CN106897950A - 一种基于单词认知状态模型适应性学习系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单词认知状态模型适应性学习系统及方法，系统包括移动终端、计算机终端和服务器端；所述系统包括领域知识与拓展资源模块、认知目标导入模块、认知状态分析模块、适应性学习模块、后台数据库；所述方法其特征在于实现以下步骤：领域知识与拓展资源结构化、认知目标导入和学习活动设计、单词学习和闯关、学习者认知状态分析、适应性内容推荐；本发明适用于学习英语的学生，可以分析学习者的交互数据、评估学习者认知状态，并以此为基础为学习者单词学习提供契合其认知状态、能力的精准推荐，最小化已掌握或过难词汇带来的认知负荷，从而减轻学习负担，提高学习效率。

Description

一种基于单词认知状态模型适应性学习系统及方法

技术领域

本发明属于单词在线学习领域，具体的说，一种基于单词认知状态模型适应性学习系统及方法，基于Java Web、Android技术、智能语音识别与评测技术、自适应技术的英语词汇学习系统，应用于中小学英语词汇学习过程中；

背景技术

Java Web技术是通过Java来解决互联网应用中问题的技术综合，Web包括Web服务器和Web客户端两部分；本发明中主要使用了Java Web的Servlet、Jsp和SSH框架，通过这些技术来实现适应性学习平台的搭建；

Android技术是目前主流的移动平台应用技术，本发明中Android技术主要用于实现单词列表、单词学习内容、闯关活动、学习情况报告功能；

智能语音识别与评测技术，由讯飞语音开放平台提供服务接口，本发明中智能语音识别与评测技术主要用于实现单词发音准确度评估和一句话录音的语义识别；

词汇学习是英语学习重要的一环，是全面提升听、说、读、写能力的基础；近年来，随着移动互联网技术的发展，利用移动终端进行英语词汇学习已蔚然成风，涌现出了一大批辅助学习单词的移动应用客户端和网站(后简称“背单词软件”)，如百词斩、金山背单词、扇贝背单词、托词、疯狂英语、开心词场等，这些背单词软件的主要功能在于固定的单词内容呈现和简单的测试；值得注意的是，目前市面上的背单词软件主要通过多样化单词的内容呈现方式、单词的反复呈现已达到复习效果、游戏化活动设计等三种方式来促进学习动机的维持和单词学习效果的提高，然而，缺乏个性化学习支持服务的提供；具体来说，当前背单词软件仍存在以下几点不足：①单词学习任务未做筛选和区分，学习内容固定不变，没有考虑到不同年龄和认知水平的用户对单词的需求不同，导致学习者浪费了大量的时间在自己已经掌握的或不要求掌握的单词上；②没有考虑到同一单词在不同年级所要求学习的内容的深度有所不同，比如新课标对小学、初中和高中阶段都要求学习book这一词，然而在小学阶段，学生只需要知道、简单应用其作为名词“书”这一含义，而到了初中阶段，就要求学生能够根据具体的语境理解book作为名词“书、册子”等不同的含义，高中阶段则要求学生在理解和应用book作为名词的不同用法的基础上，要能够理解和应用其作为动词“预约、登记”的含义和用法，这种区分性的辅助功能在目前市面上的背单词软件中是没有体现的；③由于以上两点不足，学生在背单词的时候，通常目的性较弱，更多的是机械记忆单词的拼写和含义，而没有关注到单词的听、说、读、写的基本能力，使得单词学习方式不能很好地为英语知识的学习和基本技能的提升打好基础；④没有关注学习者在单词学习过程中知识结构的变化和遇到的学习困难，进而不能提供合适的学习辅导和支持；

美国教育心理学家布鲁姆在1956年首次提出了“教育目标分类学”，将认知领域的教育目标分为从低到高的六个层次——认知、理解、应用、分析、综合、评价，目的在于提供评价学生学习结果的标准，以指导教学；当前背单词软件的学习测试和评价标准相对单调，未对具体单词做目标区分，一刀切的单词学习任务；

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服当前背单词软件缺乏对单词学习任务的筛选和区分、单词学习目标单一化、缺乏对学习者知识结构和认知状态变化的关注的问题，提供一种基于单词认知状态模型适应性学习系统及方法，构建了领域知识和拓展资源知识库、实时收集和分析学习者交互数据、个性化推荐适合的学习内容和学习策略，适合英语学习者通过移动终端无缝学习单词的过程；

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于单词认知状态模型适应性学习系统，其特征在于包括移动终端、计算机终端和服务器端；所述系统包括领域知识与拓展资源模块、认知目标导入模块、认知状态分析模块、适应性学习模块和后台数据库，其中，领域知识与拓展资源模块、认知目标导入模块运行在计算机端，认知状态分析模块和数据库模块运行在服务器端，适应性学习模块运行在服务器端和移动终端；计算机端通过运行领域知识和拓展资源模块、认知目标导入模块，将学习资源进行结构化处理，并输入到服务器端；移动终端为学习者呈现学习资源和学习活动，并采集学习者交互数据，输入到服务器端；服务器端接收计算机端和移动终端输入的学习资源和学习者交互数据，通过认知状态分析模块计算学习者认知状态，进而调用适应性学习模块的推荐引擎，聚合适应性的学习资源，并通过移动终端呈现给学习者；其中：

领域知识与拓展资源模块，运行在计算机端，实现将领域知识和拓展资源结构化表征并上传到服务器端的功能；通过计算机端的数据导入接口，将结构化的领域知识和拓展资源，上传并保存至服务器端，以供适应性学习模块调用；所述计算机端的数据导入接口，是在计算机端提供上传结构化数据的按钮，接收上传的结构化的领域知识和拓展资源，并传输到服务器端；所述结构化的领域知识和拓展资源，是按照英语新课标要求，将中小学每个阶段需要掌握的单词集按照单词的音标+音频、词性+词义+用法+例句以及单词关联的发音讲解微课、词义用法和例句讲解微课、单词相关阅读材料、单词相关动画/影视视频片段，整理为数据表格和资源包，通过程序将数据表格读入数据库，将所述资源包保存至服务器特定目录，以供适应性学习模块调用；所述领域知识是指学习者需要掌握的单词的音、形、义和用法方面的知识；对应于每个单词，领域知识包括单词拼写、单词发音音标、单词发音音频、单词的词性和相应的中文含义、单词的用法及其相应的经典例句；所述单词的词性和单词的用法与单词，均是多对一的关系，即每个单词可能对应多种词性、含义和用法；所述单词的用法包含单词的常用搭配和常用词组；所述单词的经典例句，摘自于中小学课本以及各种经典英文文献；所述拓展资源分为两部分：辅助学习资源和拓展学习资源，其中辅助学习资源包括能够表现单词的图片、单词的单复数和时态变形、单词的同义词和反义词、单词发音讲解微课、音标发音讲解微课和单词词义及用法讲解微课，用于辅助学习者达到认知目标，而拓展学习资源包括拓展阅读材料和影视视频片段，主要为高阶认知目标和需要复习巩固的学习者提供；

认知目标导入模块，运行在计算机端，将所述领域知识与拓展资源模块上传到服务器端的结构化数据与单词的认知目标关联，并为每个单词关于不同的认知目标设置学习活动及其评价方案；所述单词的认知目标是依据基础教育英语新课程标准，从听、说、读、写这四项语言技能角度进行描述，从而形成了关于听的认知目标、关于说的认知目标、关于读的认知目标、关于写的认知目标；所述关于听的认知目标包括，A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物，A2能根据录音辨认出单词，A3就所熟悉的场景和话题，能根据录音，选择正确单词填空；所述单词关于说的认知目标包括，B1能够根据表演、图文提示等说出单词，B2能够模仿例句，运用单词造句，B3能运用单词就所熟悉的个人、家庭情况、日常生活话题进行简短的口头翻译，B4能根据熟悉的语境，运用单词的不同含义，进行简短的口头翻译；所述单词关于读的认知目标包括C1能朗读单词；C2能看图识词，C3能看懂单词表达的基本含义，C4能根据上下文语境理解单词的不同含义，C5能够就熟悉话题做一般性的英译汉；所述单词关于写的认知目标包括D1能根据图片、词语或例句的提示，写出单词；D2能根据上下文语境、中英文提示，写出单词的正确形式；D3能运用单词，就熟悉的话题做简短的书面翻译；D4能运用单词的不同含义，就熟悉的话题做简短的书面翻译；

