自適應學習模型體系結(jié)構(gòu)分析與研究

楊洋

摘 要 自適應學習系統(tǒng)是當今現(xiàn)代化教育手段的研究熱點。先分析自適應學習系統(tǒng)的一般架構(gòu)模型，接著闡述現(xiàn)今具有代表性的幾種參考模型，并從模型關(guān)聯(lián)度、所能解決的問題等方面進行分析比較，為深入研究和設計通用性自適應學習系統(tǒng)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 自適應學習模型；參考模型；領(lǐng)域模型

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）04-0033-03

Abstract Adaptive learning system is hot point of modern education means research. Here we firstly analyzed the general architecture model of adaptive learning system. Then the representative reference

models were expounded and compared in the degree of the model correlation and problem solvation ability， this paper analyzes and compares， which would provide the basis for further research and design of general adaptive learning system.

Key words adaptive learning model； reference model； domain model

1 引言

網(wǎng)絡教育是當前教育界的一個研究熱點，網(wǎng)絡學習方式也越來越普及，這種學習方式以學習者為中心，向?qū)W習者提供個性化的學習內(nèi)容、個性化的學習形式和個性化的學習服務。

學習者在使用自適應學習系統(tǒng)時，可以自由選擇學習路徑和調(diào)整學習進度，系統(tǒng)還可以引領(lǐng)和指導學習者進行自主學習，用來滿足學習者的不同學習需求[1]。自適應學習系統(tǒng)雖然注重提供自適應能力，但是系統(tǒng)之間可比性不高，可以將其歸入?yún)⒖寄Ｐ椭小⒖寄Ｐ透鶕?jù)標準和規(guī)則來指導系統(tǒng)開發(fā)，并說明系統(tǒng)中組件之間的交互方式。因此，開發(fā)自適應學習系統(tǒng)需要先研究參考模型。

2 自適應學習系統(tǒng)的一般架構(gòu)模型

目前自適應學習系統(tǒng)如AEHS（Adaptive Educational Hypermedia Systems）、AHA、ACCT等，美國匹茲堡大學信息科學學院的Peter Brusilovsky提出一個自適應學習系統(tǒng)AEHS的通用模型[2]，如圖1所示。

其中，領(lǐng)域模型描述了領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)、概念知識和概念間的聯(lián)系；學生模型，也叫用戶模型，它描述了用戶的特性，如使用系統(tǒng)的用戶的文化、個人愛好和興趣傾向等信息，該組件可以提取或重新賦予學生的特性。學生模型信息訪問領(lǐng)域模型是一種規(guī)則，它定義了教育學模型，規(guī)則的制定依據(jù)了領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)。自適應引擎可以對用戶進行個性化選擇、注釋和呈現(xiàn)學習內(nèi)容，是創(chuàng)建、更新領(lǐng)域概念和鏈接的軟件環(huán)境。接口模塊表明并定義了用戶與自適應學習系統(tǒng)間的交互方式，包含評價、自適應和推測機制，其中的數(shù)據(jù)可以推測用戶的特點。

3 自適應學習系統(tǒng)的主要模型

其實，AEHS從嚴格意義上說并不能稱為參考模型，因為AEHS并沒有標準的參考模型和架構(gòu)體系。實際上，第一個被開發(fā)出來的參考模型是自適應超媒體應用模型（AHAM），隨后有LAOS、XML自適應媒體模型（XAHM）和WebML等參考模型。從結(jié)構(gòu)上看，AHAM劃分了AEHS的組成部分。

AHAM AHAM（Adaptive Hypermedia Application Model，自適應超媒體應用模型）分為五層[3]，是基于早期的Dexter模型建立的，如圖2所示。

1）運行時層。該層包含了與用戶訪問系統(tǒng)和向用戶呈現(xiàn)信息的組件，并且決定向終端用戶以何種方式呈現(xiàn)內(nèi)容。

2）存儲層。該層是AHAM的核心層，由3個子層組成，每個子層構(gòu)成一個子模型。

①領(lǐng)域模型。該模型描述領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu)，如實體和實體之間的聯(lián)系。實體具有不同的特征，能夠唯一識別實體的、具有同樣特征的概念可以具有不同的數(shù)據(jù)類型。

