CN101105853A - 网络教学中基于非零起点的个性化导学系统 - Google Patents

Abstract

一个网络教育中基于非零起点和知识点的课程导学系统，属于计算机技术领域。本发明包括初始知识域建构模块、个性化的知识域生成模块、个性化的学习路径生成模块、历史学习记录模块、知识结构水平评估模块、个性化学习资源推荐模块，本发明以知识点为核心，将课程根据知识点构建成相应的知识点树和知识点之间的相关图；学习者的学习情况以知识点为考核检查阶段；系统根据对学习者学习行为数据的分析，对学习效果的测试，得出学习者对每个知识点的学习状态，学习者学习情况的预测结果和知识点的结构，向学习者进行相应的学习资源的推荐和同学推荐，并帮助学习者形成自组织学习社区，以提高学习质量。

Description

网络教学中基于非零起点的个性化导学系统

技术领域

本发明涉及的是一个计算机应用技术领域的系统，具体是一种网络教育中基于非零起点的个性化导学系统。

背景技术

现代远程教育已经成为日趋盛行的终身学习方式，然而由于网络用户的广泛性，使教师无法预测网上学习者原有的知识结构和水平，并且网络学习者的原有知识水平是参差不齐的，很多学习者对于学习内容是有一定基础的，也就是非零起点的。同时由于网络环境下的远程教学中，学习者面对众多的网络学习资源，如果没有完善的指导过程，学习者很难系统掌握课程的知识结构。所以设计基于网络学习环境下的基于非零起点的个性化导学系统，是非常重要的。

经对现有技术的文献检索发现，Arthur C.Graesser等在《IEEE Transactionon Education》(IEEE教育期刊)(2005年11月，VOL.48，No.4，p612-618)上发表的“AutoTutor：An Intelligent Tutoring System with mixed-initiative dialogue”(AutoTutor：一个带有混合主动式对话的智能教学系统)，该文中提出一个可以和用户进行交互的导学系统，该系统是一个智能代理，可以用自然语言和用户交流，在学习的关键内容处给学习者进行导学。该系统可以在学习的不同阶段给学习者提出很多的问题，让学习者来回答，并且能帮助学习者提出自己的增强答案。其不足在于：(1)没有针对网络学习者的参差不齐的知识结构水平，不利于个性化的指导；(2)没有将教学内容根据知识点进行组合，使得学习者对于整体的知识结构缺乏清晰的认识，不利于学习者的学习；(3)没有对学习者学习情况的在线评价，没有保留其历史学习记录，从而分析学习者对知识点的掌握情况，使得学习者对自己学习过程中的状态不了解，不利于学习过程的指导；(3)没有给学习者进行相关学习资源的推荐功能以及没有机制让学习者之间相互交流。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种网络教学环境中基于非零起点和知识结构的导学系统，使其给学习者在远程教育环境中的学习过程中提供对课程知识点结构的建立，初始知识结构水平的评估，根据学习者历史学习记录和学习状态进行个性化的导学、根据历史学习记录推荐学习资源，帮助学习者在网络学习环境中提高学习效率、提高学习质量和学习效果，同时，本发明倡导引领式学习模式，激励学习者的学习兴趣，加强学习者与教学者以及学习者之间的沟通与互动，达到网上学习与传统面对面学习有同样效果的目标。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：初始知识域建构模块、个性化的知识域生成模块、个性化的学习路径生成模块、历史学习记录模块、知识结构水平评估模块、个性化学习资源推荐模块。其中：

所述初始知识域建构模块建立基于课程的结构化的知识结构体系，根据课程内容首先产生初始知识结构，并在此知识结构上添加基于知识点的学习资源，建立每个学习资源与相关知识点的关联关系，形成初始知识域。当学习者在初始知识域上进行学习活动之后，就产生其对某些知识点的某些学习资源的学习记录和学习效果，这些学习记录与学习效果传递给历史学习记录模块和个性化的知识域生成模块。

所述个性化的知识域生成模块为学习者提供个性化的知识域，当学习者在知识域上选择学习资源进行学习后，系统形成其学习记录和学习效果，动态更新相关知识点的学习状态。学习者在个性化的知识域上可以直接选择相关的学习资源进行学习，其学习记录和学习效果会由历史学习记录模块保存到历史记录数据库中，学习者也可以在个性化的知识域上选择目标知识点进行学习。

所述个性化的学习路径生成模块在学习者选择目标知识点进行学习时，将生成其个性化的学习路径，学习者可以在系统推荐的学习路径上学习，其学习记录与学习效果由历史学习记录模块保存到历史记录数据库中。