所述每项目标对应相应的学习活动包括关于听的认知目标对应的学习活动、关于说的认知目标对应的学习活动、关于读的认知目标对应的学习活动、关于写的认知目标对应的学习活动；所述关于听的认知目标对应的学习活动：a1听单词录音，选择对应的图片；a2听单词录音，选择对应的单词；a3听一段话录音，选择正确的单词填空；关于说的认知目标对应的学习活动：b1根据图文提示、gif动图提示说出单词；b2模仿例句，应用所给单词，说一句话；b3应用所学单词，就熟悉的话题，做简短的口头翻译；b4应用所学词的不同含义，就熟悉的话题，做简短的口头翻译；关于读得认知目标对应的学习活动：c1朗读单词并录音上传；c2将单词与对应的含义用线连起来；c3写出单词在句中的含义；c4根据上下文，辨别单词在句中的不同含义，选择填空；c5将一段关于熟悉话题的英文翻译成中文；关于写的认知目标对应的学习活动：d1根据图文提示、gif动图提示，写出单词；d2根据中文、英文、首字母提示，写出单词及其正确形式；d3根据所学单词，就熟悉的话题和语境，做简短的书面翻译；d4应用所学单词的不同含义，就熟悉的话题和语境，做简短的书面翻译；所述学习活动与认知目标类型一一对应，对应关系如下，a1-A1、a2-A2、a3-A3、b1-B1、b2-B2、b3-B3、b4-B4、c1-C1、c2-C2、c3-C3、c4-C4、c5-C5、d1-D1、d2-D2、d3-D3、d4-D4；

通过计算机端提供的界面，按照课标要求，首先将单词关联到某个年级，然后选择该年级的学习者应掌握的一条或多条词义及用法，并设置学习者对指定学习内容的认知目标，同时为每个单词对应的每项认知目标设置相应的学习活动；新课标对每个阶段要求掌握的单词范围有所交叉，但同一单词在不同阶段所要求掌握的程度不同，所以每个单词可以关联多个年级，即不同年级的学生可能都在学习该单词，但需要达到的认知目标有所不同；通过将单词与年级和认知目标相关联，为适应性学习模块提供计算不同年级学习者应学单词集和每个单词应达到的认知目标提供依据；通过设置相应的学习活动，为适应性学习模块提供适应性的学习活动打好基础；通过设置学习活动及其评价方案，为认知状态分析模块提供数据分析依据；所述学习活动及评价方案由学科教师设计，并与年级关联，保证学习活动所涉及的场景和话题是学习者所熟悉和常见的；所述学习活动按照题目类型可分为客观题和半主观题，客观题分为选择题和填空题，答案唯一；半主观题分为口头翻译和书面翻译，由于考察的是熟悉语境下所学单词的固定用法，其答案虽然不唯一，但是可以控制在较小范围内，由学科教师在设计活动时给出正确答案的可选范围；所述学习活动的评价结果包括达标和未达标，分别用1和0表示，题目回答正确则达到对应的认知目标，否则不达标；所述学习活动交互数据，按照数据类型可分为文本和音频，其中文本类型数据通过字符串匹配，判断正误，而音频类型的数据需要借助于“讯飞语音开放平台”提供的语音识别和语音评测服务接口，通过评测学习者单词发音的准确度评价活动c1的数据，通过语音识别将语音翻译为文字，再进行字符串匹配的方式，评价活动b1-b4的数据；

认知状态分析模块，运行在服务器端，通过采集和分析适应性学习模块中用户与系统的交互数据，得出每个用户的认知状态，并将此认知状态提交给适应性学习模块，以供适应性学习模块基于用户的认知状态计算适应性的学习内容；所述认知状态是以用户个体的认知目标为参照，用户实际达到的认知目标的集合，如果用户甲的认知目标集合是Ω＝{A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物，B2能够模仿例句，运用单词造句，C2能看图识词，D1能根据图片、词语或例句的提示，写出单词}，当前的认知状态是认知目标集合的一个子集，而当前的目标认知状态是认知目标集合与认知状态集合的差集；根据用户认知状态集合的分布和学习单词先理解后运用的渐进式规律，又将用户的认知状态分为“输入型”和“输出型”：若用户只对听和读这两项技能的目标达标，则认为用户属于“输入型”或者“理解型”；若用户不仅对听和读的目标达标，而且对说和写这两项技能的目标达标，则认为用户属于“输出型”或者“运用型”；所述用户与系统的交互数据，主要来源于用户浏览单词学习内容的行为数据和用户活动交互数据；通过采集用户在不同类型的学习活动中的交互数据，根据所述认知目标导入模块为每项认知目标设计的学习活动评价方案，分析用户是否达到每个活动对应的认知目标，若达到对应认知目标，则将该认知目标项加入到用户的认知状态集合；

适应性学习模块，运行在服务器端和移动终端，通过接收认知状态分析模块发送的用户认知状态数据，实时跟踪学习者认知状态，以及认知目标导入模块提供的学习者所在年级应当达到的认知目标，基于认知状态和学习阶段，调用服务器端的推荐引擎，适应性地调整单词学习序列、单词学习内容和学习活动，并将适应性的单词学习序列、学习内容和学习活动呈现在移动终端，供学习者学习；同时，移动终端采集用户与系统的交互数据，传送给认知状态分析模块，并接收从认知状态分析模块返回的用户认知状态数据，发送给推荐引擎，实现实时推荐；所述适应性调整单词学习序列、单词学习内容和学习活动，一方面，提取学习者基本信息中的年级信息，自动聚合该年级关联的单词及其认知目标，为不同年级的学习者选择适合的学习内容和学习目标；另一方面，根据学习者当前的学习阶段，提供动态的单词学习序列、学习内容和学习活动；所述单词学习序列是指使学习者以“学习+闯关”形式完成单词学习；所述闯关是指学习者参与适应性的学习活动，所述适应性的学习活动是指学习者应达标而未达标的认知目标对应学习活动；十个单词为一个关卡，起初每个关卡中单词以及单词出现的顺序为随机排列，在学习过程中根据每个单词的达标情况，调整每个关卡的单词序列，将上一关中未达标的单词加入到下一个关卡反复学习，推荐适应性的辅助资源，再次闯关后更新认知状态；

所述基于认知状态、学习阶段适应性调整学习内容，未开始学习阶段和未闯关阶段，为学习者提供单词在该年级的基本学习内容：拼写、音标+音频、词性+词义+用法+例句+例句音频；输出型阶段，在提供已达标单词的基本学习内容的基础上，向学习者推荐与已学单词关联的拓展阅读材料；输入型未达标阶段和输入型阶段，根据学习者对当期学习单词的认知目标和认知状态，得出学习者未达标的认知目标项，即未达标项，在提供单词基本学习内容的基础上，为学习者推荐辅助学习未达标项的资源，具体映射如下：若未达标项包含，A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物、B1能够根据表演、图文提示等说出单词、C2能看图识词、D1能根据图片、词语或例句的提示，则向用户推荐能够形象地表现单词含义的图片，促进记忆；若未达标项包含A2能根据录音辨认出单词、A3就所熟悉的场景和话题，能根据录音，选择正确单词填空、C1能朗读单词，则向用户推荐单词的发音讲解音频或视频和核心音节发音音频，并提供跟读录音功能，帮助学习者纠正发音；若未达标项包含B2能够模仿例句，运用单词造句、B3能运用单词就所熟悉的个人、家庭情况、日常生活等话题进行简短的口头翻译、C3能看懂单词表达的基本含义、C4能根据上下文语境理解单词的不同含义、C5能够就熟悉话题做一般性的英译汉、B4能根据熟悉的语境，运用单词的不同含义，进行简短的口头翻译、D3能运用单词，就熟悉的话题做简短的书面翻译、D4能运用单词的不同含义，就熟悉的话题做简短的书面翻译，则向用户推荐单词的词义分析和用法讲解音频或视频，帮助学习者理解单词的多种含义及用法；若未达标项包含D2，则向用户推荐单词的同义词、反义词、复数形式；另外，在未达标反复学习阶段，若学习者属于认知状态分析模块所述“输入型”，则向用户推荐单词相关的简短阅读材料、动画、影视视频片段，帮助用户在具体的语境中了解单词的用法，若属于“输出型”，则在提供已达标单词的基本学习内容的基础上，向学习者推荐与已学单词关联的拓展阅读材料；