②用戶模型。該模型描述終端用戶的特征，它存儲了關(guān)于實體的屬性值。用戶模型根據(jù)領(lǐng)域模型進行細粒度設計，用戶模型中的每一個實體可具有不同的屬性和值。

③自適應模型。該模型是實現(xiàn)自適應功能的基礎，它可以根據(jù)領(lǐng)域模型和用戶模型的結(jié)構(gòu)決定如何產(chǎn)生自適應操作。

3）自適應引擎層。該層主要解釋了自適應模型中的自適應規(guī)則，啟動一個規(guī)則會觸發(fā)另一規(guī)則，體現(xiàn)系統(tǒng)的自適應操作。

4）錨固層。該層是內(nèi)部組件層和自適應引擎層的通信接口，提供了自適應引擎規(guī)則與實際存儲信息的匹配功能。

5）內(nèi)部組件層。該層主要存儲實際信息，錨固層中的連接點對該層中的信息匹配存儲層中的各子模型間的連接。

LAOS LAOS是一種通用復合自適應媒體模型[4]，是依據(jù)AHAM模型和概念圖并基于編輯更新規(guī)則的三層模型創(chuàng)建的。LAOS定義了五層模型：領(lǐng)域模型、用戶模型、目標和約束模型、自適應模型和呈現(xiàn)模型。LAOS相比AHAM來看，引入了目標和約束模型，該模型起著中間編輯作用，目標指向關(guān)注的點，約束限定查詢的范圍。概念圖由領(lǐng)域模型、目標和約束模型、用戶模型共同組成，LAOS通過屬性將概念定義為語義獨立的實體。呈現(xiàn)模型考慮了終端物理特性，比如PAD、手機等不同的顯示風格等，從而使得程序移植性較好。

XAHM XAHM是一種基于XML的面向?qū)ο竽Ｐ蚚5]，該模型以XML作為基本數(shù)據(jù)格式，分為應用領(lǐng)域模型、用戶模型和自適應模型。自適應模型使用多維度方法，從用戶行為、外部環(huán)境和技術(shù)方面等進行描述。實際上，XAHM模型主要區(qū)分出由用戶需求的自適應和由技術(shù)限制的自適應。

WebML WebML是一種可視化語言，也作為一種自適應學習系統(tǒng)的參考模型[6]，用于說明Web應用程序的內(nèi)容結(jié)構(gòu)和組織形式，并可以轉(zhuǎn)換為超文本格式。WebML主要包含了個性化模型和用戶建模方法，基于WebML構(gòu)建的自適應系統(tǒng)包含了4個模型。

1）結(jié)構(gòu)模型。該模型呈現(xiàn)具體數(shù)據(jù)內(nèi)容，如實體與實體間的聯(lián)系。

2）超文本模型。該模型描述了通過數(shù)據(jù)模式初始化好的內(nèi)容如何發(fā)布成超媒體文件。

3）呈現(xiàn)模型。該模型以XML語法表現(xiàn)頁面布局和圖形樣式，呈現(xiàn)風格包含了頁面屬性和頁面內(nèi)容等。

4）個性化模型。該模型以實體形式陳述用戶之間的聯(lián)系，個性化機制通常采用聲明式個性化和程序式個性化。

自適應學習路徑模型 自適應學習路徑模型的構(gòu)建主要有生成所有的學習路徑和選擇適應性的學習路徑兩個步驟，該模型分成學習者自適應層、概念層和學習目標層[7]。

1）學習目標層。該層結(jié)構(gòu)上的每一個目標都有與之相對應的學習概念，選擇出與學習目標層結(jié)構(gòu)上對應的學習目標的學習概念形成概念層。