所述历史学习记录模块完成学习者在学习过程中的学习活动、学习效果的记录，其结果动态更新个性化的知识域生成模块中个性化的知识域中各个知识点的状态，它保存初始知识域建构模块、个性化的知识域生成模块和个性化的学习路径生成模块提供的学习者学习记录与学习效果信息，同时将这些信息供知识结构水平评估模块、学习资源推荐模块调用。

所述知识结构水平评估模块从历史学习记录模块的历史记录数据库中调取学习者的学习记录和学习效果，根据知识结构评估学习者的学习状态，通过数据分析给出该课程最终学习结果的预测，此信息有助于指导学习者进一步的学习。

所述学习资源推荐模块根据历史学习记录模块的历史纪录和知识结构水平评估模块对学习者知识结构水平的评估，分析学习者已经学习过的学习资源的学习状态，推荐相应的学习资源。

以下为了描述各个模块及其中间的概念，这里定义“知识点状态”为学习者对知识点的掌握状态，“未学习”表示没有学习知识点相关的学习资源；“学习未通过”表示某个知识点相关的学习资源学习了一部分，但评价结果是没有通过学习；“通过”表示某个知识点相关的学习资源学习了，并且评价结果是通过学习，表示已经掌握了该知识点的相关知识。定义“知识缺陷的知识点”为未学习或者已学习但未通过的知识点。

所述初始知识域建构模块中，当教师在教学过程中不断添加基于建立的知识结构体系的学习资源时，初始知识结构会不断扩展，但凡是没有记录学习者学习效果的知识域都是初始知识域，所述初始知识域，是由教师预先规划好的知识点、知识点之间的关系，教师不断添加的学习资源，以及添加的与某个知识点相关联的关系构成，初始知识域上的每个知识点的学习状态都为初始状态，即为“未学习”状态，每个学习资源也为初始状态。

所述个性化的知识域生成模块中，个性化的知识域是在学习者对初始知识域上的某些学习资源进行了相关的学习活动后，其相关的知识点状态已经改变了之后生成的知识域。

所述个性化的学习路径生成模块是学习者在个性化的知识域上选择某个目标知识点进行相关的学习时，系统根据知识点之间的关系生成一个学习路径，在学习路径上，将目标知识点的优先知识点及其学习状态显示出来，使得学习者了解自己要完成目标知识点的学习，还有哪些具有知识缺陷的知识点需要预先完成学习。

所述学习者的学习，是学习者登录系统后的各种学习行为，包括自我测试、学习课件、参与主题讨论、学习相关的试验指导、做作业等等一系列的网上学习活动。当学习者初始登录时是在初始知识域上进行学习，当学习者已经有了历史学习记录后，就在个性化的知识域上进行学习了，当学习者在学习路径上选择目标知识点进行学习时，则学习者的学习是基于学习路径的学习。

本发明通过以上的组成部分，可以将学习者通过网络在线学习的历史学习记录用数据库保存下来，并分析学习者的学习结果，形成学习者的个性化的知识域，同时针对各知识点的学习状态，给予个性化的指导和个性化学习资源的推荐。

本发明系统导学过程中的重要依据是：个性化的导学的首要条件是预测网上学习者原有的知识结构水平，同时在各个学习的阶段，也能及时反馈学习者当前的知识结构水平，为此，首先在学习之前提供给学习者的是一个标准化测试，其测试结果大致评估学习者当时的知识水平。为了实现导学的过程，对学习者知识结构水平的评估必须是基于课程知识点之上的，而不是基于课程的评估。因此系统要建立结构化的知识域，该数据库以知识点为核心，以围绕知识点相关联的学习资源为基础，一方面建立了知识点之间的关联关系，另一方面建立了知识点与学习资源之间的关系，构成结构化的知识域(即结构化的知识结构体系)。然后，在结构化的知识域的基础上，学习者的基于学习资源的学习行为被系统记录下来，作为个性化导学系统的根本依据。

所述初始知识域建构模块建立基于课程的结构化的知识结构体系，是指：根据专业教师对于课程内容的分析，将课后内容划分为知识点，其中包括原知识点和复合知识点，其中原知识点是课程内容的最小单元，复合知识点由原知识点与复合知识点构成。根据复合知识点与原知识点的包含关系，构建基于课程内容的知识树，原知识点是整个知识树上的叶子结点，也是教学、测评、分析的原子结点。根据原知识点之间在学习上的优先顺序关系，构建知识图，这是一个有向无环图。然后，在知识点上建立各种教学资源，如教师视频课件、讨论主题、试验指导、操作演示、自测题、作业等等，尤其关键的是在建立这些资源的同时建立其与相关知识点的关联关系，这样就构建了包括知识点、学习资源、知识点之间的各种关系，以及知识点与学习资源之间关系在内的结构化的知识域。