后台数据库，包括数据表和实体，其中数据表包括单词表、单词词义表、音标表、认知目标表、单词-认知目标表、用户表、单词认知状态表、单词闯关记录表、拓展资源表；其中单词表存储id、单词拼写、单词音标、单词发音音频、单词发音讲解音/视频、核心音节音频id；单词词义表存储id、单词id、词性、词义、用法、例句、例句解析音频；音标表id、存储音标、发音讲解音频；认知目标表存储id、类型编号、目标内容；单词-认知目标表存储id、单词id、词义id、年级、认知目标集合；用户表存储id、用户名、年级；用户-单词认知状态表存储id、用户id、单词id、单词认知目标id、达标项、学习阶段；用户-单词闯关记录表存储id、用户id、关卡编号、闯关单词ids、创建时间；拓展资源表存储id、资源类型、单词id、资源内容/地址；拓展资源推荐记录表，存储id、用户id、拓展资源id、推荐时间；后台数据库为认知目标导入模块、认知状态分析模块、适应性学习模块提供数据的调用。

一种基于单词认知状态模型的适应性学习方法，实现步骤如下：

步骤(1)，领域知识、拓展资源和认知目标导入以及学习活动设计，按照英语新课标要求，将中小学每个阶段需要掌握的单词集导入系统，同时导入单词的音标+音频、词性+词义+用法+例句；导入单词的拓展学习资源，包括单词的发音讲解微课、词义用法和例句讲解微课、单词相关阅读材料、单词相关动画/影视视频片段，同时以加标签的形式为资源与单词建立关联，每个资源可能关联一个或多个单词；由学科教师通过计算机终端为单词导入认知目标，所述认知目标包括关于听的目标、关于说的目标、关于读的目标、关于写的目标；所述关于听的认知目标包括，A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物，A2能根据录音辨认出单词，A3就所熟悉的场景和话题，能根据录音，选择正确单词填空；所述单词关于说的认知目标包括，B1能够根据表演、图文提示等说出单词，B2能够模仿例句，运用单词造句，B3能运用单词就所熟悉的个人、家庭情况、日常生活话题进行简短的口头翻译，B4能根据熟悉的语境，运用单词的不同含义，进行简短的口头翻译；所述单词关于读的认知目标包括，C1能朗读单词；C2能看图识词，C3能看懂单词表达的基本含义，C4能根据上下文语境理解单词的不同含义，C5能够就熟悉话题做一般性的英译汉；所述单词关于写的认知目标包括，D1能根据图片、词语或例句的提示，写出单词；D2能根据上下文语境、中英文提示，写出单词的正确形式；D3能运用单词，就熟悉的话题做简短的书面翻译；D4能运用单词的不同含义，就熟悉的话题做简短的书面翻译；首先将单词与中小学的年级关联，在关联年级的基础上，选择单词对于该年级学生的认知目标并关联；学习活动设计，学科教师在导入认知目标的基础上，为每项认知目标设计闯关活动，闯关活动的话题和场景是该年级学生所熟悉和常见的；学习活动设计包括活动内容、参考答案，并关联单词、年级、认知目标；

步骤(2)单词学习和闯关，学习者以“学习+闯关”的形式，每次学习系统推荐的十个单词，学习者可以选择先学习再闯关，也可以选择直接闯关；学习者首次登录系统后，后台自动调取学习者年级信息，为其聚合应学单词集，这些单词将分别放到各关卡中学习；每一关的单词有一个单词列表，点开列表中的每一个单词，可查看该单词具体学习内容页面，进行单词学习；闯关活动每个活动显示为一页；在移动终端登录首页，学习者可以查看个人学习情况，包括目标单词总数、已经闯过了多少关、有多少个单词处于“输出型或者运用型”状态，有多少个单词处于“输入型或者理解型”状态，即只有听和读全达标；每个关卡达标六个单词以上视为过关，否则未过关，学习者继续闯这一关，但该关卡的单词序列与上一次闯关不同，比如，某学习者在第i关闯关时只有5个单词全部达标，则为闯过关，继续闯第i关，但第i关的单词学习序列由上次未达标的5个单词和5个新单词组成；另外，通过复习按钮，可以查看以往闯关记录和复习已学单词；其中，学习者浏览的单词学习内容和参与的闯关活动均来自于步骤(1)所述领域知识、拓展资源和学习活动；

步骤(3)认知状态分析，实时采集用户在所述步骤(2)中浏览单词学习内容和参与学习活动中的应答数据，分析学习者在每个应学单词上的认知状态和学习阶段；按照题目类型和应答数据类型，对于客观题产生的字符串答案数据和音频数据，采取字符串匹配和智能语音评测的方法，判断学习者是否达到该活动对应的认知目标；对于翻译题产生的字符串数据，则将学习者答案数据与参考范围内的字符串分别匹配，判断学习者数据是否在正确答案范围内，若是则认为达到对应的认知目标；对于翻译题产生的音频数据，首先调用语音识别服务接口将其转化为文本，然后再与参考范围内的字符创数据进行匹配，判断学习者数据是否在正确答案范围内，若是则认为达到对应的认知目标；以上述方法，依次判断学习者对单词的每项认知目标的达标情况，并将结果存储于用户-单词认知状态表，并分析学习者对某个单词的达标项和未达标项，若全部达标，则记用户对这个单词的认知水平处于“输出型“或者“运用型”，若只有听和读的认知目标全部达标，则记用户属于“输入型”或者“理解型”；同时跟踪用户认知状态的变化，实时更新用户对每个单词的学习阶段，如果未收集到用户浏览单词学习内容的数据，则认为学习者在这个单词的学习阶段处于未学习阶段；如果有浏览单词学习内容数据，未收集到学习者参与闯关活动的数据，则认为学习者在这个单词的学习阶段处于未闯关阶段；如果收集到学习者参与闯关活动的数据，并根据步骤(3)所述方法分析用户的认知状态，如果用户未达到“输入型”或“理解型”认知水平，则认为学习者处于输入型目标未达标阶段，如果用户达到“输入型”或“理解型”认知水平，而未达到“输出型”或“运用型”认知水平，则认为学习者处于输入型阶段，如果用户达到“输出型”或“运用型”认知水平，则认为学习者处于输出型阶段；将学习者在应学的每个单词上的认知状态和学习阶段保存至数据库，供步骤(4)调用；

步骤(4)适应性内容推荐，基于用户的年级和步骤(3)提交到数据库的学习者的认知状态和学习阶段的数据，调用推荐引擎，从步骤(1)上传至服务器的领域知识和拓展资源内容中，适应性地聚合符合学习者当前认知状态和学习阶段的单词学习序列、单词学习内容和学习活动，并通过移动终端呈现给学习者，同时采集学习者浏览单词学习内容数据和参与学习活动数据，供步骤(3)调用；提取学习者基本信息中的年级信息，自动聚合该年级关联的单词及其认知目标，为不同年级的学习者选择适合的学习内容和学习目标；根据学习者当前的认知状态和学习阶段，提供动态的单词学习序列、单词学习内容和学习活动；所述单词学习序列是指使学习者以“学习+闯关”形式完成单词学习；所述闯关是指学习者参与适应性的学习活动，所述适应性的学习活动是指学习者应达标而未达标的认知目标对应学习活动；单词学习序列以十个单词为一个关卡，起初每个关卡中单词以及单词出现的顺序为随机排列，在学习过程中根据每个单词的达标情况，调整每个关卡的单词序列，将上一关中未达标的单词加入到下一个关卡反复学习，推荐适应性的辅助资源，再次闯关后更新认知状态；所述每个单词的学习阶段包括未开始学习阶段、未闯关阶段、输入型目标未达标阶段、输入型阶段、输出型阶段；

