基于仿真測試驅(qū)動的自適應(yīng)E-learning系統(tǒng)設(shè)計方法

馬妍霞 孫堯 郭昌玉

摘? 要 提出一種可交互的、靈活的測試工具來開發(fā)自適應(yīng)數(shù)字化學(xué)習(xí)（E-learning）系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供可視化檢查以及編輯功能、仿真和檢查自適應(yīng)響應(yīng)功能，并兼容xAPI，將記錄功能與可視化流程相結(jié)合，有助于動態(tài)調(diào)整測試用例。通過上述功能，確保了基于測試驅(qū)動方式的自適應(yīng)系統(tǒng)的開發(fā)。最后，利用數(shù)學(xué)建模法給出數(shù)學(xué)模型和基于xAPI的模塊功能框圖。

關(guān)鍵詞 E-learning;自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng);xAPI;智能教學(xué)系統(tǒng);自適應(yīng)仿真測試器

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）05-0028-02

1 引言

自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)（ALS）可以幫助用戶更好地實現(xiàn)他們的學(xué)習(xí)目標，在這種背景下，智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）利用學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程經(jīng)歷中形成的個性化肖像，使學(xué)習(xí)環(huán)境適應(yīng)用戶的需求。然而，開發(fā)一個可驗證自適應(yīng)學(xué)習(xí)引擎（ALE）是非常困難的，僅通過驗證單一軟件功能單元，并不能反映出整個自適應(yīng)學(xué)習(xí)引擎能夠交互和正確響應(yīng)真實用戶。一般自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)可以根據(jù)軟件開發(fā)中制定好的科學(xué)測試原則，如測試驅(qū)動開發(fā)法或數(shù)據(jù)驅(qū)動測試法。通常，使用黑盒測試和數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法來測試軟件功能單元，同時將上述方法用于系統(tǒng)整體性測試，但這并不算是一種科學(xué)的測試方案。

基于上述問題，本文提出利用一種基于xAPI仿真和可動態(tài)調(diào)整自適應(yīng)的概念測試工具。由于xAPI是一種業(yè)界標準，使得本文設(shè)計的系統(tǒng)可以很輕松地實現(xiàn)與其他學(xué)習(xí)系統(tǒng)的互操作。它提供了xAPI學(xué)習(xí)行為記錄功能來實時捕獲學(xué)習(xí)活動流，從而生成測試用例，有助于自適應(yīng)系統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)。另外，由于人為因素引入更多的非確定性因素，因此，該系統(tǒng)從功能角度講具有高度的復(fù)雜性和變化性。自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)對測試方法提出更高的挑戰(zhàn)，設(shè)計高層次的測試方案成為一項非常重要的任務(wù)。與小型軟件組件的典型單元測試相比，利用高層次的測試對象作為整個系統(tǒng)的測試用例，采用基于xAPI標準格式的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的輸入集合，并以自適應(yīng)整個系統(tǒng)響應(yīng)數(shù)據(jù)作為輸出。

該系統(tǒng)主要用于數(shù)據(jù)可視化的自適應(yīng)學(xué)習(xí)，研究問題涉及ALS的系統(tǒng)開發(fā)、互操作性、行為數(shù)據(jù)的分析以及自適應(yīng)性的可視化。在這種情況下，利用用戶行為建模研究，通過嚴謹?shù)囊?guī)則，從學(xué)習(xí)行為的視角對E-learning系統(tǒng)建立起來仿真測試工具也是目前研究的熱點[1-5]。

2 自適應(yīng)仿真測試器概念

從軟件過程中高層次系統(tǒng)測試系統(tǒng)化的必要性談起，在開發(fā)過程中，人們想做一種工具，在這種工具中，行為模式可以被編輯、可視化，并以一種確定性的、現(xiàn)實的方式進行模擬仿真。

