基于SCOSM自適應(yīng)教學(xué)模型設(shè)計(jì)論文
基于SCOSM自適應(yīng)教學(xué)模型設(shè)計(jì)論文
摘 要：本論文詳細(xì)闡述了SCOSM模型的組成和構(gòu)建；構(gòu)建了一個(gè)能夠反映認(rèn)知能力的學(xué)生模型，和一個(gè)智能的教學(xué)模型，它們能夠結(jié)合自適應(yīng)引擎和教學(xué)策略一起實(shí)現(xiàn)知識(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)度和教學(xué)規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)資源共享的自適應(yīng)教學(xué)。
關(guān)鍵詞：可共享內(nèi)容對(duì)象結(jié)構(gòu)模型；學(xué)習(xí)者模型；教學(xué)模型；自適應(yīng)教學(xué)系統(tǒng)
1.SCOSM模型
1.1SCOSM模型的組成
SCOSM由內(nèi)容格式模型，結(jié)構(gòu)層次模型，包裝交換模型和對(duì)象導(dǎo)航模型四部分組成。
內(nèi)容格式模型描述學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)象的各種屬性格式，重點(diǎn)在于突出內(nèi)容的檢索和交換的屬性，把表現(xiàn)形式和內(nèi)容完全剝離開來。它是內(nèi)容結(jié)構(gòu)模型的核心，解決了創(chuàng)建學(xué)習(xí)內(nèi)容的規(guī)范化格式問題，把學(xué)習(xí)內(nèi)容格式化，并添加若干屬性，用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)容對(duì)象的共享和可檢索。
結(jié)構(gòu)層次模型適應(yīng)原始學(xué)習(xí)內(nèi)容本身具有的層次性，有利于更好地組織學(xué)習(xí)內(nèi)容，解決內(nèi)容對(duì)象滿足不同層次的共享問題。
包裝交換模型解決了不同系統(tǒng)不同平臺(tái)內(nèi)容對(duì)象的交換和共享問題。它來自于國家教委的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育資源建設(shè)規(guī)范，因?yàn)橹挥写蠹叶甲袷毓餐囊?guī)范才能在最大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)共享和重用。
對(duì)象導(dǎo)航模型重點(diǎn)描述內(nèi)容對(duì)象之間的聯(lián)系，分析內(nèi)容對(duì)象之間鏈接關(guān)系，解決內(nèi)容對(duì)象之間遍歷和“謎向”的問題，為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)路徑的策略，滿足學(xué)習(xí)者“探索式”學(xué)習(xí)的需求。下面分別進(jìn)行描述。
1．內(nèi)容格式模型
有兩類內(nèi)容對(duì)象，一類是ACO（Atom Content Object，原子內(nèi)容對(duì)象），即不可再分的內(nèi)容對(duì)象，它是學(xué)習(xí)內(nèi)容的最小單位，在它的基礎(chǔ)上可以組合成更大粒度的內(nèi)容對(duì)象。另一類是MCO（Multiple Content Object，復(fù)合內(nèi)容對(duì)象），它是由原子內(nèi)容對(duì)象復(fù)合而成，是學(xué)習(xí)內(nèi)容的主要形式。兩類內(nèi)容對(duì)象都有自己的屬性和內(nèi)容數(shù)據(jù)，內(nèi)容格式模型就是把學(xué)習(xí)內(nèi)容格式化，并添加若干屬性，來實(shí)現(xiàn)內(nèi)容對(duì)象的共享和檢索。
(1)復(fù)核內(nèi)容對(duì)象格式描述
復(fù)合內(nèi)容對(duì)象格式描述可用表1-1來表示。
表1-1 復(fù)合內(nèi)容對(duì)象格式表
名稱
數(shù)據(jù)類型
大小
允許空
含義
ID
char
12
否
表示該內(nèi)容對(duì)象的標(biāo)識(shí)
Title
Varchar
50
否
內(nèi)容對(duì)象的名稱或標(biāo)題
Author
Varchar
10
否
內(nèi)容對(duì)象的制作者
Date
DateTime
12
否
制作日期
Subject
Varchar
30
否
內(nèi)容對(duì)象的主題
Keyword
Varchar
20
否
可用于檢索本內(nèi)容對(duì)象的關(guān)鍵字集
Content
Varchar
20
是
具體組成的原子內(nèi)容對(duì)象
Link
char
10
否