其中，在未开始学习阶段和未闯关阶段，为学习者提供单词在该年级的基本学习内容：拼写、音标+音频、词性+词义+用法+例句+例句音频；输出型阶段，在提供已达标单词的基本学习内容的基础上，向学习者推荐与已学单词关联的拓展阅读材料；输入型目标未达标阶段和输入型阶段，根据学习者对当期学习单词的认知目标和认知状态，得出学习者未达标的认知目标项，即未达标项，在提供单词基本学习内容的基础上，为学习者推荐辅助学习未达标项的资源，具体映射如下：若未达标项包含A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物、B1能够根据表演、图文提示等说出单词、C2能看图识词、D1能根据图片、词语或例句的提示则向用户推荐能够形象地表现单词含义的图片，促进记忆；若未达标项包含A2能根据录音辨认出单词、A3就所熟悉的场景和话题，能根据录音，选择正确单词填空、C1能朗读单词，则向用户推荐单词的发音讲解音频或视频和核心音节发音音频，并提供跟读录音功能，帮助学习者纠正发音；若未达标项包含B2能够模仿例句，运用单词造句、B3能运用单词就所熟悉的个人、家庭情况、日常生活等话题进行简短的口头翻译、C3能看懂单词表达的基本含义、C4能根据上下文语境理解单词的不同含义、C5能够就熟悉话题做一般性的英译汉、B4能根据熟悉的语境，运用单词的不同含义，进行简短的口头翻译、D3能运用单词，就熟悉的话题做简短的书面翻译、D4能运用单词的不同含义，就熟悉的话题做简短的书面翻译，则向用户推荐单词的词义分析和用法讲解音频或视频，帮助学习者理解单词的多种含义及用法；若未达标项包含D2能根据上下文语境、中英文提示，写出单词的正确形式，则向用户推荐单词的同义词、反义词、复数形式；另外，在未达标反复学习阶段，若学习者属于认知状态分析模块所述“输入型”，则向用户推荐单词相关的简短阅读材料、动画、影视视频片段，帮助用户在具体的语境中了解单词的用法，若属于“输出型”，则在提供已达标单词的基本学习内容的基础上，向学习者推荐与已学单词关联的拓展阅读材料；

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)整合单词学习内容、辅助学习资源、拓展学习资源，为基于认知状态的适应性学习系统做资源储备；

(2)本发明通过导入认知目标，从英语学习的整体观出发，立足于听、说、读、写四项基本技能，将单词在不同年级的认知目标进行分类和具体化，不仅聚焦学习者学习目标，而且符合中小学英语学习的需求，告别“哑巴英语”从告别“哑巴单词”开始，这是当前背单词软件中所没有的；

(3)本发明通过设计多种类型的学习活动，采集学生数据，运用当前先进的语音识别和语音评测技术，分析学习者在听、说、读、写方面的认知状态，又将学习者的认知状态分为“输入型”或者“理解型”和“输出型”或者“运用型”，对学习者的认知状态和可能存在的学习问题进行实时跟踪、发现和报告，这是当前背单词软件所没有的；

(4)本发明基于学习者的认知目标和当前认知状态，并向其推荐提升单项技能以达到认知目标的学习辅助资源，适应性地调整学习序列，并向达标的学习者推荐丰富的拓展学习资源，培养其对应于学习的兴趣，这是目前背单词软件所没有的；

(5)向学习者提供学习进度和知识掌握水平情况得报告，使学习者对于自身学习有较好的了解和定位，避免学习迷失感；

附图说明

图1为本发明系统的组成框图；

图2为单词-资源-认知目标关联关系图；

图3为认知目标导入模块逻辑图；

图4为认知状态分析模块逻辑图；

图5为适应性学习模块推荐逻辑图；

图6为图5所示对于未达标单词推荐辅助资源和拓展资源的实现流程图；

图7、图8、图9为闯关单词列表页、单词内容页、单词学习活动页的原型图；

图10为学习者闯关反馈报告原型图；

图11为学习进度报告和拓展资源推荐页的原型图；

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明；

如图1所示，本发明系统包括移动终端、计算机终端和服务器端，所述系统包括领域知识与拓展资源模块、认知目标导入模块、认知状态分析模块、适应性学习模块和后台数据库，其中，领域知识与拓展资源模块、认知目标导入模块运行在计算机端，认知状态分析模块和数据库模块运行在服务器端，适应性学习模块运行在服务器端和移动终端；计算机端通过运行领域知识和拓展资源模块、认知目标导入模块，将学习资源进行结构化处理，并输入到服务器端；移动终端为学习者呈现学习资源和学习活动，并采集学习者交互数据，输入到服务器端；服务器端接收计算机端和移动终端输入的学习资源和学习者交互数据，通过认知状态分析模块计算学习者认知状态，进而调用适应性学习模块的推荐引擎，聚合适应性的学习资源，并通过移动终端呈现给学习者；

本发明所述移动终端是指Android系统或IOS系统的手机或者平板电脑设备，所述计算机端是指台式机或者笔记本电脑设备，所述服务器端是指有较大内存和磁盘空间，能够支持多用户并发和实时数据分析的服务器设备；系统包括领域知识与拓展资源模块、认知目标导入模块、认知状态分析模块、适应性学习模块、后台数据库模块；

其中：

领域知识与拓展资源模块，运行在计算机端，实现将领域知识和拓展资源结构化表征并上传到服务器端的功能；通过计算机端的数据导入接口，将结构化的领域知识和拓展资源，上传并保存至服务器端，以供适应性学习模块调用；所述领域知识是指学习者需要掌握的单词的音、形、义和用法方面的知识；对应于每个单词，领域知识包括单词拼写、单词发音音标、单词发音音频、单词的词性和相应的中文含义、单词的用法及其相应的经典例句；所述单词的词性和单词的用法与单词，均是多对一的关系，即每个单词可能对应多种词性、含义和用法；所述单词的用法包含单词的常用搭配和常用词组；所述单词的经典例句，摘自于中小学课本以及各种经典英文文献；所述拓展资源分为两部分：辅助学习资源和拓展学习资源，其中辅助学习资源包括能够表现单词的图片、单词的单复数和时态变形、单词的同义词和反义词、单词发音讲解微课、音标发音讲解微课和单词词义及用法讲解微课，用于辅助学习者达到认知目标，而拓展学习资源包括拓展阅读材料和影视视频片段，主要为高阶认知目标和需要复习巩固的学习者提供；

认知目标导入模块，运行在计算机端，将所述领域知识与拓展资源模块上传到服务器端的结构化数据与单词的认知目标关联，并为每个单词关于不同的认知目标设置学习活动及其评价方案；所述单词的认知目标是依据基础教育英语新课程标准，从听、说、读、写这四项语言技能角度进行描述，从而形成了关于听的认知目标、关于说的认知目标、关于读的认知目标、关于写的认知目标，所述每项目标对应相应的学习活动包括关于听的认知目标对应的学习活动、关于说的认知目标对应的学习活动、关于读的认知目标对应的学习活动、关于写的认知目标对应的学习活动；通过计算机端提供的界面，按照课标要求，首先将单词关联到某个年级，然后选择该年级的学习者应掌握的一条或多条词义及用法，并设置学习者对指定学习内容的认知目标，同时为每个单词对应的每项认知目标设置相应的学习活动；新课标对每个阶段要求掌握的单词范围有所交叉，但同一单词在不同阶段所要求掌握的程度不同，所以每个单词可以关联多个年级，即不同年级的学生可能都在学习该单词，但需要达到的认知目标有所不同；通过将单词与年级和认知目标相关联，为适应性学习模块提供计算不同年级学习者应学单词集和每个单词应达到的认知目标提供依据；通过设置相应的学习活动，为适应性学习模块提供适应性的学习活动打好基础；通过设置学习活动及其评价方案，为认知状态分析模块提供数据分析依据；

