英語(yǔ)教學(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)中個(gè)性化檢索模塊的設(shè)計(jì)

【摘要】針對(duì)目前教學(xué)資源服務(wù)中普遍存在的海量教學(xué)資源與用戶(hù)個(gè)性化需求之間的矛盾，在基于校園網(wǎng)的英語(yǔ)教學(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)中建立了一個(gè)教學(xué)資源個(gè)性化檢索模型，該模型把基于網(wǎng)絡(luò)的個(gè)性化信息服務(wù)引入英語(yǔ)教學(xué)資源體系，尊重用戶(hù)中存在的差異，學(xué)習(xí)和跟蹤用戶(hù)的個(gè)性化興趣，并根據(jù)用戶(hù)的個(gè)性化興趣特征對(duì)英語(yǔ)教學(xué)資源進(jìn)行過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)少而精的教學(xué)資源個(gè)性化檢索。實(shí)驗(yàn)表明：該模型能有效地提高英語(yǔ)教學(xué)資源服務(wù)中個(gè)性化檢索的查全率和查準(zhǔn)率。

【關(guān)鍵詞】英語(yǔ)教學(xué)資源；個(gè)性化檢索；過(guò)濾技術(shù)；用戶(hù)模型

【中圖分類(lèi)號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097 (2008) 12—0094—03

引言

英語(yǔ)教學(xué)資源是指蘊(yùn)涵了特定的教育信息，可以提供給英語(yǔ)學(xué)習(xí)者使用，能幫助和促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的各類(lèi)英語(yǔ)信息資源，特別是能以數(shù)字信號(hào)在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行傳輸?shù)挠⒄Z(yǔ)教學(xué)資源。數(shù)字化和教育價(jià)值是它的核心特征。網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)與外語(yǔ)教學(xué)的有機(jī)整合極大地豐富了外語(yǔ)教學(xué)的信息資源。特別是，Internet的出現(xiàn)，使得大量的真實(shí)而鮮活的語(yǔ)料資源實(shí)現(xiàn)了電子化和網(wǎng)絡(luò)化，變“供給制”為“自助餐式”，為學(xué)習(xí)者提供了自主選擇語(yǔ)料的廣闊天地。為主動(dòng)式學(xué)習(xí)創(chuàng)造了有利條件。電子載體語(yǔ)料源不僅從數(shù)量上達(dá)到了“應(yīng)有盡有”的豐富程度，而且從質(zhì)量上實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的“零時(shí)差”，從根本上改變了外語(yǔ)資源單一匱乏和陳舊老化的局面[1]。

按照教育部現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)資源建設(shè)委員會(huì)于2000年5月所推出的《現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定[2]，從教學(xué)資源建設(shè)的實(shí)際出發(fā)，把教學(xué)資源分為以下幾類(lèi)：媒體素材、題庫(kù)、試卷素材、課件、案例、文獻(xiàn)資料、常見(jiàn)問(wèn)題解答、資源目錄索引和網(wǎng)絡(luò)課程。

目前的英語(yǔ)教學(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)主要提供教學(xué)資源上傳、教學(xué)資源查詢(xún)和教學(xué)資源下載等功能。主要就是以“物”為主，未能體現(xiàn)“以人為本”的思想，特別是現(xiàn)有的教學(xué)資源庫(kù)不具備個(gè)性化和智能化等特性，從而普遍存在海量教學(xué)資源與用戶(hù)個(gè)性化需求之間的矛盾[3]。由于這個(gè)矛盾的存在，一方面造成了教學(xué)資源的巨大浪費(fèi)，另一方面，為用戶(hù)查找和使用所需要的教學(xué)資源造成了巨大的困難。這些問(wèn)題都阻礙了英語(yǔ)教學(xué)資源在教學(xué)中作用的發(fā)揮，造成了極大的教學(xué)資源浪費(fèi)。

向用戶(hù)提供個(gè)性化教學(xué)資源服務(wù)能很好的解決這個(gè)矛盾。個(gè)性化教學(xué)資源服務(wù)是根據(jù)用戶(hù)（這里指學(xué)習(xí)者）的使用行為和特點(diǎn)，來(lái)向用戶(hù)提供滿(mǎn)足其個(gè)性化教學(xué)資源需求的一種服務(wù)。由于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)起點(diǎn)、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)愿望、學(xué)習(xí)步調(diào)等方面存在個(gè)體差異，在進(jìn)行資源庫(kù)建設(shè)時(shí)要考慮資源庫(kù)建設(shè)的多層次、多元化、開(kāi)放性和動(dòng)態(tài)更新及時(shí)性，讓不同的學(xué)習(xí)者能在資源庫(kù)中取得各自所需要的資源。