內(nèi)容對(duì)象的相關(guān)鏈接，形成內(nèi)容序列
Ref_CO
Data
10
是
要學(xué)習(xí)該內(nèi)容對(duì)象所需的基礎(chǔ)內(nèi)容對(duì)象
Difficulty
Varchar
6
否
定義該內(nèi)容對(duì)象的難度
Importance
Data
6
否
級(jí)別根據(jù)不同系統(tǒng)自定
Mastery threshold
Varchar
8
否
掌握該內(nèi)容對(duì)象的衡量標(biāo)準(zhǔn)
(2)原子內(nèi)容對(duì)象格式描述
考慮到教學(xué)內(nèi)容的各個(gè)環(huán)節(jié)，如：測試、掌握程度等，把它作為一個(gè)內(nèi)容對(duì)象的組成部分。每個(gè)內(nèi)容對(duì)象可根據(jù)實(shí)際情況擁有全部或部分屬性。
原子內(nèi)容對(duì)象格式描述如圖1-1所示
圖1-1 原子內(nèi)容對(duì)象內(nèi)容格式模型圖
2．結(jié)構(gòu)層次模型
內(nèi)容對(duì)象必須以層次結(jié)構(gòu)的形式來進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，達(dá)到最大程度的重用。這里，完整的結(jié)構(gòu)層次模型可分為五個(gè)層次：素材內(nèi)容，原子內(nèi)容對(duì)象，復(fù)合內(nèi)容對(duì)象，課和課程。它們的層次模式如圖1-2所示。
圖1-2 內(nèi)容對(duì)象結(jié)構(gòu)層次模型圖
(1)素材內(nèi)容
主要是指組成學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)象的原始素材，比如文本內(nèi)容，圖片，表格，聲音，視頻內(nèi)容等等，是整個(gè)結(jié)構(gòu)模型的最底層。
(2)原子內(nèi)容對(duì)象
它是在素材內(nèi)容的基礎(chǔ)上根據(jù)一定的教學(xué)意義把各種素材內(nèi)容集成到一起而形成的內(nèi)容對(duì)象。學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己的需求來選擇ACO來學(xué)習(xí)，也可以把ACO組合成更大的MCO或課等來學(xué)習(xí)，保證了學(xué)習(xí)形式上更大的靈活性。
(3)復(fù)合內(nèi)容對(duì)象
若干個(gè)ACO可以組成更大粒度的MCO。學(xué)習(xí)者可以選擇MCO單元來整體學(xué)習(xí)，也可以選擇單個(gè)的ACO進(jìn)行復(fù)習(xí)或與其它概念比較學(xué)習(xí)等�？梢园褜W(xué)習(xí)單元或?qū)W習(xí)模塊都看作是MCO，只不過復(fù)合的層次不同，或大小粒度不同罷了。MCO不只是僅僅由ACO組成，也可以由MCO和ACO組合而成，可以進(jìn)行多層的嵌套，這都是根據(jù)學(xué)習(xí)者的需求來定的。
(4)課
它的概念相當(dāng)于書本中的一章或一節(jié)的知識(shí)內(nèi)容，同樣是由MCO和ACO組成，從某種意義上說課和課程都是MCO，只是學(xué)習(xí)的目標(biāo)層次不同，這樣劃分既方便學(xué)習(xí)者選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，也有利于內(nèi)容的共享。
(5)課程
課程的范圍更寬一些，相當(dāng)于一本書或一門課的內(nèi)容，比如“局域網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用”就可以形成一門課程，它有具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)，測試，評(píng)估等等。
3．包裝交換模型
內(nèi)容包裝交換模型的目的是定義一種能夠用來交換學(xué)習(xí)內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為學(xué)習(xí)資源的制作提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)綁定的基礎(chǔ)，從而使學(xué)習(xí)資源可以在不同的創(chuàng)作工具、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)和運(yùn)行環(huán)境之間互操作。這個(gè)包裝交換模型來自于國內(nèi)的DLTS，其參考模型是IMS的內(nèi)容包裝模型，具體的模型如圖4-3所示。
圖1-3 包裝交換模型
圖中描述的包由兩個(gè)主要元素組成：一個(gè)特定的XML文件描述了包中內(nèi)容組織和資源以及由XML描述的物理文件。一旦一個(gè)包為了傳輸而被合成一個(gè)單獨(dú)文件時(shí)，將會(huì)被稱作包交換文件。
