適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)參考模型研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

董曉輝　安玲　陳紅紅

摘 要：適應(yīng)性學(xué)習(xí)是支持智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的重要組成部分，關(guān)系到智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的智慧化學(xué)習(xí)水平。而參考模型是適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的研究重點(diǎn)，本文梳理了適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)參考模型的研究現(xiàn)狀，詳述了領(lǐng)域模型、用戶模型和適應(yīng)性模型三個(gè)重要的子模型，并對(duì)適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)參考模型的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)；參考模型；智慧學(xué)習(xí)環(huán)境

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2016）24-0001-04

一、引言

當(dāng)前，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境是國內(nèi)外教育技術(shù)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題，而云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，為構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)和強(qiáng)大的技術(shù)支撐。適應(yīng)性學(xué)習(xí)是根據(jù)學(xué)習(xí)者的個(gè)體差異提供適應(yīng)學(xué)習(xí)者特征的個(gè)性化學(xué)習(xí)，以便學(xué)習(xí)者能夠以更快的速度，更加有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)。適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)作為智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的重要組成，其研究和應(yīng)用的程度直接關(guān)系到智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的智慧化水平。本文將對(duì)適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)參考模型的研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，并對(duì)其研究趨勢進(jìn)行分析，以期為適應(yīng)學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考，同時(shí)促進(jìn)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的發(fā)展。

二、適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的發(fā)展歷史

適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的發(fā)展總體上經(jīng)歷了三個(gè)階段。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的程序教學(xué)及基于計(jì)算機(jī)的訓(xùn)練和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，可以認(rèn)為是適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)發(fā)展的初期階段，在此階段中，基于所采用的“一種教學(xué)適合所有學(xué)生”的教學(xué)方式在一定程度上有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)，但未能提供“一對(duì)一”教學(xué)的個(gè)性化關(guān)注[1]。20世紀(jì)90年代，隨著超媒體技術(shù)的興起，適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)迎來了第二次重要的發(fā)展，產(chǎn)生了適應(yīng)性超媒體系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供適應(yīng)性內(nèi)容呈現(xiàn)和適應(yīng)性學(xué)習(xí)導(dǎo)航支持。21世紀(jì)隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，人類進(jìn)入數(shù)字化學(xué)習(xí)（e-Learning）時(shí)代，適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)也獲得了重大的發(fā)展，從傳統(tǒng)的以“教”為中心轉(zhuǎn)向了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的以“學(xué)”為中心的適應(yīng)性e-Learning系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。

三、適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)參考模型的研究現(xiàn)狀

在適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的發(fā)展過程中，為了設(shè)計(jì)、開發(fā)能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供更好學(xué)習(xí)支持服務(wù)的系統(tǒng)，研究者們除了引入各種新技術(shù)，同時(shí)也提出了各種參考模型。參考模型，也有學(xué)者稱為應(yīng)用模型，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)和理念，為構(gòu)建系統(tǒng)提供準(zhǔn)則，用于指導(dǎo)系統(tǒng)的研發(fā)。因此，研究參考模型對(duì)于研發(fā)適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)具有重要價(jià)值。