这样学习者的学习活动的评价结果直接反映出学习者对知识点的掌握情况，反过来就可以更好的实现基于教学内容的导学过程。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)基于非零起点的：由于网络用户的广泛性，其基础都不同，同时为了实现终身学习的学习目标的人群在知识结构上都不一定是零起点的，因此设计非零起点的导学系统在现代远程教学中显得尤为重要。本发明在记录自我测试结果、记录和分析学习者历史学习记录的前提下，实现了非零起点的个性化的导学。

(2)基于知识结构的：为了使系统记录下来的学习者学习的学习状态与知识点关联起来，必须建立基于知识点的知识域，有利于学习者从整体和局部两个方面了解自身的学习状态和学习需求，实现基于知识结构的个性化的导学。

(3)个性化的辅导方法：实现了根据学习者不同的学习状态，给出不同的学习路径和导学过程。

(4)学习路径推荐和学习资源的推荐：学习者可以根据自己的需求选择目标知识点，系统会根据知识点之间的关系给出学习该目标知识点的推荐学习路径，并且根据学习者学习对目标知识点的学习状态，推荐相关的学习资源。

附图说明

图1为本发明的结构化的知识域结构图

图2为本发明系统框图

图3为本发明系统导学流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，为本发明的结构化的知识域结构图。知识域是一个复杂的数据结构，包括的数据集合为一系列的知识点和一系列学习资源，关系的集合为知识点之间的关系、知识点与学习资源之间关系，其中知识点之间的关系有两种，即从属关系和优先顺序关系，而知识点与学习资源之间的关系是关联关系，即任何一个学习资源都与某个知识点相关联。

如图2所示，本实施例包括：初始知识域建构模块、个性化的知识域生成模块、个性化的学习路径生成模块、历史学习记录模块、知识结构水平评估模块、个性化学习资源推荐模块。在系统中，初始知识域建构模块是建立基于课程的结构化的知识结构体系，产生初始知识结构。再加上在教学过程中教师不断添加的学习资源，就构成初始知识域。当个体的学习活动作用于初始知识域上后，就产生个体对某些知识点的某些学习资源的学习记录和学习效果，被历史学习记录模块保存到历史记录数据库中，同时由个性化的知识域生成模块生成个性化的知识域。个体在个性化的知识域上可以直接选择相关的学习资源进行学习，其学习记录和学习效果会由历史学习记录模块保存到历史记录数据库中。个体也可以在个性化的知识域上选择目标知识点进行学习时，将由个性化的学习路径生成模块生成个性化的学习路径，个体可以在系统推荐的学习路径上学习，其学习记录与学习效果也会由历史学习记录模块保存到历史记录数据库中。知识结构水平评估模块从历史学习记录模块的历史记录数据库中取出个体的学习记录和学习效果，通过数据分析、根据知识结构，评估个体的学习状态，并可以给出该课程最终学习结果的预测，此信息有助于指导个体进一步的学习。在对个体知识结构水平分析的基础上，学习资源推荐模块可以根据知识点的掌握情况，针对有知识缺陷的知识点进行学习资源的推荐。

所述初始知识域建构模块建立初始知识域即结构化的知识结构体系，是基于课程的，任何一个课程都有一个由教师预先规划好的知识点、知识点之间的关系，并且在教学前以及在整个教学的过程中，教师可以不断添加学习资源，同时，添加与某个知识点相关联的关系。构成的是初始知识域，初始知识域上的每个知识点的学习状态都为初始状态，即为“未学习”状态，每个学习资源也为初始状态。当学习者在初始知识域上进行学习活动之后，就产生其对某些知识点的某些学习资源的学习记录和学习效果，这些学习记录与学习效果传递给历史学习记录模块和个性化的知识域生成模块。

所述个性化的知识域生成模块是在学习者对初始知识域上的某些学习资源进行了相关的学习活动后，系统形成其学习记录和学习效果，其相关的知识点状态已经改变了之后生成个性化的知识域，个性化的知识域会随着学习者不断学习的过程中动态变化的。学习者在个性化的知识域上可以直接选择相关的学习资源进行学习，其学习记录和学习效果会由历史学习记录模块保存到历史记录数据库中，学习者也可以在个性化的知识域上选择目标知识点进行学习。

