國外開放學習者模型的研究問題及其建議*

萬海鵬 徐 鑫 王 琦 喬愛玲

國外開放學習者模型的研究問題及其建議*

萬海鵬1徐 鑫1王 琦2喬愛玲1[通訊作者]

1．首都師范大學 教育學院，北京 100048；2．北京外國語大學 人工智能與人類語言重點實驗室，北京 100089）

開放學習者模型作為自適應學習系統(tǒng)的關鍵模塊，其研究受到了學界的廣泛關注。而深入理解開放學習者模型，對促進自適應學習系統(tǒng)中個性化學習支持的實現(xiàn)與優(yōu)化具有重要意義。然而，當前國內(nèi)對于開放學習者模型的研究關注不足。為此，文章通過對33篇外文文獻的內(nèi)容分析，梳理了開放學習者模型設計要素的研究現(xiàn)狀，并分析了開放學習者模型應用效果的實證研究特征。在此基礎上，文章總結(jié)出開放學習者模型存在服務的開放對象過于單一、效果驗證方式相對有限、實踐應用以服務高等教育為主等問題，并從開放內(nèi)容設計、開放形式設計、訪問權(quán)限設計三個角度提出改進建議，以期助力基于開放學習者模型的自適應學習系統(tǒng)研究在我國的本土化落地應用。

開放學習者模型；學習者模型；自適應學習系統(tǒng)；內(nèi)容分析

引言

隨著大數(shù)據(jù)、學習分析等技術的發(fā)展，自適應學習已成為在線學習的一種重要學習方式，其可為在線學習過程提供自適應學習診斷、動態(tài)組織的學習資源、適應性學習路徑、可視化學習導航等個性化學習支持[1]，從而更加精準、有效地提升在線學習的質(zhì)量，以實現(xiàn)“因材施教”的在線學習體驗。針對自適應學習系統(tǒng)，Brusilovsky[2]提出通用模型并得到了廣泛認可，包括領域模型、學習者模型、教學模型和自適應引擎四個模塊。其中，學習者模型是刻畫與表征學習者個體狀態(tài)的關鍵[3]，其依托對學習者個人信息、學習過程記錄、學習偏好、知識狀態(tài)等信息的存儲與分析，輔助學習者了解自己、反思學習過程，進而提高學習動機[4]。

以往存儲于學習者模型內(nèi)部的信息是不公開的，學習者無法知曉學習者模型包含的信息內(nèi)容，難以了解自身的學習情況、認知與元認知的發(fā)展過程。然而，允許學習者掌握自身學習過程信息，可為其提供反思的機會[5]，是學習者實現(xiàn)自我完善、自我提升的重要途徑。而Bull等[6]提出的開放學習者模型（Open Learner Model，OLM），可支持學習者模型內(nèi)容信息透明化，促進學習者自我監(jiān)控與反思?？梢?，深入理解開放學習者模型對促進在線學習的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。然而，本研究通過文獻調(diào)研，發(fā)現(xiàn)當前開放學習者模型的相關研究多來源于國外，而國內(nèi)對此模型的研究關注不足。為此，本研究以2008～2021年Web of Science（WOS）核心數(shù)據(jù)庫中的相關文獻為研究對象，采用內(nèi)容分析法對其進行分析，以揭示開放學習者模型研究的發(fā)展脈絡，助力基于開放學習者模型的自適應學習系統(tǒng)研究在我國的本土化應用。

一 研究設計

1 文獻檢索與篩選

本研究的數(shù)據(jù)來源于WOS核心數(shù)據(jù)庫，檢索條件為：主題=（“Open* learner* model*” OR “Open* student* model*” OR “Open* user* model*” OR “Open* social student* model*” OR “Open* social learner* model*”），選取時間跨度為“不限～2021年12月”，共獲得156條記錄，檢索結(jié)果中最早的記錄為2008年。為了得到準確數(shù)據(jù)，文獻納入和排除的標準如下：①必須是對開放學習者模型設計要素或應用效果進行明確闡述的文獻，排除僅簡單引用開放學習者模型卻沒有詳細介紹其要素或?qū)嵶C應用的文獻；②必須是經(jīng)過同行評審的期刊論文，排除會議論文、書稿、報告；③考慮到開放學習者模型是自適應學習系統(tǒng)的關鍵模塊，因此必須是與自適應學習研究主題相關的文獻。依據(jù)文獻納入和排除標準，本研究最終得到樣本文獻記錄33條，并按照文獻標題字母順序進行編碼。

