在線導(dǎo)學(xué)測(cè)試平臺(tái)在學(xué)習(xí)支助服務(wù)系統(tǒng)中的實(shí)踐探索

辛艾桐 張 智

【摘要】 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代教育理論的研究使網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)平臺(tái)在遠(yuǎn)程開放教育教學(xué)中起到舉足輕重的作用,在保證良好教學(xué)效果的同時(shí),絕不能忽視遠(yuǎn)教學(xué)員的學(xué)習(xí)消化,只有做到有授有得才能保證知識(shí)的連續(xù)性?；谥R(shí)推理的在線導(dǎo)學(xué)測(cè)試平臺(tái)用實(shí)時(shí)反饋和指導(dǎo)學(xué)習(xí)的方式找出知識(shí)的斷點(diǎn),教會(huì)學(xué)生如何學(xué)習(xí),有效地評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)過(guò)程,促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】知識(shí)推理;測(cè)試系統(tǒng);自適應(yīng);雙向反饋

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【論文編號(hào)】1009—8097(2009)11—0118—05

引言

隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)和科教興國(guó)戰(zhàn)略的部署,繼續(xù)學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)成為每個(gè)人生存和發(fā)展必不可少的條件。信息技術(shù)的到來(lái)使網(wǎng)絡(luò)交互式學(xué)習(xí)在教育領(lǐng)域中扮演著越來(lái)越重要的角色,成為現(xiàn)代遠(yuǎn)程開放教育教學(xué)的主要形式和途徑。學(xué)生支持服務(wù)能有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí),也是連接學(xué)生與學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)習(xí)資源的橋梁,是學(xué)生在線學(xué)習(xí)的保障。[1]因此,我們要利用和發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性,有效組織學(xué)員進(jìn)行網(wǎng)上交互學(xué)習(xí),使得他們學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)、提高學(xué)習(xí)能力,重要的就是要掌握學(xué)習(xí)方法。方法的知識(shí)才是最重要的知識(shí)。

一 基于知識(shí)推理的在線導(dǎo)學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的提出

1 雙向反饋平臺(tái)在遠(yuǎn)程開放教育中的必要性

遠(yuǎn)程開放教育作為教育形式的一種,最終的目的還是讓學(xué)生學(xué)到知識(shí)。由于學(xué)生在年齡、知識(shí)水平、專業(yè)背景、工作背景、地理位置、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等方面都比傳統(tǒng)課堂教學(xué)中的學(xué)習(xí)者要復(fù)雜,所以做好遠(yuǎn)程教育的學(xué)生學(xué)習(xí)支助服務(wù)尤為重要。人際交互和基于技術(shù)媒體的雙向通信交流是學(xué)生學(xué)習(xí)支助服務(wù)的核心成分,對(duì)整個(gè)遠(yuǎn)程教育具有重大意義。[2]

在遠(yuǎn)程教育中,師生交流主要是通過(guò)非連續(xù)通信手段(包括函件、電話和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的電子通信手段)實(shí)現(xiàn)的。在遠(yuǎn)程教育中,僅有教學(xué)信息由院校和教師向?qū)W生的單向發(fā)布是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的諸多困難和問(wèn)題應(yīng)該及時(shí)予以處理答復(fù)。在一定意義上,學(xué)生信息反饋的暢通與及時(shí)處理答復(fù)是檢驗(yàn)遠(yuǎn)程教育院校的學(xué)生學(xué)習(xí)支助服務(wù)系統(tǒng)的有效性和效率的基本標(biāo)志。[2]學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的信息反饋往往是具有個(gè)性化的特征,因人而異。對(duì)學(xué)生信息反饋的處理答復(fù)也必須是及時(shí)的、有針對(duì)性的。由此,一個(gè)實(shí)時(shí)解決學(xué)習(xí)問(wèn)題并教會(huì)學(xué)生如何解決問(wèn)題,因“人”施教的網(wǎng)絡(luò)雙向反饋平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。