所述个性化的学习路径生成模块是学习者在个性化的知识域上选择某个目标知识点进行相关的学习时，系统根据知识点之间的关系，生成一个学习路径，在学习路径上，将目标知识点的优先知识点及其学习状态显示出来，使得学习者了解自己要完成目标知识点的学习，还有哪些具有知识缺陷的知识点需要预先完成学习。学习者可以在系统推荐的学习路径上学习，其学习记录与学习效果由历史学习记录模块保存到历史记录数据库中。

学习者学习活动是学习者登录系统后的各种学习行为，包括自我测试、学习课件、参与主题讨论、学习相关的试验指导、做作业等等一系列的网上学习活动。当学习者初始登录时是在初始知识域上进行学习；当学习者已经有了历史学习记录后，就在个性化的知识域上进行学习了；当学习者在学习路径上选择目标知识点进行学习时，则学习者的学习是基于学习路径的学习。

所述历史学习记录模块完成学习者在学习过程中的学习活动、学习效果的记录，其结果动态更新个性化的知识域中各个知识点的状态。它保存初始知识域建构模块、个性化的知识域生成模块和个性化的学习路径生成模块提供的学习者学习记录与学习效果信息，同时将这些信息供知识结构水平评估模块、学习资源推荐模块调用。

所述知识结构水平评估模块，从历史学习记录模块的历史记录数据库中提取数据，根据学习者的学习历史记录，分析学习者的学习效果，预测对整个课程的学习结果。

所述个性化学习资源推荐模块：根据历史学习记录模块的历史纪录和知识结构水平评估模块对学习者知识结构水平的评估，分析学习者已经学习过的学习资源的学习状态，推荐相应的学习资源。

如图3所示，本实施例的导学系统实现流程如下，

步骤01，为初始知识域模块中初始知识域的建立过程。课程开始前，由专业教师在系统中添加课程的知识点，以及知识点之间的关系，建立课程的知识结构。此外，在课程进行过程中，专业教师或辅导教师或技术管理人员都可以添加学习资源，同时添加与某个知识点之间的关联关系。

步骤02，学习者初始登录系统时在初始知识域模块中建立的初始知识域上进行学习。

步骤03，学习者再次登录时，在个性化的知识域建立模块中建立的个性化知识域上进行学习。

步骤04，当学习者在个性化的学习路径模块中产生的个性化学习路径上选择某个目标知识点时，学习者的学习行为是基于选定的知识点上进行的。

步骤05，当学习者在初始知识域上学习后，其学习过程和学习结果输入到个性化的知识域生成模块中，导致知识域上的学习状态动态变化了，此结果是动态更新了个性化的知识域。

步骤06，当学习者在初始知识域上学习时，其学习活动记录以及各学习资源的学习结果输入到历史学习记录模块，供系统下一步分析使用。

步骤07，学习者在个性化的知识域模块上选择目标知识点学习时，系统将学习者的选择信息、知识域中的知识结构关系、学习资源的学习状态信息输入到个性化学习路径推荐模块，此时系统生成此目标知识点的推荐学习路径。

步骤08，学习者在个性化的知识域上学习的学习过程和学习结果信息存储到历史学习记录模块中的历史记录数据库中。

步骤09，学习者在推荐路径上学习的学习过程和学习结果信息存储到历史学习记录模块中的历史记录数据库中。

步骤10，历史学习记录模块的历史记录数据库中的数据随时更新个性化知识域生成模块中的各个知识点的学习状态及各个学习资源的学习状态。

步骤11，从历史学习记录模块中取出历史学习记录和学习效果数据，由知识结构水平评估模块分析学习者的学习状态，并预测其学习结果。

步骤12，取出识结构水平评估模块预测的结果，由个性化学习资源推进模块进行数据分析，并给学习者个性化的学习资源推荐。

本发明以知识点为核心，将课程根据知识点构建成相应的知识点树和知识点之间的相关图，学习者的学习情况以知识点为考核检查阶段，系统根据对学习者学习行为数据的分析，对学习效果的测试，得出学习者对每个知识点下学习状态，学习者学习情况的预测结果和知识点的结构，向学习者进行相应的学习资源的推荐和同学推荐，并帮助学习者形成自组织学习社区，以提高学习质量。本发明在网络学习的环境中，针对网络用户的广泛性和非零起点的特征，真正意义上实现了个性化的导学功能。

Claims (7)

1.一个网络教学中基于非零起点的个性化导学系统，其特征在于包括：初始知识域建构模块、个性化的知识域生成模块、个性化的学习路径生成模块、历史学习记录模块、知识结构水平评估模块、个性化学习资源推荐模块，其中：

