個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)學(xué)生模型的設(shè)計(jì)研究

☆范云霞

（湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，湖南長沙410081）

個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)學(xué)生模型的設(shè)計(jì)研究

☆范云霞

（湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，湖南長沙410081）

學(xué)生模型較好地反映了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對學(xué)生的認(rèn)知，對學(xué)生建模的構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本文是在前期構(gòu)建了基于知識地圖的個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，繼續(xù)對個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的學(xué)生模型進(jìn)行構(gòu)建。在分析學(xué)生模型的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，介紹學(xué)習(xí)模型在個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的運(yùn)行機(jī)制，最后對學(xué)生模型進(jìn)行了構(gòu)建與闡述。學(xué)生模型的構(gòu)建有助于系統(tǒng)更準(zhǔn)確地分辨學(xué)生的個體差異，實(shí)現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)。

個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)；習(xí)模型；設(shè)計(jì)研究

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，學(xué)習(xí)者利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)已經(jīng)成為一種不可或缺的學(xué)習(xí)方式。在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中，一個好的個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)就像是一個好的教育引導(dǎo)者，它能更好地引導(dǎo)學(xué)習(xí)者掌握學(xué)習(xí)知識。學(xué)生模型是現(xiàn)實(shí)世界中學(xué)習(xí)者在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的抽象表示，是個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心組件之一。學(xué)習(xí)模型能夠通過記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，反映學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)行為序列和學(xué)習(xí)的思維過程。學(xué)生模型準(zhǔn)確的構(gòu)建可以完整地記錄學(xué)習(xí)者的個體特征信息和學(xué)習(xí)信息，并有利于學(xué)習(xí)者利用個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)。因此，學(xué)生模型是個性化學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，學(xué)生模型的構(gòu)建在個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中占據(jù)十分重要的地位。

一、學(xué)生模型研究現(xiàn)狀

近年來，不少研究學(xué)者對學(xué)生模型做了大量研究。陳仕品和張劍平兩位學(xué)者在《適用性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的學(xué)習(xí)模型研究》中，總結(jié)前人對學(xué)習(xí)模型研究的不足，從認(rèn)知狀態(tài)和學(xué)習(xí)風(fēng)格兩個角度對學(xué)習(xí)模型進(jìn)行構(gòu)建，提出了一種基于認(rèn)知狀態(tài)和學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生模型[1]。劉小丹和胡小紅認(rèn)為這種學(xué)生模型缺乏情感的支持，而情感又與一個人的情緒息息相關(guān)，因此，他們在陳仕品和張劍平兩位學(xué)者構(gòu)建的學(xué)習(xí)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充，在《自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中基于情緒感知的學(xué)生模型設(shè)計(jì)》中，提出了基于情緒感知的學(xué)生模型。計(jì)算機(jī)通過表情識別技術(shù)獲取和分析人的表情信息，完成對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格的預(yù)測和實(shí)時情緒的標(biāo)記，動態(tài)更新學(xué)生模型的數(shù)據(jù)[2]。在基于情緒感知的學(xué)習(xí)模型的設(shè)計(jì)中，劉小丹等學(xué)者只是從宏觀的角度介紹了該學(xué)生模型，本文在此基礎(chǔ)上繼續(xù)深入研究，構(gòu)建學(xué)習(xí)模型的實(shí)體關(guān)系模型。

二、學(xué)生模型在個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的運(yùn)行機(jī)制

筆者在前期的研究中，構(gòu)建了基于知識地圖的個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)用模型（如圖1）。該個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的數(shù)據(jù)分析模塊的數(shù)據(jù)庫，分為學(xué)科知識本體庫、教學(xué)策略庫和學(xué)習(xí)者信息庫。學(xué)科知識本體庫的信息通過領(lǐng)域知識模型來描述，教學(xué)策略庫的信息通過教學(xué)策略模型來描述，學(xué)習(xí)者信息庫中的信息通過學(xué)生模型描述。在個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，其核心要素是領(lǐng)域知識模型、教學(xué)策略模型、學(xué)生模型和調(diào)度器。學(xué)生模型在個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的運(yùn)行機(jī)制圖如圖2所示。具體的運(yùn)行機(jī)制描述為：學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)活動時，個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)時收集和更新學(xué)生模型中的數(shù)據(jù)，調(diào)度器根據(jù)學(xué)生模型中收集的學(xué)生數(shù)據(jù)，調(diào)用教學(xué)策略和相應(yīng)的領(lǐng)域知識，給學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí)，最后服務(wù)于學(xué)生。

圖1 基于知識地圖的個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型

圖2 學(xué)生模型在個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的運(yùn)行機(jī)制

三、學(xué)生模型的設(shè)計(jì)

（一）學(xué)習(xí)模型的整體設(shè)計(jì)