1994年Halasz和Schwartz提出了德克斯特超文本參考模型[2]（Dexter Hypertext Reference Model，DHRM），該模型是最早被提出來的用于開發(fā)適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的參考模型，該模型將超文本系統(tǒng)分為組件內(nèi)層、存儲(chǔ)層和運(yùn)行時(shí)層。其中，組件內(nèi)層位于最底層，是指超文本節(jié)點(diǎn)內(nèi)所包含的內(nèi)容結(jié)構(gòu)；存儲(chǔ)層位于中間，是指一個(gè)保存了節(jié)點(diǎn)和鏈接的數(shù)據(jù)庫；運(yùn)行時(shí)層位于最上層，是指超文本信息的表示，實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)交互及向用戶動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)信息。該模型還分別使用錨定和呈現(xiàn)規(guī)范來描述組件內(nèi)層與存儲(chǔ)層、存儲(chǔ)層與運(yùn)行時(shí)層之間的鏈接機(jī)制。1999年，De Bra在德克斯特超文本參考模型基礎(chǔ)上對(duì)存儲(chǔ)層進(jìn)行了擴(kuò)展，提出了適應(yīng)性超媒體應(yīng)用模型[3]（Adaptive Hypermedia Application Model，AHAM），如圖1，AHAM的存儲(chǔ)層包括用戶模型、領(lǐng)域模型和適應(yīng)性模型三個(gè)子模型。隨后，很多研究者在參考DHRM和AHAM的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了具體化或擴(kuò)展，提出了一些應(yīng)用模型。比如LAOS[4]（Layered WWW AHS Authoring Model）一種為通用自適應(yīng)媒體創(chuàng)作而制定的模型，引入了目標(biāo)和約束層作為中間層對(duì)AHAM模型進(jìn)行擴(kuò)展，將領(lǐng)域知識(shí)信息與教學(xué)信息進(jìn)行了分離。XAHM[5]（XML Adaptive Hypermedia Model）一種基于XML的面向?qū)ο竽Ｐ?，采用XML元數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行建模。增強(qiáng)適應(yīng)性超媒體應(yīng)用模型[6]（Enhanced Adaptive Hypermedia Application Model，EAHAM），在存儲(chǔ)層增加了情境模型和教學(xué)模型，增強(qiáng)了適應(yīng)性教學(xué)功能?？v觀各種參考模型的研究，始終圍繞著領(lǐng)域模型、用戶模型和適應(yīng)性模型這三個(gè)核心組成部分。

1.領(lǐng)域模型

領(lǐng)域模型是對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域的各組成元素及其結(jié)構(gòu)的描述，它揭示了領(lǐng)域知識(shí)內(nèi)部各組成元素及元素之間的相互關(guān)系[7]。構(gòu)建領(lǐng)域模型的本質(zhì)是學(xué)習(xí)對(duì)象的構(gòu)建。學(xué)習(xí)對(duì)象是在面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)科學(xué)思想以及有關(guān)教學(xué)理論的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生的一種新型計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)構(gòu)件[8]。學(xué)習(xí)對(duì)象的基本理念是教學(xué)設(shè)計(jì)者可以建立適當(dāng)大小的能在不同學(xué)習(xí)情境下可重復(fù)使用的數(shù)字化教學(xué)構(gòu)件。一個(gè)概念、一個(gè)學(xué)習(xí)主題或一門課程等都可以是學(xué)習(xí)對(duì)象，需要根據(jù)學(xué)習(xí)需求進(jìn)行創(chuàng)建。學(xué)習(xí)對(duì)象構(gòu)建須有利于共享、管理、查找、評(píng)價(jià)和交互，一般包括學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)規(guī)劃及其結(jié)構(gòu)的描述。學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)是一個(gè)描述學(xué)習(xí)對(duì)象的數(shù)據(jù)規(guī)范，是用來描述學(xué)習(xí)對(duì)象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，使得學(xué)習(xí)對(duì)象可以在不同的組織機(jī)構(gòu)之間傳輸和交換；學(xué)習(xí)對(duì)象結(jié)構(gòu)明確定義了學(xué)習(xí)對(duì)象自身的結(jié)構(gòu)和不同學(xué)習(xí)對(duì)象之間的關(guān)系，有利于學(xué)習(xí)對(duì)象的分解和重組。

