自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

朱淑琴，翟紅英，劉鍇

（北京聯(lián)合大學(xué)師范學(xué)院，北京 100011）

0 引言

計(jì)算機(jī)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)科學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教育不斷發(fā)展的產(chǎn)物，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的發(fā)展為計(jì)算機(jī)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的發(fā)展提供了穩(wěn)固的支撐點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)資源為學(xué)習(xí)內(nèi)容，以計(jì)算機(jī)充當(dāng)學(xué)習(xí)的輔助者，為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)資源、練習(xí)和評(píng)價(jià)。但是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)以學(xué)習(xí)系統(tǒng)為中心，學(xué)習(xí)者需要通過(guò)適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)獲取知識(shí)，不符合以學(xué)習(xí)者為中心的現(xiàn)代教育理念，學(xué)習(xí)效率相對(duì)較低。在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的自適應(yīng)性，即系統(tǒng)在識(shí)別不同學(xué)習(xí)者差異的基礎(chǔ)上提供不同類型的學(xué)習(xí)資源，以學(xué)習(xí)者為中心，系統(tǒng)適應(yīng)學(xué)習(xí)者而非學(xué)習(xí)者適應(yīng)系統(tǒng)，因材施教，為其提供適合其知識(shí)背景、認(rèn)知方式、認(rèn)知水平等的學(xué)習(xí)支持，克服了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的局限性，相對(duì)于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)系統(tǒng)針對(duì)性更強(qiáng)，學(xué)習(xí)效率更高。本文實(shí)現(xiàn)一款自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以Excel課程學(xué)習(xí)為例，系統(tǒng)可以在學(xué)生使用過(guò)程中不斷適應(yīng)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)情況，為學(xué)生提供不同類型的需求。

1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為兩大部分，一部分是基于Android的學(xué)生在線學(xué)習(xí)客戶端，是供學(xué)生學(xué)習(xí)使用的，另一部分是基于Java Web端的后臺(tái)信息管理系統(tǒng)，是供教師管理使用的。Android的學(xué)生在線學(xué)習(xí)客戶端主要分為登陸模塊、課程模塊、自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊、錯(cuò)題庫(kù)模塊以及個(gè)人中心模塊，Java Web端的后臺(tái)信息管理系統(tǒng)主要分為用戶管理、課程內(nèi)容管理以及題庫(kù)管理三大模塊。教師也就是管理員登錄Java Web端管理系統(tǒng)，教師可以對(duì)用戶進(jìn)行管理，對(duì)題庫(kù)、視頻進(jìn)行增刪改，幫助教師做到心中有數(shù)。教師用例如圖1所示，教師用例說(shuō)明表如表1所示。

圖1 教師用例圖

表1 教師用例說(shuō)明表

學(xué)生可以登錄自己的學(xué)號(hào)及相應(yīng)的密碼進(jìn)行登錄，登錄以后主界面有四個(gè)功能模塊，分別為課程、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、錯(cuò)題庫(kù)、個(gè)人中心。學(xué)生在課程可以在線查看相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，可以通過(guò)試題來(lái)檢測(cè)成果，在自適應(yīng)學(xué)習(xí)中通過(guò)錯(cuò)題庫(kù)中的錯(cuò)題來(lái)匹配相關(guān)的題目。進(jìn)而讓學(xué)生學(xué)的更明白，更節(jié)省時(shí)間，并且能拓展自己的知識(shí)面，在錯(cuò)題庫(kù)中可以查看錯(cuò)題記錄，以及個(gè)人中心分為我的課程和退出登錄。我的課程可以查看課程進(jìn)度以及可以點(diǎn)擊觀看已學(xué)習(xí)的視頻。退出登錄則回到登錄界面。學(xué)生用例如圖2所示，學(xué)生用例說(shuō)明表如表2所示。

圖2 學(xué)生用例圖

表2 學(xué)生用例說(shuō)明表

2 自適應(yīng)過(guò)程

本系統(tǒng)自適應(yīng)過(guò)程不僅僅體現(xiàn)在App學(xué)生客戶端，在教師信息管理系統(tǒng)PC端也加入了自適應(yīng)過(guò)程，例如：學(xué)生評(píng)分功能，可以使低于60分的學(xué)生重新學(xué)習(xí)本節(jié)課程或者給學(xué)生發(fā)布教師自己的任務(wù)。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們的自適應(yīng)過(guò)程更為復(fù)雜多樣化，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)致力于打造一個(gè)以學(xué)生為主的交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)，希望學(xué)生能夠自主學(xué)習(xí)。

