基于SCOSM自適應教學(xué)模型設計論文
基于SCOSM自適應教學(xué)模型設計論文
摘 要：本論文詳細闡述了SCOSM模型的組成和構建；構建了一個(gè)能夠反映認知能力的學(xué)生模型，和一個(gè)智能的教學(xué)模型，它們能夠結合自適應引擎和教學(xué)策略一起實(shí)現知識的動(dòng)態(tài)調度和教學(xué)規劃，以實(shí)現資源共享的自適應教學(xué)。
關(guān)鍵詞：可共享內容對象結構模型；學(xué)習者模型；教學(xué)模型；自適應教學(xué)系統
1.SCOSM模型
1.1SCOSM模型的組成
SCOSM由內容格式模型，結構層次模型，包裝交換模型和對象導航模型四部分組成。
內容格式模型描述學(xué)習內容對象的各種屬性格式，重點(diǎn)在于突出內容的檢索和交換的屬性，把表現形式和內容完全剝離開(kāi)來(lái)。它是內容結構模型的核心，解決了創(chuàng )建學(xué)習內容的規范化格式問(wèn)題，把學(xué)習內容格式化，并添加若干屬性，用于實(shí)現內容對象的共享和可檢索。
結構層次模型適應原始學(xué)習內容本身具有的層次性，有利于更好地組織學(xué)習內容，解決內容對象滿(mǎn)足不同層次的共享問(wèn)題。
包裝交換模型解決了不同系統不同平臺內容對象的交換和共享問(wèn)題。它來(lái)自于國家教委的現代遠程教育資源建設規范，因為只有大家都遵守共同的規范才能在最大范圍內實(shí)現共享和重用。
對象導航模型重點(diǎn)描述內容對象之間的聯(lián)系，分析內容對象之間鏈接關(guān)系，解決內容對象之間遍歷和“謎向”的問(wèn)題，為學(xué)習者提供學(xué)習路徑的策略，滿(mǎn)足學(xué)習者“探索式”學(xué)習的需求。下面分別進(jìn)行描述。
1．內容格式模型
有兩類(lèi)內容對象，一類(lèi)是ACO（Atom Content Object，原子內容對象），即不可再分的內容對象，它是學(xué)習內容的最小單位，在它的基礎上可以組合成更大粒度的內容對象。另一類(lèi)是MCO（Multiple Content Object，復合內容對象），它是由原子內容對象復合而成，是學(xué)習內容的主要形式。兩類(lèi)內容對象都有自己的屬性和內容數據，內容格式模型就是把學(xué)習內容格式化，并添加若干屬性，來(lái)實(shí)現內容對象的共享和檢索。
(1)復核內容對象格式描述
復合內容對象格式描述可用表1-1來(lái)表示。
表1-1 復合內容對象格式表
名稱(chēng)
數據類(lèi)型
大小
允許空
含義
ID
char
12
否
表示該內容對象的標識
Title
Varchar
50
否
內容對象的名稱(chēng)或標題
Author
Varchar
10
否
內容對象的制作者
Date
DateTime
12
否
制作日期
Subject
Varchar
30
否
內容對象的主題
Keyword
Varchar
20
否
可用于檢索本內容對象的關(guān)鍵字集
Content
Varchar
20
是
具體組成的原子內容對象
Link
char
10
否
內容對象的相關(guān)鏈接，形成內容序列
Ref_CO
Data
10
是
要學(xué)習該內容對象所需的基礎內容對象
Difficulty
Varchar
6
否
定義該內容對象的難度
Importance
Data
6
否
級別根據不同系統自定
Mastery threshold
Varchar
8
否
掌握該內容對象的衡量標準
(2)原子內容對象格式描述
考慮到教學(xué)內容的各個(gè)環(huán)節，如：測試、掌握程度等，把它作為一個(gè)內容對象的組成部分。每個(gè)內容對象可根據實(shí)際情況擁有全部或部分屬性。
原子內容對象格式描述如圖1-1所示
圖1-1 原子內容對象內容格式模型圖
2．結構層次模型
內容對象必須以層次結構的形式來(lái)進(jìn)行設計和制作，達到最大程度的重用。這里，完整的結構層次模型可分為五個(gè)層次：素材內容，原子內容對象，復合內容對象，課和課程。它們的層次模式如圖1-2所示。
圖1-2 內容對象結構層次模型圖