本文針對(duì)目前教學(xué)資源服務(wù)中普遍存在的海量教學(xué)資源與用戶(hù)個(gè)性化需求之間的矛盾，在校園網(wǎng)英語(yǔ)教學(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)中增加一個(gè)教學(xué)資源個(gè)性化檢索模型（Individualized Search Model of Teaching Resource，以下簡(jiǎn)稱(chēng)ISMTR），該模塊把基于網(wǎng)絡(luò)的個(gè)性化信息服務(wù)引入英語(yǔ)教學(xué)資源體系，尊重用戶(hù)中存在的差異，學(xué)習(xí)和跟蹤用戶(hù)的個(gè)性化興趣，并根據(jù)用戶(hù)的個(gè)性化興趣特征對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)少而精的教學(xué)資源個(gè)性化檢索。

一 關(guān)鍵技術(shù)

1 教學(xué)資源的描述

由于教學(xué)資源中，決大多數(shù)是多媒體信息，它們很難從其內(nèi)容中提取特征。教育部現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)資源建設(shè)委員在《現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》中指出，為了便于檢索和共享，需要對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行屬性標(biāo)注。在這些屬性中，很重要的一項(xiàng)為關(guān)鍵詞屬性。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用關(guān)鍵詞屬性作為教學(xué)資源特征。為了描述關(guān)鍵詞某個(gè)關(guān)鍵詞所代表的知識(shí)點(diǎn)占該教學(xué)資源總體內(nèi)容的比重，我們?cè)陉P(guān)鍵詞結(jié)構(gòu)類(lèi)型中增加一個(gè)“比重”字段，類(lèi)型為數(shù)值型。當(dāng)然，也可以不增加這一字段，系統(tǒng)默認(rèn)每個(gè)關(guān)鍵詞在該教學(xué)資源的比重相同，即每個(gè)關(guān)鍵詞的比重都為1/n，n為該教學(xué)資源的關(guān)鍵詞數(shù)量，一般為5~10個(gè)[4]。

2 用戶(hù)興趣的描述與獲取

（1） 用戶(hù)興趣的描述

用戶(hù)興趣即用戶(hù)的個(gè)性化特征，它是指由人類(lèi)個(gè)體特性所決定的其對(duì)英語(yǔ)教學(xué)資源的需求的特征信息的組合，也就是由特定用戶(hù)對(duì)英語(yǔ)教學(xué)資源需求的決定關(guān)系而產(chǎn)生的一系列對(duì)個(gè)體有用的信息。

在教學(xué)資源采用了以關(guān)鍵詞為特征后，用戶(hù)對(duì)某一教學(xué)資源的興趣就可以用他對(duì)該教學(xué)資源的這些關(guān)鍵詞的興趣。若用戶(hù)對(duì)某個(gè)教學(xué)資源有較大興趣就會(huì)花精力去獲取這些教學(xué)資源。由于Web用戶(hù)對(duì)教學(xué)資源的獲取的基本途徑是瀏覽，因此用戶(hù)的既往瀏覽教學(xué)資源中的包含該用戶(hù)的個(gè)性化特征，用戶(hù)對(duì)教學(xué)資源的訪(fǎng)問(wèn)的次數(shù)越多、最近訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間越近，用戶(hù)對(duì)該教學(xué)資源的興趣度越高。即興趣強(qiáng)度應(yīng)包含訪(fǎng)問(wèn)次數(shù)和最近訪(fǎng)問(wèn)日期這兩個(gè)實(shí)際興趣指標(biāo)。

（2）用戶(hù)興趣的獲取

獲得反映用戶(hù)信息的個(gè)性化信息有這樣兩種方法：第一種方法是由系統(tǒng)記錄用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)特征形成日志文件，然后通過(guò)分析該日志文件或由瀏覽器產(chǎn)生的日志文件總結(jié)出用戶(hù)興趣模型。第二種方法由用戶(hù)通過(guò)填寫(xiě)表單來(lái)提供自己的個(gè)性化特征信息。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是用戶(hù)興趣模型的收斂快，并且能比較準(zhǔn)確地反映用戶(hù)的需要和興趣。需要用戶(hù)事先總結(jié)自己的信息需求。由于語(yǔ)言表達(dá)的問(wèn)題和分類(lèi)的模糊性與多樣性，用戶(hù)往往不能通過(guò)這種方法將信息需求表達(dá)清楚。另外，因?yàn)樗笥脩?hù)主動(dòng)填寫(xiě)，所以系統(tǒng)不能主動(dòng)跟蹤用戶(hù)的興趣變化。