在學(xué)生在線學(xué)習(xí)客戶端也加入了自適應(yīng)過(guò)程，Android平臺(tái)的學(xué)生在線學(xué)習(xí)練習(xí)的App實(shí)現(xiàn)了一個(gè)能夠適應(yīng)不同學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度的學(xué)習(xí)類App，主要通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的判斷，并相應(yīng)判斷學(xué)生所需的練習(xí)，選擇觀看不同的視頻。

如圖3所示，學(xué)生在觀看完視頻后進(jìn)行檢測(cè)，有三種情況，章節(jié)檢測(cè)分?jǐn)?shù)<60，60～90，≥90 分別使用 A、B、C三個(gè)字母表示。視頻分為6章，分別用一、二、三、四、五、六表示，六章六次測(cè)驗(yàn)，分別用測(cè)1、測(cè)2、測(cè)3、測(cè)4、測(cè)5、測(cè)6表示。

圖3 學(xué)習(xí)算法流程圖

學(xué)生成績(jī)達(dá)到B即可完成本節(jié)課練習(xí)，進(jìn)入下一章節(jié)開始學(xué)習(xí)。如果學(xué)生成績(jī)達(dá)到C，證明該學(xué)生基礎(chǔ)以及領(lǐng)悟能力較強(qiáng)，為了使這部分學(xué)生用最快的速度學(xué)到想學(xué)的知識(shí)，系統(tǒng)則判定進(jìn)入下下章節(jié)，進(jìn)行更有難度的學(xué)習(xí)。如果成績(jī)?yōu)锳則再次觀看相關(guān)視頻進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)并再次進(jìn)行練習(xí)，直至成績(jī)?yōu)锽或C，才可以學(xué)習(xí)新的知識(shí)。

在章節(jié)測(cè)試完之后，回到主界面的錯(cuò)題庫(kù)，在里面可以找到剛才做錯(cuò)的題，紅色的是正確答案，在查看過(guò)自己的錯(cuò)題后，為了讓學(xué)生學(xué)的更明白，更節(jié)省時(shí)間，并且能拓展自己的知識(shí)面，可以在自適應(yīng)學(xué)習(xí)功能中匹配到與錯(cuò)題相關(guān)的題。習(xí)題推薦是通過(guò)每一章各題中的題目中的關(guān)鍵詞匹配總題庫(kù)的題目。

3 自適應(yīng)學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)

自適應(yīng)模塊界面如圖4所示，其中題目都是從錯(cuò)題庫(kù)中查找相似題以及使用本文的自適應(yīng)算法推薦而來(lái)，題目界面如圖5所示。

自適應(yīng)題目推薦的算法是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，按照關(guān)鍵詞來(lái)匹配相應(yīng)的題目。自適應(yīng)習(xí)題推薦邏輯代碼如圖6所示。

圖4 自適應(yīng)學(xué)習(xí)界面

圖5 自適應(yīng)題目推薦

4 結(jié)語(yǔ)

本文實(shí)現(xiàn)了一款自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以Excel課程學(xué)習(xí)為例，系統(tǒng)可以在學(xué)生使用過(guò)程中不斷適應(yīng)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)情況，為學(xué)生提供不同類型的需求。系統(tǒng)分為基于Java Web的教師信息管理系統(tǒng)和基于Android開發(fā)的學(xué)生客戶端自適應(yīng)學(xué)習(xí)App兩個(gè)部分。其中管理端使教師能夠更新題庫(kù)，更新視頻，從而給學(xué)生提供更加適應(yīng)他們學(xué)習(xí)情況的視頻和練習(xí)題。學(xué)習(xí)端是通過(guò)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)視頻和練習(xí)題目，從而自適應(yīng)模塊會(huì)更加了解用戶的學(xué)習(xí)薄弱點(diǎn)，進(jìn)而給用戶推薦他們最合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

圖6 自適應(yīng)習(xí)題推薦邏輯實(shí)現(xiàn)