(1)素材內容
主要是指組成學(xué)習內容對象的原始素材，比如文本內容，圖片，表格，聲音，視頻內容等等，是整個(gè)結構模型的最底層。
(2)原子內容對象
它是在素材內容的基礎上根據一定的教學(xué)意義把各種素材內容集成到一起而形成的內容對象。學(xué)習者可以根據自己的需求來(lái)選擇ACO來(lái)學(xué)習，也可以把ACO組合成更大的MCO或課等來(lái)學(xué)習，保證了學(xué)習形式上更大的靈活性。
(3)復合內容對象
若干個(gè)ACO可以組成更大粒度的MCO。學(xué)習者可以選擇MCO單元來(lái)整體學(xué)習，也可以選擇單個(gè)的ACO進(jìn)行復習或與其它概念比較學(xué)習等�？梢园褜W(xué)習單元或學(xué)習模塊都看作是MCO，只不過(guò)復合的層次不同，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，這都是根據學(xué)習者的需求來(lái)定的。
(4)課
它的概念相當于書(shū)本中的一章或一節的知識內容，同樣是由MCO和ACO組成，從某種意義上說(shuō)課和課程都是MCO，只是學(xué)習的目標層次不同，這樣劃分既方便學(xué)習者選擇學(xué)習內容，也有利于內容的共享。
(5)課程
課程的范圍更寬一些，相當于一本書(shū)或一門(mén)課的內容，比如“局域網(wǎng)技術(shù)和應用”就可以形成一門(mén)課程，它有具體的學(xué)習目標，測試，評估等等。
3．包裝交換模型
內容包裝交換模型的目的是定義一種能夠用來(lái)交換學(xué)習內容的標準數據結構，為學(xué)習資源的制作提供標準數據綁定的基礎，從而使學(xué)習資源可以在不同的創(chuàng )作工具、學(xué)習管理系統和運行環(huán)境之間互操作。這個(gè)包裝交換模型來(lái)自于國內的DLTS，其參考模型是IMS的內容包裝模型，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)單獨文件時(shí)，將會(huì )被稱(chēng)作包交換文件。
一個(gè)包代表了一組可單獨使用和可復用的學(xué)習內容對象。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。包必須能夠獨立存在，即它包含了被單獨運行時(shí)或復用時(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)單獨文件就可以通過(guò)CD或其它可移動(dòng)媒體發(fā)布。內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．對象導航模型
內容對象不是孤立存在的，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(zhù)導航關(guān)系。只討論MCO與MCO之間，ACO與ACO之間，MCO與ACO之間的導航關(guān)系。導航關(guān)系是連接與一個(gè)學(xué)習單元（ACO或MCO）相關(guān)的其他學(xué)習單元的鏈接關(guān)系，導航關(guān)系的確定在整個(gè)學(xué)習過(guò)程中具有重要的作用，因為整個(gè)學(xué)習內容的學(xué)習過(guò)程是以?xún)热輰ο鬄榛A的，學(xué)習者以哪個(gè)內容對象作為學(xué)習的開(kāi)始，按照知識的掌握程度下一步應該學(xué)習哪個(gè)內容對象，都需要導航關(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(lái)對內容對象的屬性和數據進(jìn)行描述。規范的XML文檔都必須是格式良好的，下面的DTD文檔用來(lái)定義內容對象的規范和保證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．內容交換模型的描述
由dltsmanifest.xml文件來(lái)描述內容交換模型，它包含了基本的內容包裝信息：內容對象描述，序列，和內容對象文件名。這個(gè)文件必須放在內容對象目錄的頂層，可以使用任何文本編輯器來(lái)讀取和編輯它。