认知状态分析模块，运行在服务器端，通过采集和分析适应性学习模块中用户与系统的交互数据，得出每个用户的认知状态，并将此认知状态提交给适应性学习模块，以供适应性学习模块基于用户的认知状态计算适应性的学习内容；所述认知状态是以用户个体的认知目标为参照，用户实际达到的认知目标的集合，如果用户甲的认知目标集合是Ω＝{A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物，B2能够模仿例句，运用单词造句，C2能看图识词，D1能根据图片、词语或例句的提示，写出单词}，当前的认知状态是认知目标集合的一个子集，而当前的目标认知状态是认知目标集合与认知状态集合的差集；根据用户认知状态集合的分布和学习单词先理解后运用的渐进式规律，又将用户的认知状态分为“输入型”和“输出型”：若用户只对听和读这两项技能的目标达标，则认为用户属于“输入型”或者“理解型”；若用户不仅对听和读的目标达标，而且对说和写这两项技能的目标达标，则认为用户属于“输出型”或者“运用型”；所述用户与系统的交互数据，主要来源于用户浏览单词学习内容的行为数据和用户活动交互数据；通过采集用户在不同类型的学习活动中的交互数据，根据所述认知目标导入模块为每项认知目标设计的学习活动评价方案，分析用户是否达到每个活动对应的认知目标，若达到对应认知目标，则将该认知目标项加入到用户的认知状态集合；

适应性学习模块，运行在服务器端和移动终端，通过接收认知状态分析模块发送的用户认知状态数据，实时跟踪学习者认知状态，以及认知目标导入模块提供的学习者所在年级应当达到的认知目标，基于认知状态和学习阶段，调用服务器端的推荐引擎，适应性地调整单词学习序列、单词学习内容和学习活动，并将适应性的单词学习序列、学习内容和学习活动呈现在移动终端，供学习者学习；同时，移动终端采集用户与系统的交互数据，传送给认知状态分析模块，并接收从认知状态分析模块返回的用户认知状态数据，发送给推荐引擎，实现实时推荐；所述适应性调整单词学习序列、单词学习内容和学习活动，一方面，提取学习者基本信息中的年级信息，自动聚合该年级关联的单词及其认知目标，为不同年级的学习者选择适合的学习内容和学习目标；另一方面，根据学习者当前的学习阶段，提供动态的单词学习序列、学习内容和学习活动；所述单词学习序列是指使学习者以“学习+闯关”形式完成单词学习；所述闯关是指学习者参与适应性的学习活动，所述适应性的学习活动是指学习者应达标而未达标的认知目标对应学习活动；十个单词为一个关卡，起初每个关卡中单词以及单词出现的顺序为随机排列，在学习过程中根据每个单词的达标情况，调整每个关卡的单词序列，将上一关中未达标的单词加入到下一个关卡反复学习，推荐适应性的辅助资源，再次闯关后更新认知状态；所述每个单词的学习阶段包括未开始学习阶段、未闯关阶段、输入型目标未达标阶段、输入型阶段、输出型阶段；

后台数据库，包括数据表和实体，其中数据表包括单词表、单词词义表、音标表、认知目标表、单词-认知目标表、用户表、单词认知状态表、单词闯关记录表、拓展资源表；其中单词表存储id、单词拼写、单词音标、单词发音音频、单词发音讲解音/视频、核心音节音频id；单词词义表存储id、单词id、词性、词义、用法、例句、例句解析音频；音标表id、存储音标、发音讲解音频；认知目标表存储id、类型编号、目标内容；单词-认知目标表存储id、单词id、词义id、年级、认知目标集合；用户表存储id、用户名、年级；用户-单词认知状态表存储id、用户id、单词id、单词认知目标id、达标项、学习阶段；用户-单词闯关记录表存储id、用户id、关卡编号、闯关单词ids、创建时间；拓展资源表存储id、资源类型、单词id、资源内容/地址；拓展资源推荐记录表，存储id、用户id、拓展资源id、推荐时间；后台数据库为认知目标导入模块、认知状态分析模块、适应性学习模块提供数据的调用；

如图2所示，本发明将领域知识和拓展资源模块处理如下：每个单词的学习内容包括音标+音频、单词拼写、词性+词义+用法+例句，值得一提的是，每个单词根据词义的数量可以关联一条或多条“词性+词义+用法+例句”；与单词关联的拓展资源分为两部分：辅助学习资源和拓展学习资源，其中辅助学习资源包括能够表现单词的图片、单词的变形、单词的同义词和反义词、单词发音讲解微课、音标发音讲解微课和单词词义及用法讲解微课，用户辅助学习者达到认知目标，而拓展学习资源包括拓展阅读材料和影视视频片段，主要为高阶认知目标的达成和需要复习巩固的学习者提供；

如图3所示，认知目标导入模块的实现流程如下，学科教师通过计算机终端选择一个单词，然后依据课标要求，将该单词关联到学习对象的年级，并选择该年级的学生在学习这个单词时需要学习的词义和用法，以及该年级学生对学习上述内容时需要达到的认知目标；认知目标从听、说、读、写四个角度进行描述，其中关于听的认知目标包括：A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物；A2能根据录音辨认出单词；A3就所熟悉的场景和话题，能根据录音，选择正确单词填空；关于说的认知目标包括：B1能够根据表演、图文提示等说出单词；B2能够模仿例句，运用单词造句；B3能运用单词就所熟悉的个人、家庭情况、日常生活等话题进行简短的口头翻译；B4能根据熟悉的语境，运用单词的不同含义，进行简短的口头翻译；关于读的认知目标包括：C1能认读(朗读)单词；C2能看图识词；C3能看懂单词表达的基本含义；C4能根据上下文语境理解单词的不同含义；C5能够就熟悉话题做一般性的英译汉；关于写的认知目标包括：D1能根据图片、词语或例句的提示，写出单词；D2能根据上下文语境、中英文提示，写出单词的正确形式；D3能运用单词，就熟悉的话题做简短的书面翻译；D4能运用单词的不同含义，就熟悉的话题做简短的书面翻译；

如图4所示，在认知状态分析模块，系统实时分析学习者的闯关数据，更新对每个单词的认知状态；按照题目类型和应答数据的不同类型，对于客观题的字符串类型的答案，直接与参考答案进行字符串匹配，若匹配成功，则认为学习者达到该活动对应的认知目标，并将该认知目标加入到用户-单词认知状态记录表中的达标项；对于翻译题的字符串类型的答案，将学习者答案与参考答案范围内的字符串一一匹配，直到匹配成功(设置为相似度达到90％为匹配成功)或全部匹配结束，若学习者答案在参考答案范围内，则认为学习者达到该活动对应让认知目标，更新用户-单词认知状态表；对于客观题的语音音频类型的答案，调用讯飞语音开放平台提供的语音评测服务接口，对语音进行评分(分值范围在0-5分)，结果在3分以上(包括3分)的，视为合格，更新认知状态表，添加达标项；对于翻译题的音频类型的答案，首先调用讯飞语音开放平台提供的语音识别服务接口，将语音识别为文本，然后再做与参考范围内的字符串答案做字符串匹配，直到匹配成功(设置为相似度达到90％为匹配成功)或全部匹配结束，若匹配成功，则更新认知状态表，添加达标项；同时，按照权利要求1认知状态分析模块所述，更新认知状态表中的学习者认知状态类型是否为输出型和输入型；另外，更新用户-单词学习进度表，若该单词听说读写全部达标，则学习进度为“达标后2”，否则为“闯关中1”；

如图5所示，在适应性学习模块，调用推荐引擎，适应性推荐单词学习序列、单词学习内容和学习活动实现流程如下：

(1)用户首次登录，提取用户基本信息中的年级信息，从单词库中聚合查找并聚合该年级对应的单词，并在用户-单词学习进度表中增加该用户的记录，每个单词的学习进度默认为-1(未开始学习)；同时，从表中随机抽取十个单词，作为用户闯第一关的单词序列，调用单词表、单词-词义表和闯关活动表，提取单词学习内容和闯关活动，在单词学习页面推荐给用户；

(2)用户非首次登录，调用用户闯关记录表，提取已达标单词(输出型单词)，调用拓展资源表，查找与达标单词相关的拓展资源，调用拓展资源记录表，从而筛选出还未向用户推荐过的、与达标单词相关的拓展资源，在学习者个人中心页推荐给用户；

(3)用户非首次登录，调用用户闯关记录表和用户-单词认知状态表，提取出上一关未达标的i个单词，以及未学习的(10-i)个未学习的单词，形成下一关学习和闯关单词序列；对于未达标的i个单词，读取其学习阶段和未达标项，依照权利要求1适应性学习模块所述逻辑向用户推荐未达标项对应的辅助资源，若用户达到输入型水平后推荐相应的拓展资源；

