包括訪問(wèn)學(xué)習(xí)對(duì)象媒體類型和時(shí)間 進(jìn)行實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控 總結(jié) 自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)服務(wù) 根據(jù)學(xué)習(xí)者特征 采取相應(yīng)的學(xué)習(xí)策略 推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑 本研究實(shí)現(xiàn)了以本體技術(shù)為核心 以用戶模型為依據(jù)的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑推薦 真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)的個(gè)性化 進(jìn)一步工作進(jìn)行實(shí)證研究 檢驗(yàn)系統(tǒng)推薦的最佳學(xué)習(xí)路徑和適應(yīng)性學(xué)習(xí)內(nèi)容的信度和效度 進(jìn)一步修正系統(tǒng) 使系統(tǒng)趨于完善 發(fā)表相關(guān)論文及獲獎(jiǎng) 1 基于用戶模型的個(gè)性化本體學(xué)習(xí)資源推薦研究 中國(guó)電化教育 2010 5 2 基于Felder Silverman量表用戶學(xué)習(xí)風(fēng)格模型的修正研究 現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育 2010 1 3 自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)參考模型比較分析研究 中國(guó)電化教育 2009 8 4 語(yǔ)義網(wǎng)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中領(lǐng)域本體的構(gòu)建 吉林大學(xué)學(xué)報(bào) 信息科學(xué)版 2008 9 5 基于語(yǔ)義網(wǎng)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中用戶模型的研究 開(kāi)放教育研究 2008 4 6 基于認(rèn)知風(fēng)格的Web數(shù)據(jù)挖掘構(gòu)建學(xué)生模型 現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育 2008 2 7 基于Web的自適應(yīng)教育超媒體系統(tǒng)現(xiàn)狀及前景分析 中國(guó)電化教育 2007 3 8 PedagogicalStrategyModelinAdaptiveLearningSystemFocusingonLearningStyles Edutainment2010 InternationalConferenceonE learningandGames ChangchunChina 2010 8 EI 9 SOASolutionofAdaptiveLearningSysteminSemanticLearningWeb Proceedingsof2009InternationalConferenceonComputationalIntelligenceandSoftwareEngineering WuhanChina 2009 12 EI 10 StudentModelinAdaptiveLearningSystemBasedonSemanticWeb ProceedingsoftheFirstInternationalWorkshoponEducationTechnologyandComputerScience IEEEComputerSociety WuhanChina 2009 3 EI 11 指導(dǎo)碩士學(xué)位論文 語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中用戶模型的研究 獲吉林省優(yōu)秀碩士學(xué)位論文 2010 吉林省學(xué)位委員會(huì) 謝謝