3．實(shí)現SCOSM內容對象資源庫共享
內容對象資源庫，既要為自適應遠程教學(xué)系統提供學(xué)習內容，又要滿(mǎn)足互聯(lián)網(wǎng)上其他用戶(hù)的檢索和交換服務(wù)，這就必須分別通過(guò)發(fā)布引擎和交換引擎來(lái)實(shí)現，還要求資源庫必須支持XML，同時(shí)提供高效率的數據管理和檢索服務(wù)。進(jìn)行數據交換或者提供給學(xué)習者學(xué)習的時(shí)候，必須按照標準的內容包裝信息才可以實(shí)現數據共享。流程如圖1-6。
圖1-6 內容資源共享流程
在服務(wù)器端，由內容對象調用接口來(lái)解析來(lái)自資源庫的內容包裝信息，加載相關(guān)內容對象，由內容對象序列控制來(lái)完成內容對象的集成、拆分，并完成學(xué)習者的內容對象序列控制。在客戶(hù)端，主要完成內容對象的發(fā)布。
2.學(xué)習者模型建模
2.1模型的建立
1．學(xué)習者模型概述
教學(xué)模塊就是根據學(xué)習者模型提供的信息，選擇適合當前學(xué)習者的教學(xué)內容、教學(xué)步驟，來(lái)實(shí)現自適應智能化遠程教學(xué)。所以學(xué)習者模型是實(shí)現自適應智能化遠程學(xué)習的核心和關(guān)鍵，它是對學(xué)習者信息的抽象描述和表示。針對不同的應用需求，學(xué)習者模型中所描述的信息有所不同。
學(xué)習者模型（Student-Model）是一種表征學(xué)習者認知狀態(tài)的數據結構，是本教學(xué)系統進(jìn)行智能化教學(xué)的依據。依據教育信息化技術(shù)標準委員會(huì )（CELTSC）制定的學(xué)習者模型規范，學(xué)習者元數據由五個(gè)部分組成：
(1)學(xué)習者基本信息：姓名、ID、密碼、性別、班級、年齡、Email；
(2)學(xué)習歷史：課程標號、瀏覽過(guò)的URL、登錄次數、學(xué)習時(shí)間、教學(xué)活動(dòng)形式；
(3)學(xué)習者知識結構：課程編號、知識點(diǎn)編號、各知識點(diǎn)的認知能力情況、知識缺陷和存在問(wèn)題；
(4)績(jì)效信息：各知識點(diǎn)的編號、測試成績(jì)；
(5)學(xué)習偏好：學(xué)習動(dòng)機、認知策略、社會(huì )特征。
2．學(xué)習者數據的初始化
學(xué)習者模型是依據學(xué)習者和系統之間的交互作用及應答歷史而形成的。本課題對學(xué)習者模型“基本信息庫”中的個(gè)人信息、學(xué)習動(dòng)機、學(xué)習策略?xún)A向等靜態(tài)信息在學(xué)習者注冊階段，通過(guò)表單問(wèn)答的方式獲得，存儲在學(xué)習者基本信息庫中。
注冊成功以后，學(xué)習者每次按其ID號登錄進(jìn)入本系統，不必再填表單。登錄時(shí)，學(xué)習者可以通過(guò)測試，所得的各項數據信息，經(jīng)計算后得到認知能力的“初始估計值”（值域為0—1），系統將根據這個(gè)值推薦學(xué)習內容。
3．學(xué)習者模型的生成與動(dòng)態(tài)更新。
課程的用戶(hù)都是注冊的用戶(hù)，用戶(hù)第一次進(jìn)入課程學(xué)習的時(shí)候要進(jìn)行入門(mén)測試，獲得用戶(hù)的初始知識狀態(tài)和他的某些學(xué)習風(fēng)格，進(jìn)入課程學(xué)習后，用戶(hù)與系統的交互信息被記錄下來(lái)用以對用戶(hù)模型進(jìn)行維護。主要的用戶(hù)交互信息記錄有：對學(xué)習單元的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間與次數和單元練習記錄情況。為了能夠及時(shí)反映學(xué)習者知識能力和技能狀態(tài)的變化，可以從服務(wù)器端、客戶(hù)端和代理端跟蹤、采集個(gè)體在學(xué)習過(guò)程中產(chǎn)生的學(xué)習行為數據。這些“學(xué)程信息”經(jīng)記錄和模糊評價(jià)后，分別存儲在學(xué)習者模型庫數據庫中。其中的學(xué)習者知識結構庫、學(xué)習績(jì)效庫中的數據，可以清晰地記錄和評價(jià)學(xué)習者學(xué)習的進(jìn)步。