領(lǐng)域模型作為適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的核心組成部分，如何進(jìn)行構(gòu)建使其能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)目標(biāo)等個(gè)性化特征將學(xué)習(xí)內(nèi)容適應(yīng)性的呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者是適應(yīng)性學(xué)習(xí)的研究重點(diǎn)。國內(nèi)外政府機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)組織和很多研究者在這方面做了大量的研究工作，包括制定了一些已經(jīng)廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)。IMS的學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)規(guī)范、IEEE LTSC的LOM、Dublin Core、SCORM以及我國的CELTS都是構(gòu)建領(lǐng)域模型的數(shù)據(jù)規(guī)范。還有一些研究者從不同的應(yīng)用目的出發(fā)，提出了一些領(lǐng)域模型構(gòu)建的方法，王陸[9]等認(rèn)為知識(shí)表示是ITS中的一個(gè)關(guān)鍵問題，知識(shí)表示的結(jié)構(gòu)決定了智能教學(xué)推理的有效性，并提出了一個(gè)基于關(guān)系模型的學(xué)科知識(shí)庫建設(shè)方法。Tseng等[10]在其創(chuàng)建的適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)框架中，依據(jù)SCORM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行知識(shí)表示，根據(jù)學(xué)習(xí)者的個(gè)性特征，將學(xué)習(xí)資源重組為學(xué)習(xí)對(duì)象，以便推送給學(xué)習(xí)者。Lazarinis等[11]在研發(fā)自適應(yīng)測試系統(tǒng)中用IMS QTI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行問題的編碼。陳仕品等[12]在基于知識(shí)樹的領(lǐng)域知識(shí)表示、媒體空間和面向完整任務(wù)的教學(xué)策略基礎(chǔ)上，提出了一種適應(yīng)性學(xué)習(xí)內(nèi)容動(dòng)態(tài)組織過程模型，并通過SCORM標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)性學(xué)習(xí)內(nèi)容聚合。姜強(qiáng)等[13]依據(jù) Dublin Core和 IEEE LOM兩大元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了基于本體的領(lǐng)域知識(shí)模型。

2.用戶模型

用戶模型是實(shí)現(xiàn)適應(yīng)性學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，反映了學(xué)習(xí)者與系統(tǒng)交互、績效行為和學(xué)習(xí)歷史記錄等主觀和客觀的信息[13]。國內(nèi)外學(xué)術(shù)組織也制定了一些用于構(gòu)建用戶模型的標(biāo)準(zhǔn)，比較有影響力的有IMS LIP、IEEE PAPI以及我國在 CELTS中定義的用戶模型 CELTS-11、學(xué)力定義規(guī)范 CELTS-14等，這些標(biāo)準(zhǔn)從通用的角度對(duì)用戶模型進(jìn)行了規(guī)范。針對(duì)適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的具體需求，用戶模型往往需要在一定的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化和完善。學(xué)習(xí)者個(gè)性特征的描述、認(rèn)知水平診斷評(píng)估、學(xué)習(xí)風(fēng)格檢測、學(xué)習(xí)行為模式、學(xué)習(xí)者認(rèn)知水平表征、學(xué)習(xí)興趣識(shí)別等都是用戶模型的重要組成部分。Chen等[14]利用模糊項(xiàng)目反應(yīng)理論開發(fā)了一個(gè)C語言適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)習(xí)者的反饋信息進(jìn)行學(xué)習(xí)情況診斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化資源的推薦。李志聰?shù)萚15]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于樸素貝葉斯分類的適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)特征、學(xué)習(xí)的過程記錄及學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成績進(jìn)行學(xué)習(xí)情況診斷，推薦下一單元的學(xué)習(xí)資源。有研究者[16-18]表明基于學(xué)習(xí)風(fēng)格的適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的學(xué)業(yè)成績有積極的影響。Brusilovsky[19]認(rèn)為適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)應(yīng)依據(jù)學(xué)習(xí)者的差異和學(xué)習(xí)需求為他們提供需要的學(xué)習(xí)資源。Karampiperis等[20]提出了一種依據(jù)學(xué)習(xí)者認(rèn)知風(fēng)格對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)選擇的處理過程。趙蔚等[21]基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘構(gòu)建了一個(gè)個(gè)性化e-Learning解決方案推薦系統(tǒng)模型。劉小雪[22]通過Web使用挖掘建立學(xué)習(xí)者個(gè)性特征模型，并實(shí)時(shí)識(shí)別學(xué)習(xí)者目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)對(duì)象的協(xié)同推薦。也有研究者實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)興趣的自動(dòng)識(shí)別[23]。