問題? 問題是對軟件工程領(lǐng)域從事開發(fā)和測試的相關(guān)人員提出的挑戰(zhàn)，包括：

如何實現(xiàn)黑盒測試和泛化？

什么樣的標準用于建模和處理行為使用數(shù)據(jù)？

如何模擬真實的使用數(shù)據(jù)？如何綜合這些數(shù)據(jù)？

如何在模擬數(shù)據(jù)中實現(xiàn)可變性和真實性？

如何可視化適應(yīng)性？如何可視化系統(tǒng)的適應(yīng)性響應(yīng)？

如何模擬現(xiàn)實中的不良或錯誤行為？如何模擬不確定或非破壞性行為？

要求? 理性開發(fā)工具的目標規(guī)范包括：通過xAPI記錄學(xué)習(xí)環(huán)境中的真實行為的上下文數(shù)據(jù);可視化真實行為的上下文數(shù)據(jù)并提供圖形編輯功能;上下文數(shù)據(jù)可以作為xAPI語句發(fā)送到其他系統(tǒng);動態(tài)修改和上下文數(shù)據(jù)隨機化;適應(yīng)性響應(yīng)的可視化和驗證。

測試用例? 有關(guān)上下文的信息對于自適應(yīng)性至關(guān)重要，單個數(shù)據(jù)點通常沒有包含足夠的信息作為一組觀察到的用法動作（上下文數(shù)據(jù)）。因此，本方案是基于行為數(shù)據(jù)序列來形成測試用例或上下文數(shù)據(jù)，即用戶交互串行數(shù)據(jù)點的集合，基本上等同于xAPI輸入語句的序列。

功能? 自適應(yīng)仿真測試器工具主要由五個模塊構(gòu)成，如圖1所示，分別是學(xué)習(xí)行為記錄采集模塊、學(xué)習(xí)行為記錄數(shù)據(jù)庫、行為記錄回放功能模塊、數(shù)據(jù)可視化編輯模塊、適應(yīng)性響應(yīng)驗證模塊。在存儲器上提取學(xué)習(xí)動作序列數(shù)據(jù)，加載并進行可視化編輯和仿真模擬。然后，可以通過將底層xAPI語句發(fā)送到其他基于xAPI的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)化編輯模塊功能，對行為數(shù)據(jù)按時間順序進行顯示。

可視化? 可視化適應(yīng)性的目標是動態(tài)地調(diào)整學(xué)習(xí)環(huán)境對用戶的需求，通常基于對感知交互數(shù)據(jù)輸入的解釋過程的結(jié)果用于控制自適應(yīng)性，如動態(tài)難度調(diào)整、內(nèi)容修改或?qū)W習(xí)路徑更改。可以通過標準化的性能分數(shù)來評估每個動作，這也可以在可選屬性result的xAPI規(guī)范中找到。但是要對result屬性進一步進行量化，通過量化后的分數(shù)，將這些分數(shù)進行可檢查化和可視化。這樣可以用于評估用戶的行為，即建設(shè)性/進步性、中立性/停滯性或非建設(shè)性/下降性[6]。

3 實現(xiàn)與應(yīng)用

使用nodejs和reactjs腳本語言作為上述自適應(yīng)仿真測試器的實現(xiàn)語言。它已經(jīng)被應(yīng)用于一個自適應(yīng)學(xué)習(xí)引擎中，用于圖像解釋中的教育測試，一個小型軟件團隊對該系統(tǒng)進行了初步研究，實現(xiàn)了該系統(tǒng)并得出測試結(jié)果。通過xAPI將兩個學(xué)習(xí)行為加載到自適應(yīng)仿真測試器，并將記錄的活動流用作測試場景。該工具已被用于一個自適應(yīng)系統(tǒng)中[6]。

4 結(jié)語

提出模擬和測試工具自適應(yīng)仿真測試器的概念，有助于開發(fā)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該概念利用xAPI來實現(xiàn)互操作性，并且適用于其他系統(tǒng)和黑盒方法以及記錄和回放功能，支持通用性和易用性。下一步，將基于區(qū)塊鏈技術(shù)為學(xué)習(xí)行為微顆粒數(shù)據(jù)搭建學(xué)習(xí)記錄底層存儲平臺和實現(xiàn)跨機構(gòu)數(shù)據(jù)共享。

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pdf.

作者：馬妍霞（通訊作者），濟寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，主要研究方向為電力電子設(shè)備開發(fā);孫堯，濟寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，CCF會員，研究方向為信息資源管理、智能計算、嵌入式系統(tǒng);郭昌玉，濟寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，CCF會員，研究方向為軟件工程、企業(yè)信息化軟件（272000）。