表1 文獻編碼表

2 文獻編碼過程

目前，對開放學習者模型的研究主要包括要素設計類研究和應用實證類研究。其中，前者主要依據(jù)Bull等[7]提出的開放學習者模型建模框架（Student Models that Invite the Learner In，SMILI），該框架包含開放內(nèi)容、開放形式、開放對象和開放目的四個要素；而后者從操作流程上看，包含真實問題、方法運用、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論詮釋等環(huán)節(jié)[8]，通常涉及研究假設、研究對象、研究周期、研究方法、觀測指標等要素。

對應于以上兩個方面的研究，本研究的兩名研究者首先以SMILI框架和實證研究要素為參照，每人獨立地精讀其中一半文獻，梳理開放學習者模型設計要素及其應用效果實證研究特征，并形成分析編碼維度。接著，針對兩名研究者各自形成的分析編碼維度，本研究邀請領域?qū)＜疫M行協(xié)商討論，最終形成指向開放學習者模型設計要素和應用效果實證研究特征的文獻編碼表，如表1所示。最后，參照上述編碼表，兩名研究者互換文獻進行閱讀并編碼，對于編碼結(jié)果存疑的地方，由兩名研究者共同協(xié)商討論直至編碼結(jié)果一致。

二 研究分析

1 開放學習者模型設計要素的研究現(xiàn)狀

為明晰開放學習者模型設計要素的研究現(xiàn)狀，本研究對樣本文獻中直接或間接提及開放學習者模型設計要素的29篇文獻進行了分析，結(jié)果如表2所示。其中，對于沒有直接給出開放學習者模型名稱的文獻，就用運行該開放學習者模型的學習系統(tǒng)名稱來代替。

（1）多指標維度的開放內(nèi)容

由表2可知，當前開放學習者模型中開放的主要內(nèi)容是學習者個體特征和與學習內(nèi)容相關的信息，且每項內(nèi)容都包含多個具體的指標。有超過半數(shù)研究中涉及的學習系統(tǒng)（=18，占62.1%）支持學習者查看個體特征，幾乎所有研究中涉及的學習系統(tǒng)都支持查看與學習內(nèi)容相關的信息。然而，目前開放學習者模型所開放的內(nèi)容仍以認知、行為相關要素為主，而缺乏對學習者情緒情感、體質(zhì)健康等非智力因素的開放。

（2）多類型結(jié)合的開放形式

由表2可知，當前開放學習者模型的可視化呈現(xiàn)形式豐富多樣，大部分學習系統(tǒng)（=15，占51.7%）采用兩種及以上可視化呈現(xiàn)設計形式。其中，技能表因其可以對學習者與專家學習狀態(tài)之間的差距進行直觀性表征[9]，而成為了常用的形式。同時，雷達圖、網(wǎng)絡圖、餅圖、樹狀圖、詞云等形式也常被采用，特別是網(wǎng)絡圖，能幫助學習者清晰地理解和梳理知識之間的邏輯關系，為查漏補缺的學習路徑規(guī)劃提供支持。

（3）相對局限單一的開放對象

由表2可知，絕大部分研究提及學習者本人擁有訪問開放學習者模型內(nèi)容的權(quán)限，并支持學習者之間進行學習進度、學習表現(xiàn)等方面的比較；同時，有近一半的研究提及允許教師訪問開放學習者模型的內(nèi)容。但樣本文獻并未提及面向?qū)W習同伴、家長或教育管理者的開放權(quán)限，學習同伴只能通過社會比較功能查看其他學習者的匿名信息，因此設計適合不同利益相關者訪問開放學習者模型內(nèi)容的機制是未來研究的重點。

（4）用于視覺表征的色彩編碼

由表2可知，色彩編碼是開放學習者模型中常用的視覺表征要素，用不同顏色來區(qū)分學習者的不同學習狀況，吸引學習者注意或突出要強調(diào)的信息。例如，在相關研究[10]中，橙色表示自評情況、綠色表示學習目標，便于學習者直觀了解自己當前知識掌握狀態(tài)與學習期望的差距。