2）概念層的結(jié)構(gòu)繼承了領(lǐng)域概念本體的結(jié)構(gòu)。

3）學習者自適應層是指與學習者的學習習慣、學習偏好和適應度值進行選擇設置。

4 各參考模型分析比較

關(guān)聯(lián)度 從關(guān)聯(lián)度來看，AHAM模型中，與領(lǐng)域模型相關(guān)的自適應和技術(shù)層面因素之間關(guān)聯(lián)度高，分離不明確；LAOS模型中，引入目標和約束層，該層將領(lǐng)域知識信息和教育學信息隔離，關(guān)聯(lián)度低；XHAM模型中，自適應性和技術(shù)層面因素之間無關(guān)聯(lián)，明確分離；WebML模型中，與領(lǐng)域模型相關(guān)的自適應和技術(shù)層面因素之間無關(guān)聯(lián)，明確分離；自適應學習路徑模型中，分為生成學習路徑和選擇學習路徑兩個步驟，根據(jù)學習者的學習特性選擇合適資源，形成所有的學習路徑，然后根據(jù)適應度選擇適合學習者的學習路徑并呈現(xiàn)給學習者。

解決的問題 基于Dexter模型建立的適應性較強的參考模型，該模型中的領(lǐng)域模型扮演者自適應超媒體程序的中心角色，用戶模型描述用戶和領(lǐng)域模型聯(lián)系方式。

LAOS模型是基于AHAM模型和概念圖建立的。該模型中的自適應模型是復合模型，含有概念層、課程層、學生自適應與表現(xiàn)層。其中，概念層描述了領(lǐng)域知識；課程層提供了課程，是對概念層的補充描述；學生自適應與表現(xiàn)層對應著自適應模型和呈現(xiàn)模型。3個層級都由自適應引擎驅(qū)動。

XHAM模型從用戶行為維度、技術(shù)維度和外部環(huán)境維度3個維度設計模型：用戶行為維度關(guān)注學生的學習行為；技術(shù)維度考慮一些客觀因素，如網(wǎng)絡狀況和用戶終端設備使用情況；外部環(huán)境維度考慮外界因素，如時空和政治等。

WebML模型關(guān)注系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)層面，其中的個性化模型和呈現(xiàn)模型有利于自適應學習系統(tǒng)的設計。WebML模型的推導過程是添加冗余信息進入結(jié)構(gòu)模式從而提高表現(xiàn)力，較容易地提取實體、屬性和關(guān)系等。

自適應學習路徑模型主要解決當今自適應模型中的一些問題，比如適應性規(guī)則缺失和沖突等，提高學習系統(tǒng)的自適應度。

5 結(jié)束語

當今的自適應參考模型從不同角度體現(xiàn)自適應學習系統(tǒng)的關(guān)鍵特點，這些參考模型各有優(yōu)勢，在使用中應根據(jù)現(xiàn)實情況選擇適合自己的參考模型作為設計依據(jù)，提高開發(fā)效率，并作為教學后續(xù)使用。

參考文獻

[1]邢麗刃，趙蔚.基于Web的自適應教育超媒體系統(tǒng)現(xiàn)狀及前景分析[J].中國電化教育，2007（3）：100-103.

[2]黃伯平，趙蔚.自適應學習系統(tǒng)參考模型比較分析研究[J].中國電化教育，2009（8）：97-101.

[3]芮玎玎.自適應學習系統(tǒng)中適應模型的構(gòu)建[J].高等繼續(xù)教育學報，2013（3）：41-44.

[4]姜強，趙蔚.自適應學習系統(tǒng)中雙向適應交互評價實證研究[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2013（5）：106-112.

[5]Ferreira J. Knewton： Adaptive Learning Plat-form[EB/OL].http：//www.knewton.com.

[6]姜強，趙蔚.自適應學習系統(tǒng)中學習者為中心視角評價學習成效實證研究[J].現(xiàn)代遠距離教育，2015（4）：43-49.

[7]芮玎玎.自適應學習系統(tǒng)中適應模型的構(gòu)建[J].高等繼續(xù)教育學報，2013（3）：41-44.