适应性学习支持系统的学生模型研究

发布时间：2017-10-27 07:13

  本文关键词：适应性学习支持系统的学生模型研究

  更多相关文章： 适应性学习支持系统 学生模型 适应性教学内容组织 适应性测试

【摘要】： 适应性学习支持系统是近年来人工智能在教育中应用的研究热点之一,它是教育学、认知科学和计算机科学的交叉研究领域。由于传统网络教学系统忽视了学习者的个体差异,对所有的学习者采用相同的教学内容和教学策略,导致了学习者经常发生网络迷航和认知超载等问题,在很大程度上影响了网络教学的质量,因此目前许多研究开始关注创建适应性和个性化的学习环境。适应性学习支持系统在本质上是一类支持个性化学习的在线学习环境,它能够针对个体在学习过程中的差异性而提供适合个体特征的学习支持,包括个性化的学习资源、学习过程和学习策略等。 本研究针对适应性学习支持系统的学生模型和适应性教学内容的组织开展研究。在适应性学习支持系统中,学生模型是系统的核心组件,它记录学习者的个体特征,反映了学习者的个体差异,为系统进行智能决策提供了决策依据;适应性教学内容是系统根据学习者个体特征定制的个性化教学内容,它既是系统最重要的学习支持方式,也是系统适应性最直接的体现。 本研究采用了文献研究法、系统方法和基于设计的研究方法。研究工作主要包括: 1.以历史发展为线索总结了计算机辅助教学的智能化历程,分析了智能教学系统的优势与不足,认为适应性学习支持系统是当前数字化学习支持平台的发展趋势。 2.在深入分析增强适应性超媒体应用模型(EAHAM)的基础上,提出了一种基于EAHAM模型的适应性学习支持系统的体系结构,它主要包括媒体空间、领域知识模型、学生模型、情境模型、教学模型和适应性模型等六个部分,并添加了适应性学习模块、学习策略模块和学习工具模块。基于EAHAM模型的适应性学习支持系统的体系结构深化了系统的组成部件和运行机制,不仅能够根据学习者在知识基础、学习风格等方面的个体差异提供适应性学习支持,而且在系统实现方面具有良好的可操作性。 3.建立了一种基于认知状态和学习风格的学生模型,反映了学习者在认知状态和学习风格两方面的个体差异。通过对智能教学系统中典型的学生模型进行了详细分析,认为智能教学系统中的学生模型主要功能是诊断并记录学生的知识状态,特别是诊断学生在问题解决过程中形成的错误概念。这种学生模型局限于学习者的知识状态,而对学习者的其它个体特征缺乏了解。为了反映学习者在先前知识基础和学习风格方面的个体差异,本研究提出了一种新的基于认知状态和学习风格的学生模型,它主要包括了学生描述、学习风格、认知状态和学习历史。其中,学习者的认知状态和学习风格是基于EAHAM模型的适应性学习支持系统的主要适应维度。本研究采用Felder-Silverman学习风格模型(FSLSM),通过学习者在网络课程在线注册时填写问卷调查进行初始化。 4.将认知能力和学习风格作为基于EAHAM模型的适应性学习支持系统的两个适应性维度,提出了基于认知能力和学习风格的适应性教学内容组织模型,详细分析了适应性教学内容的组织过程。适应性教学内容的动态组织模型主要包括两个过程:一是适应性学习支持系统根据领域知识的层级结构、面向任务的教学策略和学习者的认知能力水平分类动态地组织适应性教学内容。二是适应性学习支持系统根据FSLSM的“感知——输入”两个维度提供适应性教学内容表示策略:根据FSLSM的“处理——理解”两个维度提供适应性导航策略。适应性教学内容采用SCORM标准进行封装,并在学习过程中基于认知状态进行适应性标注。 5.采用计算机自适应测试技术来诊断学习者的认知能力,并根据测试结果动态地更新学生模型。在项目反映理论基础上,提出了一种自适应在线测试系统的体系结构,采用三参数逻辑斯蒂模型分析了选题算法、能力评估算法和测试终止条件,并针对《现代教育技术》国家精品课程设计了自适应测试的原型系统MET-CATS,分析了系统自适应测试的运行过程和评价过程。根据测试结果,学习者的认知能力被分为初级水平、中级水平和高级水平。
【关键词】：适应性学习支持系统 学生模型 适应性教学内容组织 适应性测试
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：G434
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• 图索引10-12
• 表索引12-13
• 第一章 绪论13-25
• 一、选题背景13-16
• 二、问题的提出16-18
• 三、研究意义18-19
• 四、研究内容与方法19-23