表2 開放學習者模型設計要素的研究現(xiàn)狀分析結(jié)果

（5）增進情感交流的社會比較

由表2可知，目前只有約一半的學習系統(tǒng)（=17，占58.6%）提供了社會比較功能。而有研究指出，學習者可以通過社會比較功能了解學習同伴的學習進展和學習成效，并與學習同伴進行比較，以促使自身產(chǎn)生期待效應和行動力，進而提高學習動機和學習投入程度[11]。由此可見，后續(xù)研究需加強社會比較功能的設計，為在線學習過程提供更加豐富的情感支持。

（6）助力精細化路徑指引的學習導航

由表2可知，絕大部分學習系統(tǒng)（=25，占86.2%）可通過開放學習者模型直接導航至與知識概念相關聯(lián)的內(nèi)容，抑或?qū)W習者引導至學習活動、學習案例、學習回顧、學習筆記、論壇交流等學習工具界面，而融入學習過程需求的適應性學習導航缺乏相關探索。

（7）覆蓋五類水平的交互程度

依據(jù)Hooshyar等[12]劃分的五種權(quán)限類型（查看、合作、建議、編輯、協(xié)商），本研究對樣本文獻進行了分析。由表2可知，所有運行開放學習者模型的學習系統(tǒng)均提供了查看層面的交互，部分學習系統(tǒng)提供了編輯和協(xié)商層面的交互，而合作和建議層面的交互還有待深入研究。

表3 開放學習者模型應用效果的實證研究特征分析結(jié)果

2 開放學習者模型應用效果的實證研究特征分析

為深入分析開放學習者模型應用效果的實證研究特征，本研究對樣本文獻中涉及實證研究過程的25篇文獻進行分析，對包含多個實證研究的文獻進行獨立呈現(xiàn)，分析結(jié)果如表3所示。

（1）研究對象

從研究對象來看，目前多為高等教育群體，其中以本科生為主（=15，占48.3%），其次為研究生（=5，占16.1%）。之后，依次為小學生（=3，占9.7%）、初高中生（=3，占9.7%）或教師（=3，占9.7%）和兒童（=2，占6.5%）。本研究認為，出現(xiàn)這種情況可能是因為，在開放學習者模型的應用過程中，需要對開放內(nèi)容、形式有一定的理解，并靈活調(diào)整教學過程。

（2）對象人數(shù)

從對象人數(shù)來看，學習者人數(shù)普遍在30人以上，其中人數(shù)為30～100人的研究占53.6%（=15），100人以上的研究占28.5%（=8），而少于30人的研究僅占17.8%（=5）。之所以出現(xiàn)這種情況，可能是因為開放學習者模型在支持學習者學習的過程中主要針對個體特征進行適應性展現(xiàn)，需要一定數(shù)量的參與者才能最大化展現(xiàn)開放的要素在學習過程中的支持作用。

（3）研究周期

從研究周期來看，研究時間跨度以一學期為主（=9），其次是兩周（=5），隨后是一節(jié)課（=2），最后是兩學期、八周、七周、六周、一個月、三節(jié)課（均為=1）。由此可見，開放學習者模型應用研究的整體時間跨度偏短，后續(xù)需要進一步獲取來自長時間跨度應用效果的證據(jù)。

（4）應用學科

從應用學科來看，以編程、計算機、數(shù)據(jù)庫和數(shù)學等自然科學為主（=24，占85.7%），而很少涉及人文學科（=4，占14.3%）。即使在人文學科領域，也是以語言、管理學等相對容易規(guī)則化和場景化的知識為主，對于更加開放的學科領域還需要進一步探索。

（5）分組方式

從分組方式來看，采取單組前后測或兩組對照方式的占71.4%（=20），且多數(shù)實驗以是否使用開放學習者模型作為自變量。而采用三組與四組對照實驗的占28.6%（=8），且選擇了更為復雜的自變量，如Chou等[13]以不同版本或不同交互程度的開放學習者模型作為自變量。

（6）效果指標

從效果驗證指標來看，主要涉及學習者的學習成效（=22）和對開放學習者模型或其運行學習系統(tǒng)的感知（=13）兩個方面。前者包括學習成績、學習動機、學習監(jiān)控能力、元認知能力等績效指標，后者包括接受度、滿意度、有用性、易用性等自陳式指標。目前來看，在開放學習者模型具體開放要素的驗證上，還缺少具體的研究設計與測量方法。

三 研究問題

基于上述對開放學習者模型設計要素研究現(xiàn)狀和應用效果實證研究特征的分析，結(jié)合對文獻的閱讀凝練，本研究總結(jié)出當前國外開放學習者模型研究存在的三個問題：