本文采用“測試→評價(jià)→調整”的方法來(lái)實(shí)現學(xué)習者模型的動(dòng)態(tài)修改，逐步逼近地實(shí)現學(xué)習者模型。
2.2模型的結構
�。保畬W(xué)習者模型的結構
從信息處理的角度看，學(xué)習者建模的實(shí)質(zhì)是分析和處理學(xué)習者的相關(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)習者模型的結構
學(xué)習者模型表示的方法與所學(xué)領(lǐng)域知識緊密相關(guān)。根據模型表示的信息與領(lǐng)域知識的關(guān)聯(lián)程度，可分為領(lǐng)域相關(guān)信息和領(lǐng)域無(wú)關(guān)信息兩種。在實(shí)際的自適應教學(xué)系統中，學(xué)習者模型的信息表示方法可分為定量描述和定性描述兩類(lèi)。
定量描述方法量化學(xué)習者的學(xué)習行為和認知狀態(tài)，定性描述則只能給出說(shuō)明性的信息描述詞句，這樣能夠較好地向用戶(hù)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(lèi)教師的行為，把領(lǐng)域知識以恰當的方式傳授給學(xué)習者。在智能教學(xué)系統中，教學(xué)模塊根據學(xué)習者模型中反映出的學(xué)習者的實(shí)際情況，選擇合適的知識傳授給學(xué)習者，監督并評價(jià)學(xué)習者的行為，應學(xué)習者的請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(chēng)為教學(xué)策略。智能教學(xué)系統中所采用的教學(xué)策略主要有以下幾種：
1．診斷式教學(xué)策略
大多數智能教學(xué)系統采用了這種方法，其教學(xué)形式是：系統提出學(xué)習任務(wù)，對學(xué)習者的響應作出評價(jià)，并糾正學(xué)習者理解上的錯誤。
2．模擬環(huán)境式教學(xué)策略
這種方式為學(xué)習者提供一個(gè)學(xué)習環(huán)境，由學(xué)習者自己去試驗、探索，在不斷的嘗試中學(xué)習新知識，是一種反應式的方法，它鼓勵學(xué)習者糾正自身的知識錯誤。模擬環(huán)境的教學(xué)方法增加了學(xué)習者參與的機會(huì )，會(huì )極大激發(fā)學(xué)習者的學(xué)習興趣，但是它要求學(xué)習者對基本的領(lǐng)域知識已有所了解。
3．蘇格拉底式教學(xué)策略
這種教學(xué)法以問(wèn)答方式問(wèn)學(xué)習者問(wèn)題，它鼓勵學(xué)習者推理自己懂得的東西，并借此修正學(xué)習者的概念，達到教學(xué)目的。蘇格拉底法教學(xué)特別適合于教復雜的課題，在這些課題中各種因素交互作用，并且根據所研究的現象互相對話(huà)。
本系統教學(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
本論文主要介紹SCOSM模型、學(xué)習者模型和教學(xué)模型的建立，以實(shí)現資源共享的自適應教學(xué)，在學(xué)習對象思想的基礎上，結合XML語(yǔ)言的應用，提出可共享的學(xué)習內容對象結構模型，是為了解決如何把利用面向對象的思想付諸到創(chuàng )建學(xué)習資源的實(shí)踐中。
參考文獻：
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任慶東，蘇斐．利用XML實(shí)現異源數據庫中的數據交換．計算機應用研究，2001，18(12)：129～130
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