一個(gè)包代表了一組可單獨(dú)使用和可復(fù)用的學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)象。一個(gè)包可能是課程的一部分、一個(gè)ACO或者M(jìn)CO，它是可以獨(dú)立使用的有意義單元，還可以被組合或分解成其它的包。包必須能夠獨(dú)立存在，即它包含了被單獨(dú)運(yùn)行時(shí)或復(fù)用時(shí)需要的所有信息。
包并不一定要求組合成一個(gè)包交換文件。一個(gè)包不需壓縮成一個(gè)單獨(dú)文件就可以通過CD或其它可移動(dòng)媒體發(fā)布。內(nèi)容清單文件和該文件所需要的XML支持文件（DTD，XDR，XSD）必須發(fā)布在媒體的根目錄下。
4．對(duì)象導(dǎo)航模型
內(nèi)容對(duì)象不是孤立存在的，MCO與MCO之間，ACO與ACO之間，MCO與ACO之間，或者課程、課相互之間都存在著導(dǎo)航關(guān)系。只討論MCO與MCO之間，ACO與ACO之間，MCO與ACO之間的導(dǎo)航關(guān)系。導(dǎo)航關(guān)系是連接與一個(gè)學(xué)習(xí)單元（ACO或MCO）相關(guān)的其他學(xué)習(xí)單元的鏈接關(guān)系，導(dǎo)航關(guān)系的確定在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中具有重要的作用，因?yàn)檎麄�(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程是以內(nèi)容對(duì)象為基礎(chǔ)的，學(xué)習(xí)者以哪個(gè)內(nèi)容對(duì)象作為學(xué)習(xí)的開始，按照知識(shí)的掌握程度下一步應(yīng)該學(xué)習(xí)哪個(gè)內(nèi)容對(duì)象，都需要導(dǎo)航關(guān)系做出判斷和確定。
1.2基于XML的SCOSM模型描述
1．DTD文檔約束
可以用XML來對(duì)內(nèi)容對(duì)象的屬性和數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。規(guī)范的XML文檔都必須是格式良好的，下面的DTD文檔用來定義內(nèi)容對(duì)象的規(guī)范和保證XML文檔的有效性。
(1)定義MCO的DTD文檔，如圖1-4所示。
圖1-4 定義MCO的DTD文件部分
(2)定義ACO的DTD文檔，如圖1-5所示。
圖1-5 定義ACO的DTD文件部分
2．內(nèi)容交換模型的描述
由dltsmanifest.xml文件來描述內(nèi)容交換模型，它包含了基本的內(nèi)容包裝信息：內(nèi)容對(duì)象描述，序列，和內(nèi)容對(duì)象文件名。這個(gè)文件必須放在內(nèi)容對(duì)象目錄的頂層，可以使用任何文本編輯器來讀取和編輯它。
3．實(shí)現(xiàn)SCOSM內(nèi)容對(duì)象資源庫共享
內(nèi)容對(duì)象資源庫，既要為自適應(yīng)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)提供學(xué)習(xí)內(nèi)容，又要滿足互聯(lián)網(wǎng)上其他用戶的檢索和交換服務(wù)，這就必須分別通過發(fā)布引擎和交換引擎來實(shí)現(xiàn)，還要求資源庫必須支持XML，同時(shí)提供高效率的數(shù)據(jù)管理和檢索服務(wù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或者提供給學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的時(shí)候，必須按照標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容包裝信息才可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。流程如圖1-6。
圖1-6 內(nèi)容資源共享流程
在服務(wù)器端，由內(nèi)容對(duì)象調(diào)用接口來解析來自資源庫的內(nèi)容包裝信息，加載相關(guān)內(nèi)容對(duì)象，由內(nèi)容對(duì)象序列控制來完成內(nèi)容對(duì)象的集成、拆分，并完成學(xué)習(xí)者的內(nèi)容對(duì)象序列控制。在客戶端，主要完成內(nèi)容對(duì)象的發(fā)布。
2.學(xué)習(xí)者模型建模
2.1模型的建立
1．學(xué)習(xí)者模型概述