图6为图5所示对于未达标单词推荐辅助资源和拓展资源的实现流程：首先，调用用户-单词认知状态表，提取用户学习阶段，若达到输入型水平，则调用拓展资源表，查找与单词相关的阅读材料、动画、影视视频片段，调用拓展资源推荐表，筛选未推荐的相关资源，在相应的单词学习内容页，推荐拓展资源或链接；同时，提取用户的未达标项，若包含(A1、B1、C2、D1)中的一项或多项，则在单词学习页向用户推荐能够表现单词的图片，帮助记忆；若未达标项包含(A2、A3、C1)中的一项或多项，则在单词学习页向用户推荐单词及其核心音节的发音讲解微课；若未达标项包含(B2、B3、C3、C4、C5、B4、D3、D4)的一项或多项，则在单词学习页向用户推荐单词词义及用法讲解微课；若未达标项包含(D2)，则在单词学习页推荐单词的同义词、反义词及复数形式；

图7、图8、图9为所述适应性学习模块在移动终端呈现给学习者的闯关单词列表页、单词内容页和学习活动页的原型图，学习者可以通过此界面浏览适应性的单词学习序列、单词学习内容和参与学习活动，同时移动终端采集学习者浏览单词学习内容数据和参与学习活动数据，发送至服务器端，供认知状态分析模块调用；

图10为所述适应性学习模块学习者闯关完成后得到的反馈报告原型图，学习者可以查看自己刚刚参与闯关的单词掌握情况，达标和未达标单词比例，以及未达标单词在听、说、读、写方面的掌握情况；

图11为所述适应性学习模块在移动终端呈现给学习者的学习进度报告和拓展资源推荐页的原型图；学习者可以查看自己的学习进度和系统推荐的拓展资源；

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (7)

1.一种基于单词认知状态模型适应性学习系统，其特征在于：包括移动终端、计算机终端和服务器端；所述系统包括领域知识与拓展资源模块、认知目标导入模块、认知状态分析模块、适应性学习模块和后台数据库，其中，领域知识与拓展资源模块、认知目标导入模块运行在计算机端，认知状态分析模块和数据库模块运行在服务器端，适应性学习模块运行在服务器端和移动终端；计算机端通过运行领域知识和拓展资源模块、认知目标导入模块，将学习资源进行结构化处理，并输入到服务器端；移动终端为学习者呈现学习资源和学习活动，并采集学习者交互数据，输入到服务器端；服务器端接收计算机端和移动终端输入的学习资源和学习者交互数据，通过认知状态分析模块计算学习者认知状态，进而调用适应性学习模块的推荐引擎，聚合适应性的学习资源，并通过移动终端呈现给学习者；其中：

领域知识与拓展资源模块，运行在计算机端，实现将领域知识和拓展资源结构化表征并上传到服务器端的功能；通过计算机端的数据导入接口，将结构化的领域知识和拓展资源，上传并保存至服务器端，以供适应性学习模块调用；所述领域知识是指学习者需要掌握的单词的音、形、义和用法方面的知识；对应于每个单词，领域知识包括单词拼写、单词发音音标、单词发音音频、单词的词性和相应的中文含义、单词的用法及其相应的经典例句；所述单词的词性和单词的用法与单词均是多对一的关系，即每个单词可能对应多种词性、含义和用法；所述单词的用法包含单词的常用搭配和常用词组；所述单词的经典例句，摘自于中小学课本以及各种经典英文文献；所述拓展资源分为两部分：辅助学习资源和拓展学习资源，其中辅助学习资源包括能够表现单词的图片、单词的单复数和时态变形案例、单词的同义词和反义词案例、单词发音讲解微课、音标发音讲解微课和单词词义及用法讲解微课，用于辅助学习者达到认知目标，而拓展学习资源包括拓展阅读材料和影视视频片段，主要为高阶认知目标的达成和需要复习巩固的学习者提供；

认知目标导入模块，运行在计算机端，将所述领域知识与拓展资源模块上传到服务器端的结构化数据与单词的认知目标关联，并为每个单词关于不同的认知目标设置学习活动及其评价方案；所述单词的认知目标是依据基础教育英语新课程标准，从听、说、读、写四项语言技能角度进行描述，从而形成了关于听的认知目标、关于说的认知目标、关于读的认知目标、关于写的认知目标，所述每项目标对应相应的学习活动包括关于听的认知目标对应的学习活动、关于说的认知目标对应的学习活动、关于读的认知目标对应的学习活动、关于写的认知目标对应的学习活动；通过计算机端提供的界面，按照课标要求，首先将单词关联到某个年级，然后选择该年级的学习者应掌握的一条或多条词义及用法，并设置学习者对指定学习内容的认知目标，同时为每个单词对应的每项认知目标设置相应的学习活动；新课标中每个阶段要求掌握的单词范围存在交叉，但同一单词在不同阶段所要求掌握的程度不同，所以每个单词可以关联多个年级，即不同年级的学生可能都在学习该单词，但需要达到的认知目标有所不同；通过将单词与年级、认知目标进行关联，为适应性学习模块计算不同年级学习者应学单词集和每个单词应达到的认知目标提供依据；通过设置相应的学习活动，为适应性学习模块提供适应性的学习活动打好基础；通过设置学习活动及其评价方案，为认知状态分析模块提供数据分析依据；

认知状态分析模块，运行在服务器端，通过采集和分析适应性学习模块中用户与系统的交互数据，得出每个用户的认知状态，并将此认知状态提交给适应性学习模块，以供适应性学习模块基于用户的认知状态生成适应性的学习内容；所述认知状态是以用户个体的认知目标为参照，用户实际达到的认知目标的集合，如果用户甲的认知目标集合是Ω＝{A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物，B2能够模仿例句，运用单词造句，C2能看图识词，D1能根据图片、词语或例句的提示，写出单词}，当前的认知状态是认知目标集合的一个子集，而当前的目标认知状态是认知目标集合与认知状态集合的差集；根据用户认知状态集合的分布和学习单词先理解后运用的渐进式规律，又将用户的认知状态分为“输入型”和“输出型”：若用户只在听和读这两项技能的目标达标，则认为用户属于“输入型”或者“理解型”；若用户不仅在听和读的目标达标，而且对说和写这两项技能的目标达标，则认为用户属于“输出型”或者“运用型”；所述用户与系统的交互数据，主要来源于用户浏览单词学习内容的行为数据和用户活动交互数据；通过采集用户在不同类型的学习活动中的交互数据，根据所述认知目标导入模块为每项认知目标设计的学习活动评价方案，分析用户是否达到每个活动对应的认知目标，若达到对应认知目标，则将该认知目标项加入到用户的认知状态集合；

适应性学习模块，运行在服务器端和移动终端，通过接收认知状态分析模块发送的用户认知状态数据，实时跟踪学习者认知状态，以及认知目标导入模块提供的学习者所在年级应当达到的认知目标，基于认知状态和学习阶段，调用服务器端的推荐引擎，适应性地调整单词学习序列、单词学习内容和学习活动，并将适应性的单词学习序列、学习内容和学习活动呈现在移动终端，供学习者学习；同时，移动终端采集用户与系统的交互数据，传送给认知状态分析模块，并接收从认知状态分析模块返回的用户认知状态数据，发送给推荐引擎，实现实时推荐；所述适应性调整单词学习序列、单词学习内容和学习活动，一方面提取学习者基本信息中的年级信息，自动聚合该年级关联的单词及其认知目标，为不同年级的学习者选择适合的学习内容和学习目标；另一方面，根据学习者当前的学习阶段，提供动态的单词学习序列、学习内容和学习活动；所述单词学习序列是指使学习者以“学习+闯关”形式完成单词学习；所述闯关是指学习者参与适应性的学习活动，所述适应性的学习活动是指学习者应达标而未达标的认知目标对应学习活动；十个单词为一个关卡，起初每个关卡中单词以及单词出现的顺序为随机排列，在学习过程中根据每个单词的达标情况，调整每个关卡的单词序列，将上一关中未达标的单词加入到下一个关卡反复学习，推荐适应性的辅助资源，再次闯关后更新认知状态；所述每个单词的学习阶段包括未开始学习阶段、未闯关阶段、输入型目标未达标阶段、输入型阶段、输出型阶段；