在本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，對(duì)于新注冊(cè)用戶(hù)，我們采用第二種方法來(lái)收集他們的初始個(gè)性化特征，對(duì)于已注冊(cè)用戶(hù)，我們采用第一種方法來(lái)及時(shí)跟蹤他們的個(gè)性化特征。

3 向量空間模型

向量空間模型是由Salton提出的關(guān)于文檔表示的模型。它以特征項(xiàng)作為文檔表示的基本單位，特征項(xiàng)可以由字、詞或短語(yǔ)組成。所有的特征項(xiàng)構(gòu)成特征項(xiàng)集。每個(gè)文檔可以表示為一個(gè)向量，向量的維數(shù)是特征項(xiàng)集的個(gè)數(shù)，向量的每個(gè)分量是特征項(xiàng)在文檔中出現(xiàn)的次數(shù)[5]。表達(dá)文檔和用戶(hù)興趣比較直接的做法是利用文檔特征。用戶(hù)興趣是多方面的，可以直接利用從瀏覽過(guò)的文檔中抽取的詞來(lái)表達(dá)用戶(hù)興趣。該方法不局限于預(yù)定義好的主題詞表，矢量的維數(shù)一般是不固定的，當(dāng)然也可以指定一個(gè)固定的大小。

采用向量空間模型表示文檔的特征后，用戶(hù)的興趣就可以看成是一個(gè)文檔，也就可以表示為一個(gè)向量Ｕ。文檔與用戶(hù)興趣的相似程度就可以用文檔向量Ｖ與用戶(hù)興趣向量Ｕ的余弦相似度sim（V，U）來(lái)表示。

4 信息過(guò)濾技術(shù)

目前人們習(xí)慣使用搜索引擎在廣闊的互聯(lián)網(wǎng)上獲取所需信息。但是當(dāng)人們輸入一個(gè)關(guān)鍵詞后，會(huì)有成百上千條乃至更多的信息被提供給用戶(hù)，然而可能其中僅有一小部分信息滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性需求，甚至沒(méi)有。這就是所謂的信息龐大而知識(shí)匱乏。這就需要根據(jù)用戶(hù)的個(gè)性興趣進(jìn)行信息過(guò)濾，把所得到的不相關(guān)信息減至最小。

信息過(guò)濾技術(shù)（Information Filtering）正是為解決這一問(wèn)題而提出的[6]。它是用來(lái)描述尋找符合人們興趣的信息處理過(guò)程，也就是從大量的動(dòng)態(tài)信息中找出最忠實(shí)地滿(mǎn)足用戶(hù)所需信息的過(guò)程。它使用用戶(hù)模型（User Model）來(lái)描述用戶(hù)興趣主題，將新來(lái)的信息或者用戶(hù)檢索到的信息與用戶(hù)模型進(jìn)行相關(guān)度計(jì)算，然后對(duì)信息按相關(guān)度進(jìn)行排序，過(guò)濾掉不相關(guān)的或者相關(guān)度小于某一個(gè)閾值的信息。通過(guò)信息濾波，與用戶(hù)個(gè)性不相關(guān)的信息即用戶(hù)不感興趣信息被過(guò)濾掉了，反饋的結(jié)果都是用戶(hù)感興趣的信息，并按相關(guān)度大小排序。

二 模塊設(shè)計(jì)

ISMTR模型的主要功能是在網(wǎng)絡(luò)英語(yǔ)教學(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)中學(xué)習(xí)和跟蹤用戶(hù)的個(gè)性化興趣，并根據(jù)用戶(hù)的個(gè)性化興趣特征對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行過(guò)濾，幫助用戶(hù)在海量的網(wǎng)絡(luò)英語(yǔ)教學(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)中快速而準(zhǔn)確檢索他所感興趣的教學(xué)資源。ISMTR模型的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

（1）特征提取模塊實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶(hù)對(duì)英語(yǔ)教學(xué)資源瀏覽和相關(guān)反饋，來(lái)提取用戶(hù)感興趣的教學(xué)資源的特征信息，然后把這些特征信息保存在用戶(hù)個(gè)性特征庫(kù)中并及時(shí)跟蹤和更新。當(dāng)用戶(hù)在對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行瀏覽、下載和檢索操作時(shí)，特征提取模塊提取用戶(hù)個(gè)性化訪(fǎng)問(wèn)的特征信息，包括教學(xué)資源的關(guān)鍵詞、訪(fǎng)問(wèn)日期和累計(jì)訪(fǎng)問(wèn)次數(shù)，并把這些信息保存在用戶(hù)個(gè)性特征庫(kù)中。