2 具有知識(shí)推理的在線導(dǎo)學(xué)測(cè)試系統(tǒng)能解決的問(wèn)題

遠(yuǎn)程學(xué)生會(huì)遇到的困難是因人而異的,而且多不勝數(shù),主要的困難有三類:學(xué)習(xí)問(wèn)題、交流問(wèn)題、個(gè)人問(wèn)題。[2]本文提出的測(cè)試系統(tǒng)恰好能彌補(bǔ)這些問(wèn)題中的某些方面。

二 具有知識(shí)推理的在線導(dǎo)學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的反饋功能

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)正向著智能化、個(gè)性化、適應(yīng)性的方向發(fā)展。學(xué)習(xí)診斷是適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)了解學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)效果重要依據(jù),沒有這個(gè)依據(jù),適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)根本無(wú)法了解個(gè)別學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,那就更談不上根據(jù)學(xué)生需求進(jìn)行適應(yīng)性教學(xué)了。適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)對(duì)教學(xué)診斷測(cè)試具有非常嚴(yán)格的要求,它要求這種測(cè)試能盡可能測(cè)量出學(xué)生學(xué)習(xí)的效果,即哪些知識(shí)已掌握,那些知識(shí)還需要繼續(xù)學(xué)習(xí);同時(shí)這種測(cè)試還要求必須具有極高效率,盡可能的以最少的測(cè)試內(nèi)容診斷出學(xué)生的真實(shí)能力,而且在不同環(huán)境、不同時(shí)間內(nèi)所診斷的結(jié)論是一致的。一個(gè)比較合適的測(cè)量系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)自適應(yīng)測(cè)試(Computer Adaptive Test-CAT)。它的核心是:依據(jù)受測(cè)試者答題情況不斷計(jì)算其當(dāng)前能力值和信息量,并根據(jù)這些參數(shù)實(shí)時(shí)地調(diào)整試題水平,直到受測(cè)試者的能力被恰當(dāng)估計(jì)出來(lái)為止。一般說(shuō)來(lái),自適應(yīng)考試僅需要傳統(tǒng)考試方式一半的時(shí)間和約為40%～60%的長(zhǎng)度就可取得同樣的效果。[3]

1 測(cè)試前的反饋

在遠(yuǎn)程教育中,作業(yè)和檢測(cè)也是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育個(gè)別化教學(xué)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的重要途徑和手段。由于學(xué)習(xí)環(huán)境、年齡等因素,使得他們的課后作業(yè)疑難解答和復(fù)習(xí)難以完全到位,所以測(cè)試系統(tǒng)本身可以起到檢測(cè)學(xué)習(xí)的作用。同時(shí)由于每個(gè)學(xué)生的知識(shí)水平和學(xué)習(xí)情況不一樣,籠統(tǒng)的測(cè)試只會(huì)影響學(xué)生后面的測(cè)試效果,所以在測(cè)試前應(yīng)對(duì)學(xué)生者的基礎(chǔ)水平進(jìn)行估測(cè),然后在此基礎(chǔ)上給出難度相當(dāng)?shù)念}檢測(cè)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況。對(duì)于已經(jīng)進(jìn)行過(guò)測(cè)試的學(xué)生,每次登錄系統(tǒng)后的測(cè)試起點(diǎn)應(yīng)以上次測(cè)試的水平為準(zhǔn)。

2 測(cè)試中的反饋

(1)系統(tǒng)反饋機(jī)制

基于知識(shí)推理的在線導(dǎo)學(xué)測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)歷史記錄以及學(xué)習(xí)績(jī)效,動(dòng)態(tài)的組織和呈現(xiàn)與學(xué)習(xí)者本人當(dāng)前學(xué)習(xí)能力最相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。它利用數(shù)據(jù)庫(kù)智能檢索(Intelligent Retrieval From Database)[4]能準(zhǔn)確地測(cè)試學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)或?qū)W習(xí)效果,即測(cè)量哪些知識(shí)學(xué)生已經(jīng)掌握,哪些還沒有掌握,對(duì)暫時(shí)沒有掌握的內(nèi)容進(jìn)行逆向?qū)訉油评?給出學(xué)習(xí)提示,當(dāng)推理到達(dá)知識(shí)節(jié)點(diǎn)底層時(shí),則呈現(xiàn)當(dāng)前最適合的學(xué)習(xí)資源,以此作為自適應(yīng)學(xué)習(xí)中動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的依據(jù)。其反饋機(jī)制如下圖所示:

測(cè)試系統(tǒng)從登錄開始時(shí)進(jìn)行測(cè)試,識(shí)別出學(xué)生原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)、認(rèn)知水平,或是結(jié)合學(xué)生前次學(xué)習(xí)過(guò)程的歷史記錄,對(duì)學(xué)生的知識(shí)水平和能力進(jìn)行估測(cè),從而可根據(jù)學(xué)習(xí)者的自學(xué)能力、接受能力、理解能力呈現(xiàn)與他能力最適應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容;正式測(cè)試是針對(duì)性的測(cè)試,為學(xué)生發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)并進(jìn)行鞏固性復(fù)習(xí)提供依據(jù);對(duì)同等難度級(jí)別進(jìn)行測(cè)試,主要是對(duì)根據(jù)項(xiàng)目反應(yīng)理論(IRT)考慮潛在因素對(duì)學(xué)生測(cè)試效果的影響,諸如心理焦慮、緊張、視力欠佳等問(wèn)題。

在正式測(cè)試過(guò)程中,學(xué)生題目回答正確,根據(jù)自適應(yīng)原則,下一題難度上升,同時(shí)應(yīng)遵循知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),呈現(xiàn)的是與上題知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的高難度題。當(dāng)溢出該知識(shí)點(diǎn)時(shí),應(yīng)以章節(jié)為單位,抽取與該知識(shí)點(diǎn)所在章節(jié)聯(lián)系緊密的章節(jié)的某一知識(shí)點(diǎn)題,出題難度級(jí)別應(yīng)從弱到強(qiáng),這樣便于被測(cè)者知識(shí)的梳理和貫通。同時(shí)出于個(gè)性化考慮,對(duì)于基礎(chǔ)較好的學(xué)生,在他做連續(xù)做對(duì)難度不斷上升的三題以上,系統(tǒng)會(huì)對(duì)難度進(jìn)行跳躍式上升。繼續(xù)答對(duì)則繼續(xù)跳躍式上升,只要難度達(dá)到最大,系統(tǒng)自動(dòng)結(jié)束考試。如果學(xué)生回答錯(cuò)誤,則題目難度下降,同時(shí)不能偏離該知識(shí)點(diǎn)的范圍,即逆推過(guò)程既要保證自適應(yīng)出題,從次難題到較易題,又要保證題目范圍在該知識(shí)點(diǎn)相關(guān)連接區(qū)域之內(nèi)。當(dāng)難度達(dá)到最底層(指數(shù)最低)且分知識(shí)點(diǎn)達(dá)到原級(jí),跳出測(cè)試,頁(yè)面則呈現(xiàn)與題目知識(shí)點(diǎn)相匹配的學(xué)習(xí)資料,電子課件,專有習(xí)題解答(采用錨點(diǎn)定位到知識(shí)點(diǎn)的具體位置)。對(duì)于計(jì)算要求較高的題,頁(yè)面則會(huì)出現(xiàn)做題的提示信息和具體解題步驟。學(xué)習(xí)完畢,學(xué)生可點(diǎn)擊“結(jié)束學(xué)習(xí),繼續(xù)測(cè)試”按鈕,重回測(cè)試介面,呈現(xiàn)與最后學(xué)習(xí)前一題的難度級(jí)別和知識(shí)點(diǎn)想匹配的題,題目不能溢出此界?；卮鹫_,則進(jìn)入“正確”模塊;回答錯(cuò)誤,給出幾道低難度的其它題(如另一章節(jié))的再測(cè)試,相當(dāng)于進(jìn)入程序的進(jìn)口。這種并不立即結(jié)束考試的緩沖做法,可以避免盲目判斷學(xué)生的整體學(xué)習(xí)能力和認(rèn)知風(fēng)格,并且給學(xué)生在別的章節(jié)題測(cè)試表現(xiàn)的機(jī)會(huì),多維度進(jìn)行檢測(cè)?？紤]遠(yuǎn)程開放教育學(xué)生的學(xué)生背景和學(xué)習(xí)時(shí)間的復(fù)雜性,測(cè)試以答題數(shù)目最多30道為限。這是除人工可以點(diǎn)擊“結(jié)束考試”自動(dòng)退出之外的另外一個(gè)退出接口,由系統(tǒng)自動(dòng)結(jié)束測(cè)試。一是每個(gè)人全身心投入的注意力只有15-30分鐘左右,題量越大時(shí)間越長(zhǎng)越影響做題效果;二是30道題一般可以包含7個(gè)知識(shí)點(diǎn)(以每道題可聯(lián)系4道關(guān)聯(lián)題來(lái)算),基本可以滿足學(xué)生的求知欲。由于本在線測(cè)試系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的,考慮運(yùn)行速度,一般宜采用這種固定長(zhǎng)度原則(fixed length)作為測(cè)試終止原則。