1 服務的開放對象過于單一，缺少面向多層次群體開放的機制設計

開放學習者模型早期的開放設計與學習者的元認知角色有關，主要是向?qū)W習者本人開放學習進度、學習狀態(tài)等過程信息，最終以促進學習者自我反思、自我規(guī)劃和自我監(jiān)控為目標[14]。隨后，為了提升學習者模型的準確性，學習者模型開放的群體也不再局限于學習者自己，而是采用訪問權(quán)限控制的方式為教師提供不同的訪問內(nèi)容和訪問方式?；谖墨I內(nèi)容分析，目前開放學習者模型對于學習同伴、家長和教育管理者等群體可以通過何種方式訪問開放學習者模型、可以在什么時候訪問開放學習者模型以及可以訪問開放學習者模型的哪些內(nèi)容均缺乏相應的機制設計。因此，迫切需要開展面向多層次群體靈活開放的訪問機制設計研究，以通過這種多角色、多途徑的訪問機制來促進開放學習者模型開放程度的提升。

2 效果驗證方式相對有限，模型自身及其運行系統(tǒng)性能常被忽視

學習者的學習成績、學習動機、元認知能力等常被作為開放學習者模型有效性檢驗的指標，但已有研究中缺少諸如需要的數(shù)據(jù)量、空間復雜度、時間復雜度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性等與模型自身及其運行系統(tǒng)屬性相關的指標。同時，絕大多數(shù)實證研究采用單組前后測或有無開放學習者模型介入的雙組實驗設計來檢驗其對學習效果的影響，缺乏對同一開放學習者模型采用不同的開放內(nèi)容、開放形式、開放對象之間的橫向?qū)Ρ妊芯俊４送?，幾乎所有實證研究覆蓋的研究周期都相對偏短，這種通過短期實證研究獲得的應用效果數(shù)據(jù)不具備強有力的可信度和可解釋性，因此需要加強基于長周期持續(xù)追蹤過程數(shù)據(jù)的開放學習者模型應用效果驗證的研究設計。

3 實踐應用以服務高等教育為主，缺乏助力基礎教育的深度探索

開放學習者模型的實踐應用研究主要集中在以計算機科學、數(shù)學、編程等為代表的理工類學科，而較少涉及語言、管理學等人文學科，且實踐應用的對象多以大學生為主，缺乏來自基礎教育領域特別是中低年級的應用證據(jù)。結(jié)合文獻內(nèi)容分析，目前實踐應用領域過于狹窄可能受限于自適應學習系統(tǒng)在基礎教育應用場景中不易收集學習過程數(shù)據(jù)的現(xiàn)實困難。受新冠疫情的沖擊，在線學習已然成為大、中、小學生的常態(tài)化學習方式，因此亟需深化開放學習者模型在人文學科的研究并加大其在基礎教育領域的應用力度。

四 研究建議

教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是當前教育改革實踐的主要方向，供給個性化和精準化的學習支持服務是促進學生數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要策略[15]。作為學習者模型研究重要方向的開放學習者模型，其對于自適應學習系統(tǒng)中個性化學習支持的實現(xiàn)與優(yōu)化具有不可替代的作用。為此，有效借鑒國外開放學習者模型研究的已有成果，是推動基于開放學習者模型的自適應學習系統(tǒng)研究在我國本土化落地應用的重要前提。結(jié)合上述研究問題，本研究認為：一方面，引入國外開放學習者模型相關研究成果后，可基于我國“在線學習”大規(guī)模普及的現(xiàn)實情況來拓寬開放學習者模型實踐應用的學科范圍、教育階段領域，并從實踐長周期、追蹤持續(xù)性、指標多維化等視角來檢驗其應用效果；另一方面，進行開放學習者模型要素設計研究時，除了關注面向多層次群體開放的機制設計，還可以從開放內(nèi)容、開放形式、訪問權(quán)限三個方面進行重點突破，以積累相關研究的本土經(jīng)驗，進而提升我國在開放學習者模型研究領域的國際影響力。