（2）用戶(hù)個(gè)性特征庫(kù)用于記錄用戶(hù)的個(gè)性化信息。它動(dòng)態(tài)跟蹤用戶(hù)的興趣，提取并記錄關(guān)鍵詞作為用戶(hù)個(gè)性特征，并為用戶(hù)模型構(gòu)建模塊提供用戶(hù)特征；

（3）用戶(hù)模型構(gòu)建模塊完成從用戶(hù)個(gè)性特征庫(kù)提取關(guān)鍵詞來(lái)構(gòu)成個(gè)體用戶(hù)模型；

（4）個(gè)性化教學(xué)資源過(guò)濾模塊是該ISMTR模型最重要的一個(gè)模塊，它可以根據(jù)用戶(hù)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)英語(yǔ)教學(xué)資源的過(guò)濾；在我們的系統(tǒng)中，我們使用用戶(hù)興趣向量U來(lái)作為用戶(hù)模型（User Model），以此來(lái)描述用戶(hù)興趣主題；同時(shí)我們提取教學(xué)資源的關(guān)鍵詞來(lái)形成特征向量R。將用戶(hù)檢索到的教學(xué)資源的文檔特征向量R與用戶(hù)興趣向量U進(jìn)行余弦相關(guān)度計(jì)算，余弦值越大表明它們的相關(guān)度Sim（U，R）也就越大，反之則越小。計(jì)算公式如下：

（5）個(gè)性化檢索模塊是接受用戶(hù)的檢索請(qǐng)求，由過(guò)濾功能模塊根據(jù)用戶(hù)模型對(duì)英語(yǔ)教學(xué)資源進(jìn)行過(guò)濾，形成個(gè)性化檢索結(jié)果。用戶(hù)把自己的查詢(xún)需求表達(dá)成由關(guān)鍵詞組成的檢索詞或檢索表達(dá)式，通過(guò)用戶(hù)界面輸入到系統(tǒng)；系統(tǒng)接收到用戶(hù)的檢索詞或檢索表達(dá)式后，由資源庫(kù)管理模塊依據(jù)查詢(xún)字段的匹配，從英語(yǔ)教學(xué)資源庫(kù)中查找出所有滿(mǎn)足條件的教學(xué)資源，形成第一次檢索結(jié)果；然后，由過(guò)濾功能模塊根據(jù)用戶(hù)模型對(duì)英語(yǔ)教學(xué)資源庫(kù)中符合第一次檢索結(jié)果的教學(xué)資源進(jìn)行過(guò)濾，得到按相關(guān)度排序的所有與用戶(hù)模型相關(guān)的教學(xué)資源，形成個(gè)性化檢索結(jié)果提交給用戶(hù)。

（6）英語(yǔ)教學(xué)資源庫(kù)保存英語(yǔ)教學(xué)資源的詳細(xì)信息，包括資源編號(hào)、資源名稱(chēng)、適用對(duì)象、內(nèi)容簡(jiǎn)介、關(guān)鍵詞、文件大小、存儲(chǔ)位置等。在這些屬性中，很重要的一項(xiàng)為關(guān)鍵詞屬性，它是教學(xué)資源的特征屬性。

（7）ISMTR模型的工作過(guò)程：首先由特征提取模塊來(lái)提取用戶(hù)感興趣的英語(yǔ)教學(xué)資源的特征信息，并把這些特征信息保存在用戶(hù)個(gè)性特征庫(kù)中并及時(shí)跟蹤和更新，其次由用戶(hù)模型構(gòu)建模塊根據(jù)用戶(hù)的個(gè)性化特征信息構(gòu)成用戶(hù)模型，然后由個(gè)性化教學(xué)資源過(guò)濾模塊根據(jù)用戶(hù)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)資源的過(guò)濾，最后由個(gè)性化檢索模塊根據(jù)過(guò)濾結(jié)果實(shí)現(xiàn)個(gè)性化檢索。