3.適應(yīng)性模型

根據(jù)學(xué)習(xí)者的個(gè)性特征為其提供適應(yīng)性學(xué)習(xí)資源呈現(xiàn)和適應(yīng)性學(xué)習(xí)導(dǎo)航是適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的主要表現(xiàn)。在適應(yīng)性資源呈現(xiàn)方面，Cabada等[24]根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格使用anthoring tool為學(xué)習(xí)提供個(gè)性化學(xué)習(xí)對(duì)象。楊麗娜等[25]結(jié)合案例推理解決了e-Learning環(huán)境下的學(xué)習(xí)資源個(gè)性化推薦問題。戴心來等[26]利用RSS實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化資源的訂制。劉志勇[27]等實(shí)現(xiàn)了語義搜索。學(xué)習(xí)路徑是指學(xué)習(xí)活動(dòng)的路線與序列，個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑是在一定的學(xué)習(xí)策略指導(dǎo)下，根據(jù)學(xué)習(xí)者的個(gè)性特征對(duì)所需完成的學(xué)習(xí)活動(dòng)的排序。Chen等[28]基于項(xiàng)目反應(yīng)理論構(gòu)建了一個(gè)個(gè)性化e-Learning系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)資源的難度、概念的連續(xù)性為學(xué)習(xí)者推薦學(xué)習(xí)路徑。Beydoun等[29]、Lazcorreta等[30]使用不同的技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)導(dǎo)航支持。趙呈領(lǐng)等[31]從算法性質(zhì)的角度，對(duì)學(xué)習(xí)路徑推薦算法進(jìn)行了分類和比較，并探討了學(xué)習(xí)路徑推薦的應(yīng)用策略和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

四、適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)參考模型發(fā)展趨勢

近年，隨著各類新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和發(fā)展，適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，有研究者也對(duì)其參考模型進(jìn)行了擴(kuò)展。Qing Tan等將位置識(shí)別技術(shù)引入構(gòu)建了5R自適應(yīng)模型[32]，旨在將時(shí)間、位置、學(xué)習(xí)者和移動(dòng)設(shè)備等因素納入到自適應(yīng)過程中，從而支持移動(dòng)學(xué)習(xí)中的適應(yīng)性。姜強(qiáng)等[33]提出的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)通用參考模型（Generic Apdaptive Learning System Reference Model，GALSRM），優(yōu)化了DHRM、AHAM、LAOS、EAHAM等主要系統(tǒng)參考模型，拓展了參考模型的通用性。張家華等[34]將視線追蹤技術(shù)引入增強(qiáng)了用戶模型，通過提取學(xué)習(xí)者對(duì)電腦屏幕上學(xué)習(xí)內(nèi)容的注視時(shí)間、注視點(diǎn)序列、眼跳距離、回視次數(shù)等來識(shí)別學(xué)習(xí)者的閱讀方式和對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)注程度。K Muldner等[35]則利用皮膚傳感、腦電傳感等構(gòu)建學(xué)習(xí)者情感模型，對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行情感鼓勵(lì)或補(bǔ)償，解決了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境下的情感缺失問題，提高學(xué)習(xí)效率。而虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）在教育教學(xué)中的應(yīng)用將進(jìn)一步推動(dòng)適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的發(fā)展。

五、結(jié)束語

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境必須具備的一個(gè)顯著特征是能更好地為學(xué)習(xí)者提供適應(yīng)其個(gè)性特征的學(xué)習(xí)支持和服務(wù)[36]。這也是適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的研究目標(biāo)，參考模型的研究又是適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的研究重點(diǎn)，是適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)發(fā)展的核心，決定著智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的智慧化程度，因此，對(duì)適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)參考模型的研究具有重要的意義。

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（編輯：郭桂真）