1 關注學習者情緒情感等非智力因素的模型開放內(nèi)容設計

目前，開放學習者模型中的開放內(nèi)容要素研究聚焦于學習者的認知要素。然而，在線學習過程中師生長時間的時空分離容易導致學習者情感缺失，甚至會讓學習者產(chǎn)生孤獨感或厭學情緒。有研究表明，情緒情感是影響學習者認知加工和學習行為表現(xiàn)的關鍵非智力因素，在線學習場景中的積極情感體驗將對學習者的學習過程和學習效果產(chǎn)生顯著的正向影響[16]。因此，設計開放內(nèi)容要素時，既要關注學習者認知發(fā)展的相關要素，如知識掌握情況、認知能力、認知策略等，還應兼顧學習者的情緒情感體驗，如在線學習過程情感的愉悅度、喚醒度、興趣度等。

2 注重基于多模態(tài)信息適配可視的模型開放形式設計

學習過程中會產(chǎn)生各種數(shù)據(jù)，而可視化能為這些模糊的信息提供直觀的展示形式[17]，并給予合理的解釋，增強學習者對學習系統(tǒng)的信任，并激發(fā)其內(nèi)在學習動機，這是開放學習者模型的核心特色之一。近年來，以文本、語音、視頻、圖片、手勢、表情等為代表的多模態(tài)數(shù)據(jù)成為全局化勾勒學習者畫像的重要依據(jù)。由于單個模態(tài)的數(shù)據(jù)通常只能提供某種現(xiàn)象或過程的部分解釋，因此需研究如何融合各種模態(tài)數(shù)據(jù)信息進行開放式設計，以實現(xiàn)對學習者知識水平、認知狀態(tài)、情緒情感等的全面可視化表征，并確保表征形式與學習者所處的學習場景相適配。

3 維持開放共享與隱私保護平衡的模型訪問權(quán)限設計

開放學習者模型不僅是學習者的個人學習監(jiān)控工具，而且是與學習同伴、教師等利益相關群體進行信息分享與交換的載體，已成為學習者高效獲取及時學習反饋的重要保障。應該說，開放共享是開放學習者模型有別于傳統(tǒng)學習者模型的關鍵之所在。然而，如何在開放共享的過程中防止學習者數(shù)據(jù)信息泄露、保護學習者個體隱私安全、防止不確定性信息混淆對日常學習帶來的負面影響[18]，已成為開放學習者模型研究不可回避的問題。因此，如何構(gòu)建安全、可信的模型訪問權(quán)限控制機制，化解開放共享與隱私保護之間的矛盾，維持模型信息開放與封閉之間的平衡，將成為未來開放學習者模型研究的重要議題。

本研究通過梳理國外開放學習者模型的相關研究成果，來揭示設計要素研究現(xiàn)狀和應用效果實證研究特征，最終推進基于開放學習者模型的自適應學習系統(tǒng)研究。由于本研究只選取了WOS核心數(shù)據(jù)庫中的相關文獻，在數(shù)據(jù)分析結(jié)果上可能存在一定偏差。基于此，后續(xù)研究將擴大文獻范圍，繼續(xù)追蹤開放學習者模型研究的前沿進展，為基于開放學習者模型的自適應學習系統(tǒng)研究的本土化落地應用提供支撐。

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Research Problem and Recommendations of Foreign Open Learner Models

WAN Hai-peng1XU Xin1WANG Qi2QIAO Ai-ling1[Corresponding Author]

As a key module of the adaptive learning system, open learner models attracted wide attention in the academic world. A deep understanding of open learner models is of great significance for the implementation and optimization of personalized learning support in adaptive learning system. However, the current domestic research on open learner models is not enough. Therefore, this paper analyzed the contents of 33 foreign documents, reviews the research status of design elements of open learner models, and analyzes the empirical research characteristics on the application effect of the open learner models. Based on this, problems were summarized such as the lack of diversity in user groups, relatively limited effect verification methods, practical application mainly serving higher education, and so on. This paper then puts forward improvement suggestions from three perspectives of open content design, open form design and access design, in order to effectively promote the localization application of adaptive learning system research based on the open learner model.

open learner model; learner model; adaptive learning system; content analysis

G40-057

A

1009—8097（2022）12—0093—09

10.3969/j.issn.1009-8097.2022.12.011

本文為北京市社會科學青年基金項目“適應性在線課程的構(gòu)建及應用研究”（項目編號：21JYC018）的階段性研究成果。

萬海鵬，講師，博士，研究方向為計算機教育應用、適應性學習、學習認知地圖，郵箱為dnvhp@163.com。

2022年5月6日

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