所述初始知识域建构模块建立基于课程的结构化的知识结构体系，产生初始知识结构，当学习者在初始知识域上进行学习活动之后，就产生学习者对某些知识点的某些学习资源的学习记录和学习效果，这些学习记录与学习效果传递给历史学习记录模块和个性化的知识域生成模块；

所述个性化的知识域生成模块为学习者提供个性化的知识域，在个性化的知识域上可以直接选择相关的学习资源进行学习，其学习记录和学习效果会由历史学习记录模块保存到历史记录数据库中，学习者也可以在个性化的知识域上选择目标知识点进行学习；

所述个性化的学习路径生成模块在学习者选择目标知识点进行学习时，将生成个性化的学习路径，学习者可以在系统推荐的学习路径上学习，其学习记录与学习效果由历史学习记录模块保存到历史记录数据库中；

所述历史学习记录模块完成学习者在学习过程中的学习活动、学习效果的记录，其结果动态更新个性化的知识域生成模块中个性化的知识域中各个知识点的状态，它保存初始知识域建构模块、个性化的知识域生成模块和个性化的学习路径生成模块提供的学习者学习记录与学习效果信息，同时将这些信息供知识结构水平评估模块、学习资源推荐模块调用；

所述知识结构水平评估模块从历史学习记录模块的历史记录数据库中调取学习者的学习记录和学习效果，根据知识结构评估学习者的学习状态，通过数据分析给出该课程最终学习结果的预测，此信息有助于指导学习者进一步的学习；

所述学习资源推荐模块根据历史学习记录模块的历史纪录和知识结构水平评估模块对学习者知识结构水平的评估，分析学习者已经学习过的学习资源的学习状态，推荐相应的学习资源。

2.根据权利要求1所述的网络教学中基于非零起点的个性化导学系统，其特征是，所述初始知识域建构模块中，当教师在教学过程中不断添加基于建立的知识结构体系的学习资源时，初始知识结构会不断扩展，但凡是没有记录学习者学习效果的知识域都是初始知识域。

3.根据权利要求1或2所述的网络教学中基于非零起点的个性化导学系统，其特征是，所述初始知识域，是由教师预先规划好的知识点、知识点之间的关系，教师不断添加的学习资源，以及添加的与某个知识点相关联的关系构成，初始知识域上的每个知识点的学习状态都为初始状态，即为“未学习”状态，每个学习资源也为初始状态。

4.根据权利要求1所述的网络教学中基于非零起点的个性化导学系统，其特征是，所述个性化的知识域是在某个学习者对初始知识域上的某些学习资源进行了学习活动后，其相关的知识点状态已经改变了之后生成的知识域。

5.根据权利要求1所述的网络教学中基于非零起点的个性化导学系统，其特征是，所述个性化的学习路径生成模块是学习者在个性化的知识域上选择某个目标知识点进行学习时，系统根据知识点之间的关系生成一个学习路径，在学习路径上，将目标知识点的优先知识点及其学习状态显示出来，使得学习者了解自己要完成目标知识点的学习，还有哪些具有知识缺陷的知识点需要预先完成学习。

6.根据权利要求1或5所述的网络教学中基于非零起点的个性化导学系统，其特征是，所述学习者的学习，是学习者登录系统后的各种学习行为，包括自我测试、学习课件、参与主题讨论、学习相关的试验指导、做作业一系列的网上学习活动，当学习者初始登录时是在初始知识域上进行学习，当学习者已经有了历史学习记录后，就在个性化的知识域上进行学习了，当学习者在学习路径上选择目标知识点进行学习时，则学习者的学习是基于学习路径的学习。

7.根据权利要求1所述的网络教学中基于非零起点的个性化导学系统，其特征是，所述初始知识域建构模块建立基于课程的结构化的知识结构体系，是指：根据专业教师对于课程内容的分析，将课后内容划分为知识点，其中包括原知识点和复合知识点，其中原知识点是课程内容的最小单元，复合知识点由原知识点与复合知识点构成，根据复合知识点与原知识点的包含关系，构建基于课程内容的知识树，原知识点是整个知识树上的叶子结点，也是这个教学、测评、分析的原子结点，根据原知识点之间在学习上的优先顺序关系，构建知识图，这是一个有向无环图；然后，在知识点上建立各种的教学资源，这些资源都是建立在与知识点的关联之上的，这样就构建了立体化的包括知识点和与其关联的教学资源的知识域。

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