(2)知識(shí)概念結(jié)構(gòu)圖

學(xué)習(xí)資源是由各個(gè)知識(shí)點(diǎn)組成的,知識(shí)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上一般是樹狀,或者說(shuō)是層次結(jié)構(gòu),如圖2。

根據(jù)知識(shí)樹的特點(diǎn)和難度自適應(yīng)的要求,設(shè)計(jì)了題目的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。包括下列資源表:章節(jié)表、類節(jié)點(diǎn)表、知識(shí)點(diǎn)表。如下表2、表3、表4、表5。

3 測(cè)試后的評(píng)價(jià)

學(xué)生在測(cè)試過(guò)程中,可以通過(guò)個(gè)人良好表現(xiàn)自動(dòng)結(jié)束考試或是主動(dòng)點(diǎn)擊“結(jié)束考試”按鈕后,得到一份能力測(cè)試報(bào)告,對(duì)本次的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行一個(gè)量化分析和評(píng)價(jià)。

根據(jù)布普姆的教育目標(biāo)分類學(xué),教育目標(biāo)分為認(rèn)知領(lǐng)域、情感領(lǐng)域和心理動(dòng)作技能領(lǐng)域。認(rèn)知領(lǐng)域的教育目標(biāo)由低級(jí)到高級(jí)共分為六級(jí):知識(shí)、領(lǐng)會(huì)、運(yùn)用、分析、綜合和評(píng)價(jià)。同時(shí)布魯姆認(rèn)為,教師應(yīng)該根據(jù)教育目標(biāo)分類學(xué)的規(guī)定,將每一學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)具體化。因?yàn)槿魏我坏李}不可能只考查某一方面的能力,所以測(cè)試的目標(biāo)因子應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的多要素集合,構(gòu)成的向量空間可表示為:U={U1,U2,…,Un},根據(jù)布魯姆提出的認(rèn)知活動(dòng)的認(rèn)知規(guī)律,結(jié)合具體的試題庫(kù),測(cè)試系統(tǒng)采用多級(jí)綜合模糊數(shù)據(jù)模型,針對(duì)學(xué)生的綜合能力進(jìn)行評(píng)價(jià),U具體表示為:U={記憶,理解,運(yùn)用,分析}。這個(gè)矢量中的每一個(gè)分量表示題目所考查的某一方面的認(rèn)知能力,每一分量的側(cè)重模糊度采用模糊語(yǔ)言值布爾量{極弱,較弱,一般,較強(qiáng),極強(qiáng)}表示。將其轉(zhuǎn)化為[0,1]內(nèi)的實(shí)數(shù):極弱=0.1,較弱=0.3,一般=0.5,較強(qiáng)=0.7,極強(qiáng)=1。其形式為:

其中rij的具體含義為:某一認(rèn)知層次屬于某一試題的隸屬度。測(cè)試系統(tǒng)將以套題為單位,每套題總共有十五個(gè)小題,只有對(duì)錯(cuò)兩種結(jié)果A=(0,1),這樣學(xué)生的答案將是一個(gè)由0或1組成的向量A= {a1,…,aj,…,am} ,可得出學(xué)生表現(xiàn)出的認(rèn)知能力水平,設(shè)公式為:

其中i=1,…,m,j=1,…,n,設(shè)系統(tǒng)m=學(xué)生在結(jié)束測(cè)試前的所有題數(shù),n=4,U為四維空間,其意義為:{記憶能力,理解能力,運(yùn)用能力,分析能力},每種能力均有{極弱,較弱,一般,較強(qiáng),極強(qiáng)}五種水平級(jí),這樣就會(huì)得出評(píng)語(yǔ)集B=[B1,B2...B4]。其中Bj={e1,e2,e3,e4 ],ej∈水平集記憶能力(r1)、理解能力(r2)、運(yùn)用能力(r3)、分析能力(r4),這四個(gè)字段賦予了認(rèn)知能力的隸屬度。測(cè)試后,可得到B1,B2,B3,B4四個(gè)數(shù)值型數(shù)據(jù),并且有0

設(shè)學(xué)生的答案是(1,0,1,1,0),得到B1=0.65,B2=0.65,B3=0.37,B4=0.5,就有:IF((0.6<=記憶能力<0.8)AND(0.6<=理解能力<0.8)AND(0.2<=運(yùn)用能力<0.4)AND(0.4<=分析能力<0.6))THEN(評(píng)價(jià)結(jié)論為:記憶能力較強(qiáng),理解能力較強(qiáng),運(yùn)用能力較弱,分析能力一般,你的認(rèn)知風(fēng)格為整體雙重型[5])。

三 在線測(cè)試平臺(tái)的發(fā)展與展望

對(duì)于學(xué)生者而言,學(xué)習(xí)資源的細(xì)化和學(xué)習(xí)活動(dòng)的序列化有利于學(xué)習(xí)者根據(jù)需要方便、靈活地獲取資源和參與活動(dòng),有利于跟蹤記錄學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)資源利用情況和活動(dòng)參與情況,從而提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)反饋與建設(shè),這對(duì)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的在線學(xué)習(xí)十分重要。[6]本測(cè)試系統(tǒng)用難度自適應(yīng)匹配不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,用逆向推理尋找父級(jí)知識(shí)點(diǎn)的方式解決了學(xué)習(xí)診斷中學(xué)習(xí)焦點(diǎn)堵塞的實(shí)際問(wèn)題,是值得肯定的。系統(tǒng)從登錄開始測(cè)試到測(cè)試結(jié)束,全面的分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的歷程,判斷學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)能力和認(rèn)知風(fēng)格,將學(xué)習(xí)資料以最適合學(xué)習(xí)者的方式呈現(xiàn),將所學(xué)知識(shí)以連續(xù)的、聯(lián)結(jié)的方式進(jìn)行梳理和導(dǎo)通,是教會(huì)學(xué)生如何有效的進(jìn)行學(xué)習(xí)的良方。

與些同時(shí),測(cè)后重“評(píng)”。教學(xué)自動(dòng)測(cè)評(píng)是計(jì)算機(jī)輔助評(píng)價(jià)(Computer Assisted Assessment)的核心內(nèi)容和研究前沿之一。[4]客觀而又真實(shí)的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力最貼切的反映,同時(shí)也是學(xué)生找到差距,重新找到學(xué)習(xí)起點(diǎn)的合理依據(jù)。在線測(cè)試平臺(tái)可以嘗試人工智能中的技術(shù)和模糊數(shù)學(xué)的算法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和算法進(jìn)行改進(jìn),同時(shí)應(yīng)該用邏輯斯蒂模型(Logistic Equation)或其他合理的方式客觀地處理好答題過(guò)程中的隱性因素。

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