教學(xué)模塊就是根據(jù)學(xué)習(xí)者模型提供的信息，選擇適合當(dāng)前學(xué)習(xí)者的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)步驟，來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)智能化遠(yuǎn)程教學(xué)。所以學(xué)習(xí)者模型是實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)智能化遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的核心和關(guān)鍵，它是對(duì)學(xué)習(xí)者信息的抽象描述和表示。針對(duì)不同的應(yīng)用需求，學(xué)習(xí)者模型中所描述的信息有所不同。
學(xué)習(xí)者模型（Student-Model）是一種表征學(xué)習(xí)者認(rèn)知狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是本教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行智能化教學(xué)的依據(jù)。依據(jù)教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（CELTSC）制定的學(xué)習(xí)者模型規(guī)范，學(xué)習(xí)者元數(shù)據(jù)由五個(gè)部分組成：
(1)學(xué)習(xí)者基本信息：姓名、ID、密碼、性別、班級(jí)、年齡、Email；
(2)學(xué)習(xí)歷史：課程標(biāo)號(hào)、瀏覽過的URL、登錄次數(shù)、學(xué)習(xí)時(shí)間、教學(xué)活動(dòng)形式；
(3)學(xué)習(xí)者知識(shí)結(jié)構(gòu)：課程編號(hào)、知識(shí)點(diǎn)編號(hào)、各知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知能力情況、知識(shí)缺陷和存在問題；
(4)績效信息：各知識(shí)點(diǎn)的編號(hào)、測試成績；
(5)學(xué)習(xí)偏好：學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、認(rèn)知策略、社會(huì)特征。
2．學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)的初始化
學(xué)習(xí)者模型是依據(jù)學(xué)習(xí)者和系統(tǒng)之間的交互作用及應(yīng)答歷史而形成的。本課題對(duì)學(xué)習(xí)者模型“基本信息庫”中的個(gè)人信息、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)策略傾向等靜態(tài)信息在學(xué)習(xí)者注冊(cè)階段，通過表單問答的方式獲得，存儲(chǔ)在學(xué)習(xí)者基本信息庫中。
注冊(cè)成功以后，學(xué)習(xí)者每次按其ID號(hào)登錄進(jìn)入本系統(tǒng)，不必再填表單。登錄時(shí)，學(xué)習(xí)者可以通過測試，所得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，經(jīng)計(jì)算后得到認(rèn)知能力的“初始估計(jì)值”（值域?yàn)?—1），系統(tǒng)將根據(jù)這個(gè)值推薦學(xué)習(xí)內(nèi)容。
3．學(xué)習(xí)者模型的生成與動(dòng)態(tài)更新。
課程的用戶都是注冊(cè)的用戶，用戶第一次進(jìn)入課程學(xué)習(xí)的時(shí)候要進(jìn)行入門測試，獲得用戶的初始知識(shí)狀態(tài)和他的某些學(xué)習(xí)風(fēng)格，進(jìn)入課程學(xué)習(xí)后，用戶與系統(tǒng)的交互信息被記錄下來用以對(duì)用戶模型進(jìn)行維護(hù)。主要的用戶交互信息記錄有：對(duì)學(xué)習(xí)單元的訪問時(shí)間與次數(shù)和單元練習(xí)記錄情況。為了能夠及時(shí)反映學(xué)習(xí)者知識(shí)能力和技能狀態(tài)的變化，可以從服務(wù)器端、客戶端和代理端跟蹤、采集個(gè)體在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)。這些“學(xué)程信息”經(jīng)記錄和模糊評(píng)價(jià)后，分別存儲(chǔ)在學(xué)習(xí)者模型庫數(shù)據(jù)庫中。其中的學(xué)習(xí)者知識(shí)結(jié)構(gòu)庫、學(xué)習(xí)績效庫中的數(shù)據(jù)，可以清晰地記錄和評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的進(jìn)步。