• 五、论文的结构23-25
• 第二章 适应性学习的理论基础25-39
• 一、知识与学习25-26
• 二、建构主义学习理论26-31
• 三、认知灵活性理论31-33
• 四、多媒体学习的认知理论33-39
• 第三章 适应性学习支持系统及其结构模型39-61
• 一、适应性学习支持系统的发展39-51
• (一) 从程序教学到智能教学系统39-46
• (二) 从超文本到适应性超媒体系统46-48
• (三) 适应性学习支持系统48-51
• 二、适应性学习支持系统的结构模型51-54
• (一) 典型的适应模型51-52
• (二) 增强适应性超媒体应用模型52-54
• 三、基于EAHAM模型的ALSS体系结构54-61
• (一) 设计思想与目标54-55
• (二) 体系结构设计55-58
• (三) 适应性过程及其特点58-61
• 第四章 学生模型及其分析61-73
• 一、学生模型的特征与类型61-63
• (一) 学生模型及其特征61-62
• (二) 学生模型的分类62-63
• (三) 学生模型的作用63
• 二、学习理论对学生模型的影响63-64
• (一) 行为主义学习理论对学生模型的影响63-64
• (二) 认知主义学习理论对学生模型的影响64
• (三) 建构主义学习理论对学生模型的影响64
• 三、典型的学生模型64-68
• (一) 铅板模型64-65
• (二) 知识覆盖型学生模型65-66
• (三) 基于约束的学生模型66
• (四) 贝叶斯学生模型66-67
• (五) 若干典型学生模型的比较67-68
• 四、开放性学生模型68-73
• 第五章 基于认知状态和学习风格的学生模型73-93
• 一、适应性学习支持系统中学生模型的定位73-76
• (一) ITS与ALSS学生模型的差异73-74
• (二) 相关的学习者元数据标准74-76
• 二、远程学习者的个体差异76-81
• (一) 先前知识基础77
• (二) 学习风格77-81
• 三、CSLS学生模型的构成81-86
• (一) 学生描述82
• (二) 学习风格82-84
• (三) 认知状态84-86
• (四) 学习历史86
• 四、CSLS学生模型的初始化86-93
• (一) 学生描述的初始化86
• (二) 学习风格的初始化86-93
• 第六章 基于CSLS学生模型的适应性教学内容组织93-129
• 一、适应性教学内容动态组织的过程模型93-103
• (一) 基于知识树的领域知识表示95-100
• (二) 面向完整任务的教学策略100-103
• 二、基于CSLS学生模型的教学内容组织103-112
• (一) 基于认知能力的教学内容组织103-105
• (二) 基于学习风格的教学内容选择105-108
• (三) 基于学习风格的适应性内容表示108-110
• (四) 基于学习风格的适应性导航110-112
• 三、基于CSLS学生模型的教学内容适应策略112-115
• (一) 基于认知能力和学习风格的教学内容适应策略112-114
• (二) 基于认知状态的教学内容适应性标注114-115
• 四、案例:基于MOODLE平台的适应性教学内容组织115-129
• (一) 基于Moodle平台的ALSS架构115-117
• (二) 基于SCORM标准的教学内容组织117-129
• 第七章 基于适应性测试的学生模型更新129-145
• 一、学习者能力评估模型及其实现129-133
• (一) 项目反应理论129-131
• (二) 基于CAT的学习者能力评估模型131
• (三) CAT模块的体系结构设计131-132
• (四) CAT模块的数据库设计132-133
• 二、适应性测试的关键技术133-137
• (一) 项目反应模型的选择133-134
• (二) 试题库的建立与维护134-135
• (三) 试题选择算法135
• (四) 能力参数估计135-137
• 三、案例:《现代教育技术》国家精品课程的适应性测试137-145
• (一) MET-CATS系统的核心算法137-141
• (二) MET-CATS系统的运行141-143
• (三) 能力评估的结果143-145
• 第八章 研究小结与后续研究145-149
• 一、研究结论145-147
• 二、主要创新点147
• 三、后续研究147-149
• 参考文献149-157
• 致谢157

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本文编号：1102453