三 實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了得到實(shí)驗(yàn)對(duì)比效果，我們把ISMTR系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，去除與個(gè)性化服務(wù)相關(guān)的特征提取模塊、用戶(hù)模型生成模塊以及個(gè)性化教學(xué)資源過(guò)濾模塊，形成一個(gè)不具備個(gè)性化服務(wù)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為對(duì)比。用戶(hù)在對(duì)照實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行英語(yǔ)教學(xué)資源檢索時(shí)，把自己的查詢(xún)需求表達(dá)成由關(guān)鍵詞組成的檢索詞或檢索表達(dá)式，通過(guò)用戶(hù)界面輸入到系統(tǒng)；系統(tǒng)接收到用戶(hù)的檢索詞或檢索表達(dá)式后，由傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)依據(jù)查詢(xún)字段的匹配，從教學(xué)資源庫(kù)中查找出所有滿(mǎn)足條件的教學(xué)資源，形成檢索結(jié)果。

信息過(guò)濾的主要技術(shù)包括三個(gè)方面：一是用戶(hù)模型和教學(xué)資源的表示技術(shù)，二是匹配技術(shù)，三是相關(guān)反饋的利用技術(shù)。系統(tǒng)中用戶(hù)模板和文檔的表示均采用向量空間模型，匹配技術(shù)采用計(jì)算向量空間距離的方法，相關(guān)反饋為用戶(hù)對(duì)于給出的教學(xué)資源做出明確的二元判斷，即“滿(mǎn)意”或者“不滿(mǎn)意”，其結(jié)果用來(lái)改進(jìn)特征項(xiàng)的比重，進(jìn)而影響相似度。

目前對(duì)信息檢索的代表性的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為：查準(zhǔn)率（Precision）和查全率（Recall）。

這兩個(gè)指標(biāo)是目前信息服務(wù)系統(tǒng)最常用的指標(biāo)，它們定義如下[7]：

查準(zhǔn)率=（過(guò)濾結(jié)果中符合用戶(hù)興趣的信息條數(shù)）/（過(guò)濾結(jié)果得到得信息條數(shù)）；

查全率=（過(guò)濾結(jié)果中符合用戶(hù)興趣的信息條數(shù)）/（信息源中符合用戶(hù)興趣的全部信息條數(shù)）。

ITRDS系統(tǒng)注冊(cè)的用戶(hù)總數(shù)為40人，建立40個(gè)用戶(hù)個(gè)性特征庫(kù)，興趣小組的人數(shù)為21人，教學(xué)資源庫(kù)規(guī)模為67個(gè)，取相似度最大的前10篇教學(xué)資源提供給相應(yīng)的用戶(hù)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，ITRDS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平均查準(zhǔn)率為0.2平均查全率為0.13；而對(duì)照實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平均查準(zhǔn)率為0.16平均查全率為0.09。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)ITRDS系統(tǒng)的平均過(guò)濾精度要略大于對(duì)照實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的平均過(guò)濾精度，主要原因在于前者是根據(jù)用戶(hù)的個(gè)性化特征進(jìn)行教學(xué)資源過(guò)濾，其結(jié)果更具有針對(duì)性。由此可得，我們?cè)O(shè)計(jì)的具有用戶(hù)個(gè)性特征學(xué)習(xí)功能和過(guò)濾功能ISMTR模型能有效地提高英語(yǔ)教學(xué)資源服務(wù)中個(gè)性化檢索的查全率和查準(zhǔn)率。

然而，本文所設(shè)計(jì)的ISMTR模型主要針對(duì)的是海量數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于小規(guī)模的數(shù)據(jù)庫(kù)，它的優(yōu)勢(shì)不明顯。此外，用戶(hù)個(gè)性化特征有著一定的滯后性，需要經(jīng)過(guò)多次學(xué)習(xí)后才能收斂。

四 結(jié)束語(yǔ)

在英語(yǔ)教學(xué)資源的應(yīng)用中，每個(gè)學(xué)習(xí)者有各自不同的背景、語(yǔ)言、文化、興趣愛(ài)好，他們的學(xué)習(xí)起點(diǎn)、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)愿望、學(xué)習(xí)步調(diào)等方面存在個(gè)體差異，有各自不同的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)方法。建設(shè)適應(yīng)用戶(hù)個(gè)性化學(xué)習(xí)需要的教學(xué)資源個(gè)性化檢索模型將有助于英語(yǔ)教學(xué)資源庫(kù)的有效運(yùn)用，同時(shí)為用戶(hù)選擇更需要的教學(xué)資源，滿(mǎn)足各種用戶(hù)不同的個(gè)性化需求，使每個(gè)學(xué)習(xí)者能夠在特長(zhǎng)領(lǐng)域中得到充分發(fā)展。

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