本文采用“測試→評(píng)價(jià)→調(diào)整”的方法來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者模型的動(dòng)態(tài)修改，逐步逼近地實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者模型。
2.2模型的結(jié)構(gòu)
１．學(xué)習(xí)者模型的結(jié)構(gòu)
從信息處理的角度看，學(xué)習(xí)者建模的實(shí)質(zhì)是分析和處理學(xué)習(xí)者的相關(guān)信息，包括模型表示和模型診斷兩個(gè)方面。模型中的信息流如圖2-1所示。
圖2-1 學(xué)習(xí)者模型的結(jié)構(gòu)
學(xué)習(xí)者模型表示的方法與所學(xué)領(lǐng)域知識(shí)緊密相關(guān)。根據(jù)模型表示的信息與領(lǐng)域知識(shí)的關(guān)聯(lián)程度，可分為領(lǐng)域相關(guān)信息和領(lǐng)域無關(guān)信息兩種。在實(shí)際的自適應(yīng)教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者模型的信息表示方法可分為定量描述和定性描述兩類。
定量描述方法量化學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為和認(rèn)知狀態(tài)，定性描述則只能給出說明性的信息描述詞句，這樣能夠較好地向用戶輸出，但具有模糊性。
3教學(xué)模型
教學(xué)模塊的作用是模擬人類教師的行為，把領(lǐng)域知識(shí)以恰當(dāng)?shù)姆绞絺魇诮o學(xué)習(xí)者。在智能教學(xué)系統(tǒng)中，教學(xué)模塊根據(jù)學(xué)習(xí)者模型中反映出的學(xué)習(xí)者的實(shí)際情況，選擇合適的知識(shí)傳授給學(xué)習(xí)者，監(jiān)督并評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)者的行為，應(yīng)學(xué)習(xí)者的請(qǐng)求提供幫助和選擇糾正辦法。
教學(xué)模塊中的教學(xué)方法稱為教學(xué)策略。智能教學(xué)系統(tǒng)中所采用的教學(xué)策略主要有以下幾種：
1．診斷式教學(xué)策略
大多數(shù)智能教學(xué)系統(tǒng)采用了這種方法，其教學(xué)形式是：系統(tǒng)提出學(xué)習(xí)任務(wù)，對(duì)學(xué)習(xí)者的響應(yīng)作出評(píng)價(jià)，并糾正學(xué)習(xí)者理解上的錯(cuò)誤。
2．模擬環(huán)境式教學(xué)策略
這種方式為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)境，由學(xué)習(xí)者自己去試驗(yàn)、探索，在不斷的嘗試中學(xué)習(xí)新知識(shí)，是一種反應(yīng)式的方法，它鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者糾正自身的知識(shí)錯(cuò)誤。模擬環(huán)境的教學(xué)方法增加了學(xué)習(xí)者參與的機(jī)會(huì)，會(huì)極大激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，但是它要求學(xué)習(xí)者對(duì)基本的領(lǐng)域知識(shí)已有所了解。
3．蘇格拉底式教學(xué)策略
這種教學(xué)法以問答方式問學(xué)習(xí)者問題，它鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者推理自己懂得的東西，并借此修正學(xué)習(xí)者的概念，達(dá)到教學(xué)目的。蘇格拉底法教學(xué)特別適合于教復(fù)雜的課題，在這些課題中各種因素交互作用，并且根據(jù)所研究的現(xiàn)象互相對(duì)話。
本系統(tǒng)教學(xué)模塊采用了幾種策略的混合，如診斷式、模擬環(huán)境式、蘇格拉底式教學(xué)策略的混合使用。
4.小結(jié)
本論文主要介紹SCOSM模型、學(xué)習(xí)者模型和教學(xué)模型的建立，以實(shí)現(xiàn)資源共享的自適應(yīng)教學(xué)，在學(xué)習(xí)對(duì)象思想的基礎(chǔ)上，結(jié)合XML語言的應(yīng)用，提出可共享的學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)象結(jié)構(gòu)模型，是為了解決如何把利用面向?qū)ο蟮乃枷敫吨T到創(chuàng)建學(xué)習(xí)資源的實(shí)踐中。
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