后台数据库，包括数据表和实体，其中数据表包括单词表、单词词义表、音标表、认知目标表、单词-认知目标表、用户表、单词认知状态表、单词闯关记录表、拓展资源表；其中单词表存储id、单词拼写、单词音标、单词发音音频、单词发音讲解音/视频、核心音节音频id；单词词义表存储id、单词id、词性、词义、用法、例句、例句解析音频；音标表id、存储音标、发音讲解音频；认知目标表存储id、类型编号、目标内容；单词-认知目标表存储id、单词id、词义id、年级、认知目标集合；用户表存储id、用户名、年级；用户-单词认知状态表存储id、用户id、单词id、单词认知目标id、达标项、学习阶段；用户-单词闯关记录表存储id、用户id、关卡编号、闯关单词ids、创建时间；拓展资源表存储id、资源类型、单词id、资源内容/地址；拓展资源推荐记录表，存储id、用户id、拓展资源id、推荐时间；后台数据库为认知目标导入模块、认知状态分析模块、适应性学习模块提供数据的调用。

2.根据权利要求1所述的基于单词认知状态模型的适应性学习系统，其特征在于：所述领域知识与拓展资源模块的计算机端的数据导入接口，是在计算机端提供上传结构化数据的按钮，接收上传的结构化的领域知识和拓展资源，并传输到服务器端；所述结构化的领域知识和拓展资源，是按照英语新课标要求，将中小学每个阶段需要掌握的单词集按照单词的音标+音频、词性+词义+用法+例句以及单词关联的发音讲解微课、词义用法和例句讲解微课、单词相关阅读材料、单词相关动画/影视视频片段，整理为数据表格和资源包，通过程序将数据表格读入数据库，将所述资源包保存至服务器特定目录，以供适应性学习模块调用。

3.根据权利要求1所述的基于单词认知状态模型适应性学习系统，其特征在于：所述认知目标导入模块中关于听的认知目标包括，A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物，A2能根据录音辨认出单词，A3就所熟悉的场景和话题，能根据录音，选择正确单词填空；所述单词关于说的认知目标包括，B1能够根据表演、图文提示等说出单词，B2能够模仿例句，运用单词造句，B3能运用单词就所熟悉的个人、家庭情况、日常生活话题进行简短的口头翻译，B4能根据熟悉的语境，运用单词的不同含义，进行简短的口头翻译；所述单词关于读的认知目标包括C1能朗读单词；C2能看图识词，C3能看懂单词表达的基本含义，C4能根据上下文语境理解单词的不同含义，C5能够就熟悉话题做一般性的英译汉；所述单词关于写的认知目标包括D1能根据图片、词语或例句的提示，写出单词；D2能根据上下文语境、中英文提示，写出单词的正确形式；D3能运用单词，就熟悉的话题做简短的书面翻译；D4能运用单词的不同含义，就熟悉的话题做简短的书面翻译。

4.根据权利要求1所述的基于单词认知状态模型适应性学习系统，其特征在于：所述认知目标导入中，每项认知目标对应的学习活动如下，关于听的认知目标对应的学习活动：a1听单词录音，选择对应的图片；a2听单词录音，选择对应的单词；a3听一段话录音，选择正确的单词填空；关于说的认知目标对应的学习活动：b1根据图文提示、gif动图提示说出单词；b2模仿例句，应用所给单词，说一句话；b3应用所学单词，就熟悉的话题，做简短的口头翻译；b4应用所学词的不同含义，就熟悉的话题，做简短的口头翻译；关于读得认知目标对应的学习活动：c1朗读单词并录音上传；c2将单词与对应的含义用线连起来；c3写出单词在句中的含义；c4根据上下文，辨别单词在句中的不同含义，选择填空；c5将一段关于熟悉话题的英文翻译成中文；关于写的认知目标对应的学习活动：d1根据图文提示、gif动图提示，写出单词；d2根据中文、英文、首字母提示，写出单词及其正确形式；d3根据所学单词，就熟悉的话题和语境，做简短的书面翻译；d4应用所学单词的不同含义，就熟悉的话题和语境，做简短的书面翻译；所述学习活动与认知目标类型一一对应，对应关系如下，a1-A1、a2-A2、a3-A3、b1-B1、b2-B2、b3-B3、b4-B4、c1-C1、c2-C2、c3-C3、c4-C4、c5-C5、d1-D1、d2-D2、d3-D3、d4-D4。

5.根据权利要求1所述的基于单词认知状态模型适应性学习系统，其特征在于：所述认知目标导入模块中，学习活动及评价方案由学科教师设计，并与年级关联，保证学习活动所涉及的场景和话题是学习者所熟悉和常见的；所述学习活动按照题目类型可分为客观题活动和半主观题活动，其中客观题活动包含了选择题和填空题，答案唯一；半主观题活动包含了口头翻译和书面翻译，由于考察的是熟悉语境下所学单词的固定用法，其答案虽然不唯一，但是可以控制在可选范围内，正确答案的可选范围由学科教师在活动设计时给出；所述学习活动的评价结果包括达标和未达标，分别用1和0表示，题目回答正确则达到对应的认知目标，否则不达标；所述学习活动交互数据，按照数据类型可分为文本和音频，其中文本类型数据通过字符串匹配，判断正误，而音频类型的数据需要借助于“讯飞语音开放平台”提供的语音识别和语音评测服务接口，通过评测学习者单词发音的准确度评价活动c1的数据，通过语音识别将语音翻译为文字，再通过字符串匹配的方式，评价活动b1-b4的数据。

6.根据权利要求1所述的基于单词认知状态模型适应性学习系统，其特征在于：所述适应性学习模块中，所述基于认知状态、学习阶段适应性调整学习内容，未开始学习阶段和未闯关阶段，为学习者提供单词在该年级的基本学习内容：拼写、音标+音频、词性+词义+用法+例句+例句音频；输出型阶段，在提供已达标单词的基本学习内容的基础上，向学习者推荐与已学单词关联的拓展阅读材料；输入型未达标阶段和输入型阶段，根据学习者对当前学习单词的认知目标和认知状态，得出学习者未达标的认知目标项，即未达标项，在提供单词基本学习内容的基础上，为学习者推荐辅助学习未达标项的资源，具体映射如下：若未达标项包含A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物、B1能够根据表演、图文提示等说出单词、C2能看图识词、D1能根据图片、词语或例句的提示，则向用户推荐能够形象地表现单词含义的图片，促进记忆；若未达标项包含A2能根据录音辨认出单词、A3就所熟悉的场景和话题，能根据录音，选择正确单词填空、C1能朗读单词，则向用户推荐单词的发音讲解音频或视频和核心音节发音音频，并提供跟读录音功能，帮助学习者纠正发音；若未达标项包含B2能够模仿例句，运用单词造句、B3能运用单词就所熟悉的个人、家庭情况、日常生活等话题进行简短的口头翻译、C3能看懂单词表达的基本含义、C4能根据上下文语境理解单词的不同含义、C5能够就熟悉话题做一般性的英译汉、B4能根据熟悉的语境，运用单词的不同含义，进行简短的口头翻译、D3能运用单词，就熟悉的话题做简短的书面翻译、D4能运用单词的不同含义，就熟悉的话题做简短的书面翻译，则向用户推荐单词的词义分析和用法讲解音频或视频，帮助学习者理解单词的多种含义及用法；若未达标项包含D2能根据上下文语境、中英文提示，写出单词的正确形式，则向用户推荐单词的同义词、反义词、复数形式；另外，在未达标反复学习阶段，若学习者属于认知状态分析模块所述“输入型”，则向用户推荐单词相关的简短阅读材料、动画、影视视频片段，帮助用户在具体的语境中了解单词的用法，若属于“输出型”，则在提供已达标单词的基本学习内容的基础上，向学习者推荐与已学单词关联的拓展阅读材料。