構(gòu)建個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)模型，首先要知道從哪些方面對個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文在深入研究基于認(rèn)知狀態(tài)和學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)習(xí)模型和基于情緒感知的學(xué)習(xí)模型的基礎(chǔ)上，采用如圖3所示的學(xué)習(xí)模型宏觀設(shè)計(jì)，給個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)提供適合學(xué)生個性化差異的教學(xué)。在該學(xué)習(xí)模型中，學(xué)生基本信息記錄的是學(xué)習(xí)者的一些固定的靜態(tài)信息，認(rèn)知狀態(tài)、學(xué)習(xí)風(fēng)格、情緒狀態(tài)和學(xué)習(xí)動機(jī)記錄等信息都是動態(tài)變化的，這些信息都隨著學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)活動的進(jìn)行，實(shí)時和動態(tài)更新著學(xué)習(xí)模型中的數(shù)據(jù)。其中，認(rèn)知狀態(tài)記錄的是與學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)活動中知識狀態(tài)的變化；學(xué)習(xí)風(fēng)格是學(xué)習(xí)者表現(xiàn)出的對學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)方法的偏好；情緒狀態(tài)可以利用計(jì)算機(jī)對人臉表情的識別，通過捕捉學(xué)習(xí)者的面部表情圖像，對學(xué)習(xí)動機(jī)進(jìn)行實(shí)時判斷；學(xué)習(xí)動機(jī)是學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)活動以達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，維持內(nèi)部學(xué)習(xí)驅(qū)動力的內(nèi)部心理狀態(tài)，通過對學(xué)習(xí)動機(jī)的觀察，系統(tǒng)能夠判斷出當(dāng)前學(xué)習(xí)任務(wù)對學(xué)習(xí)者的適應(yīng)情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)整。

圖3 個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)學(xué)習(xí)模型宏觀設(shè)計(jì)圖

（二）學(xué)習(xí)模型的實(shí)體間的關(guān)系

由上文學(xué)習(xí)模型的整體設(shè)計(jì)可知，個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)由學(xué)生基本信息、認(rèn)知狀態(tài)、學(xué)生風(fēng)格、情緒狀態(tài)和學(xué)習(xí)動機(jī)五個要素構(gòu)成，每個要素都包含不同的屬性，這些屬性從各個方面描述了學(xué)生的個體差異。因此，在學(xué)習(xí)模型整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對每個屬性進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，抽取每個要素的主要屬性，整合起來就形成如圖4所示的學(xué)生模型實(shí)體間的關(guān)系模型。

圖4 學(xué)生模型實(shí)體間的關(guān)系模型

1.學(xué)生基本信息

學(xué)生基本信息主要分為個人信息和安全信息[3]。學(xué)習(xí)者個人信息在學(xué)生注冊登陸系統(tǒng)時，就已經(jīng)存儲到學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，這些信息涉及到學(xué)生的姓名、性別、年齡等大部分固定的屬性。學(xué)生的基本信息在學(xué)習(xí)過程中是始終不變的。在系統(tǒng)中直接對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，就能顯示出結(jié)果。

2.認(rèn)知狀態(tài)

認(rèn)知狀態(tài)這一要素的屬性，是依據(jù)知識地圖中的知識點(diǎn)所設(shè)置的。每一個知識點(diǎn)都會依據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)置這個知識點(diǎn)應(yīng)該達(dá)到的認(rèn)知狀態(tài)（知道、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評價）。根據(jù)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中對該知識點(diǎn)的掌握情況，系統(tǒng)會及時動態(tài)更新，以便為學(xué)習(xí)者隨時更換教學(xué)策略。

3.學(xué)習(xí)風(fēng)格

學(xué)習(xí)風(fēng)格描述了學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)方式的偏愛。這一要素間接影響著學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。根據(jù)菲爾德和希爾維曼對學(xué)習(xí)風(fēng)格的分類，將學(xué)習(xí)風(fēng)格分為感知型、直覺型、主動型、反思型、感覺型、言語型、全局型、序列型。系統(tǒng)感知學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)偏好，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。

4.情緒狀態(tài)

情緒狀態(tài)是利用表情識別技術(shù)，計(jì)算機(jī)通過對人的表情的識別與計(jì)算，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的情緒。積極的情緒對應(yīng)積極的情緒狀態(tài)，消極的情緒對應(yīng)消極的情緒狀態(tài)。人臉的表情大體可分為高興、驚奇、悲傷、憤怒、恐懼和厭惡[4]。不同的表情對應(yīng)不同的情緒指數(shù)，對情緒狀態(tài)的記錄，結(jié)合學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格屬性更能客觀的反映學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征。

5.學(xué)習(xí)動機(jī)

耶克斯—多德森定律表明，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)的動機(jī)呈函數(shù)關(guān)系，效率隨著動機(jī)強(qiáng)度呈現(xiàn)倒U型變化。學(xué)習(xí)動機(jī)過強(qiáng)或者過弱都不利于學(xué)生學(xué)習(xí)[5]。當(dāng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動機(jī)不足時，系統(tǒng)可以給予學(xué)生獎勵，提高其學(xué)習(xí)動機(jī)；當(dāng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動機(jī)過高時，系統(tǒng)可以增加學(xué)習(xí)的難度，使學(xué)習(xí)者能夠保持一種平衡的心態(tài)。

四、結(jié)束語

對個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)學(xué)生模型的設(shè)計(jì)研究是實(shí)現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心。只有對學(xué)生的個體差異做出準(zhǔn)確判斷，才能從真正意義上實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的個性化學(xué)習(xí)。本文在前期研究的基礎(chǔ)上，對基于知識地圖的個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，從整體到局部闡述了學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建過程，以期為日后個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的深入研究奠定基礎(chǔ)。

[1]陳仕品,張劍平.適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的學(xué)生模型研究[J].中國電化教育,2010,(05):112-117.

[2]劉小丹,胡小紅.自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中基于情緒感知的學(xué)生模型設(shè)計(jì)[J].中國教育信息化,2015,(19):86.

[3]王艷芳.支持個性化學(xué)習(xí)的e-Learning系統(tǒng)研究[J].中國電化教育,2008,(03):105.

[4]劉偉鋒.人臉識別技術(shù)研究[D].合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2007:6.

[5]王振紅,李彩娜.教育心理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2011.

[編輯：莊豐源]

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1671-7503（2017）07-0078-03