7.一种基于单词认知状态模型的适应性学习方法，其特征在于实现步骤如下：

步骤(1)，领域知识、拓展资源和认知目标导入以及学习活动设计，按照英语新课标要求，将中小学每个阶段需要掌握的单词集导入系统，同时导入单词的音标+音频、词性+词义+用法+例句；导入单词的拓展学习资源，包括单词的发音讲解微课、词义用法和例句讲解微课、单词相关阅读材料、单词相关动画/影视视频片段，同时以加标签的形式为资源与单词建立关联，每个资源可能关联一个或多个单词；由学科教师通过计算机终端为单词导入认知目标，所述认知目标包括关于听的目标、关于说的目标、关于读的目标、关于写的目标；所述关于听的认知目标包括A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物，A2能根据录音辨认出单词，A3就所熟悉的场景和话题，能根据录音，选择正确单词填空；所述单词关于说的认知目标包括B1能够根据表演、图文提示等说出单词，B2能够模仿例句，运用单词造句，B3能运用单词就所熟悉的个人、家庭情况、日常生活话题进行简短的口头翻译，B4能根据熟悉的语境，运用单词的不同含义，进行简短的口头翻译；所述单词关于读的认知目标包括C1能朗读单词；C2能看图识词，C3能看懂单词表达的基本含义，C4能根据上下文语境理解单词的不同含义，C5能够就熟悉话题做一般性的英译汉；所述单词关于写的认知目标包括D1能根据图片、词语或例句的提示，写出单词；D2能根据上下文语境、中英文提示，写出单词的正确形式；D3能运用单词，就熟悉的话题做简短的书面翻译；D4能运用单词的不同含义，就熟悉的话题做简短的书面翻译；首先将单词与中小学的年级关联，以此为基础选择单词对于该年级学生的认知目标并关联；学习活动设计，学科教师在导入认知目标的基础上，为每项认知目标设计闯关活动，闯关活动的话题和场景是该年级学生所熟悉和常见的；学习活动设计包括活动内容、参考答案，并关联单词、年级、认知目标；

步骤(2)单词学习和闯关，学习者以“学习+闯关”的形式进行学习，每次学习系统推荐的十个单词，学习者可以选择先学习再闯关或者直接闯关；学习者首次登录系统后，后台自动调取学习者年级信息，为其聚合应学单词集，这些单词将分别放到各关卡中学习；每一关的单词有一个单词列表，点开列表中的每一个单词，可查看该单词具体学习内容页面，进行单词学习；闯关活动每个活动显示为一页；在移动终端登录首页，学习者可以查看个人学习情况，包括目标单词总数、已经闯过了多少关、有多少个单词处于“输出型”或者“运用型”状态，有多少个单词处于“输入型”或者“理解型”状态，即只有听和读全达标；每个关卡达标六个单词以上视为过关，否则未过关，学习者继续闯这一关，但该关卡的单词序列与上一次闯关不同，比如，某学习者在第i关闯关时只有5个单词全部达标，则为未过关，继续闯第i关，但第i关的单词学习序列由上次未达标的5个单词和5个新单词组成；另外，通过复习按钮，可以查看以往闯关记录和复习已学单词；其中，学习者浏览的单词学习内容和参与的闯关活动均来自于步骤(1)所述领域知识、拓展资源和学习活动；

步骤(3)认知状态分析，实时采集用户在所述步骤(2)中浏览单词学习内容和参与学习活动中的应答数据，分析学习者在每个应学单词上的认知状态和学习阶段；按照题目类型和应答数据类型，对于客观题产生的字符串答案数据和音频数据，采取字符串匹配和智能语音评测的方法，判断学习者是否达到该活动对应的认知目标；对于翻译题产生的字符串数据，则将学习者答案数据与参考范围内的字符串分别匹配，判断学习者数据是否在正确答案范围内，若是则认为达到对应的认知目标；对于翻译题产生的音频数据，首先调用语音识别服务接口将其转化为文本，然后再与参考范围内的字符串数据进行匹配，判断学习者数据是否在正确答案范围内，若是则认为达到对应的认知目标；以上述方法，依次判断学习者对单词的每项认知目标的达标情况，并将结果存储于用户-单词认知状态表，并分析学习者对某个单词的达标项和未达标项，若全部达标，则记用户对这个单词的认知水平处于“输出型“或者“运用型”，若只有听和读的认知目标全部达标，则记用户属于“输入型”或者“理解型”；同时跟踪用户认知状态的变化，实时更新用户对每个单词的学习阶段，如果未收集到用户浏览单词学习内容的数据，则认为学习者在这个单词的学习阶段处于未学习阶段；如果有浏览单词学习内容数据，未收集到学习者参与闯关活动的数据，则认为学习者在这个单词的学习阶段处于未闯关阶段；如果收集到学习者参与闯关活动的数据，并根据步骤(3)所述方法分析用户的认知状态，如果用户未达到“输入型”或“理解型”认知水平，则认为学习者处于输入型未达标阶段，如果用户达到“输入型”或“理解型”认知水平，而未达到“输出型”或“运用型”认知水平，则认为学习者处于输入型阶段，如果用户达到“输出型”或“运用型”认知水平，则认为学习者处于输出型阶段；将学习者在应学的每个单词上的认知状态和学习阶段保存至数据库，供步骤(4)调用；

步骤(4)适应性内容推荐，基于用户的年级和步骤(3)提交到数据库的学习者的认知状态和学习阶段的数据，调用推荐引擎，从步骤(1)上传至服务器的领域知识和拓展资源内容中，适应性地聚合符合学习者当前认知状态和学习阶段的单词学习序列、单词学习内容和学习活动，并通过移动终端呈现给学习者，同时采集学习者浏览单词学习内容数据和参与学习活动数据，供步骤(3)调用；提取学习者基本信息中的年级信息，自动聚合该年级关联的单词及其认知目标，为不同年级的学习者选择适合的学习内容和学习目标；根据学习者当前的认知状态和学习阶段，提供动态的单词学习序列、单词学习内容和学习活动；所述单词学习序列是指使学习者以“学习+闯关”形式完成单词学习；所述闯关是指学习者参与适应性的学习活动，所述适应性的学习活动是指学习者应达标而未达标的认知目标对应学习活动；单词学习序列以十个单词为一个关卡，起初每个关卡中单词以及单词出现的顺序为随机排列，在学习过程中根据每个单词的达标情况，调整每个关卡的单词序列，将上一关中未达标的单词加入到下一个关卡反复学习，推荐适应性的辅助资源，再次闯关后更新认知状态；所述每个单词的学习阶段包括未开始学习阶段、未闯关阶段、输入型目标未达标阶段、输入型阶段、输出型阶段；

其中，在未开始学习阶段和未闯关阶段，为学习者提供单词在该年级的基本学习内容：拼写、音标+音频、词性+词义+用法+例句+例句音频；输出型阶段，在提供已达标单词的基本学习内容的基础上，向学习者推荐与已学单词关联的拓展阅读材料；输入型未达标阶段和输入型阶段，根据学习者对当期学习单词的认知目标和认知状态，得出学习者未达标的认知目标项，即未达标项，在提供单词基本学习内容的基础上，为学习者推荐辅助学习未达标项的资源，具体映射如下：若未达标项包含A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物、B1能够根据表演、图文提示等说出单词、C2能看图识词、D1能根据图片、词语或例句的提示则向用户推荐能够形象地表现单词含义的图片，促进记忆；若未达标项包含A2能根据录音辨认出单词、A3就所熟悉的场景和话题，能根据录音，选择正确单词填空、C1能朗读单词，则向用户推荐单词的发音讲解音频或视频和核心音节发音音频，并提供跟读录音功能，帮助学习者纠正发音；若未达标项包含B2能够模仿例句，运用单词造句、B3能运用单词就所熟悉的个人、家庭情况、日常生活等话题进行简短的口头翻译、C3能看懂单词表达的基本含义、C4能根据上下文语境理解单词的不同含义、C5能够就熟悉话题做一般性的英译汉、B4能根据熟悉的语境，运用单词的不同含义，进行简短的口头翻译、D3能运用单词，就熟悉的话题做简短的书面翻译、D4能运用单词的不同含义，就熟悉的话题做简短的书面翻译，则向用户推荐单词的词义分析和用法讲解音频或视频，帮助学习者理解单词的多种含义及用法；若未达标项包含D2能根据上下文语境、中英文提示，写出单词的正确形式，则向用户推荐单词的同义词、反义词、复数形式；另外，在未达标反复学习阶段，若学习者属于认知状态分析模块所述“输入型”，则向用户推荐单词相关的简短阅读材料、动画、影视视频片段，帮助用户在具体的语境中了解单词的用法，若属于“输出型”，则在提供已达标单词的基本学习内容的基础上，向学习者推荐与已学单词关联的拓展阅读材料。