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Web环境下智能协作学习系统构建的理论与方法

赵建华  
【摘要】: 本论文主要探讨了构建基于Web的智能协作学习系统(WINCOL)的理论与方法,研究范围涉及协作学习、Web环境、智能化教学和CSCL(计算机支持的协作学习),主要采用了文献研究法、内容分析法、问卷调查法、逻辑推理、归纳演绎和系统建模等研究方法。 本论文首先对当前国内协作学习领域的研究现状和Web环境下协作学习系统的发展趋势进行了探讨,并提出了本论文研究的基本范围、研究的作用与意义及研究的基本思路。本论文通过对协作学习研究领域的文献研究与内容分析,初步形成了协作学习理论的基本体系,并对协作学习与合作学习的区别与联系从词源、概念、任务解决、评价等方面进行了较为深入的探讨。本论文还对CSCL、ITS、智能代理、学习技术标准等内容进行了研究与探讨,初步形成了指导WINCOL系统构建的理论基础与方法。 根据从事协作学习场所的不同,可以将其区分为课堂环境(面对面方式)与Web环境下的协作学习。课堂环境下的协作学习,从其基本理论、组织方法与策略、评价及过程控制等方面看,已经相当成熟。而对Web环境下协作学习的研究则尚处于起步阶段,无法同课堂环境下协作学习的研究相比。为了构建Web环境下的智能协作学习协作学习系统,了解影响协作学习过程的要素,对于效果的提高具有非常重要的作用。基于这种考虑,本论文选择对课堂环境与Web环境下影响协作学习过程的要素进行分析,在确定影响Web环境下协作学习的要素前提下,根据与课堂环境下协作学习影响要素的不同,有目的的运用课堂环境下协作学习的成功理论与方法指导WINCOL系统的构建。因素研究得出,课堂环境下影响协作学习的负荷因素有12个,Web环境下则为13个。对这些负荷因素进行分析发现,课堂环境下的协作学习较大地受制于成员之间的协商与交流、形成小组成员之间的积极的依赖关系、强调学习内容的选取、强调成员之间交流的技巧以及协作学习有关条件的处理等。Web环境下则强调小组学习的成果、协作学习持续时间的长短、小组成员的角色扮演、协作学习的场所、协作学习的有关技巧、激发学生参与协作学习的动机与积极性、重视协作学习在教学与人才培养中所起的作用等。此外,课堂环境下更关心协作学习过程中小组学习的组织。Web环境下则更加重视组织有效的协作学习过程,同时亦关心小组学习过程。 在对协作学习基本理论体系、Web环境下协作学习开发系统的理论基础、课堂与Web环境下影响协作学习的要素进行分析与探讨的基础上,提出了一个Web环境下协作学习的理论框架。该理论框架从宏观层面描述了个体性、社会性与协作知识建构的关系,并形成一个由“个体责任、社会协作和知识建构”构成的三维模型。按照该理论框架的基本观点,认为个体责任、社会协作和知识建构三者之间成正比例关系。该模型兼容Johnson兄弟(Johnson, Johnson,1999)提出的协作学习组成的五个基本要素(基本判据),因此同样适用于面对面(课堂)环境。 伙伴模型的构建是实现系统智能化的基础与核心,因为它体现了在WINCOL系统中如何模拟适应学习者的理论、策略与方法。本论文提出了一种构建基于认知学生模型基础上的偏差模型,它既反映了学习者的知识水平和学习情况,同时也反映了学习者的认知能力,并根据学习者的知识偏差及出错对其学习过程中存在的偏差进行补救。伙伴模型由基础伙伴模型和动态伙伴模型构成,前者是指学习者经过前测,由系统根据学习者的注册信息所构建的初始伙伴模型。动态伙伴模型是学习者在系统提供的环境中按照一定的目标从事协作学习的过程中,根据学习者的学习状态、效果、反馈等对基础伙伴模型不断修正而得到的。动态伙伴模型更加适合学习者的真实学习状况。WINCOL系统中伙伴模型的组成要素包括个体身份、知识水平、认知能力和个体差异(如学习风格、智力差异、性别学习差异)。 如何实现对协作学习过程的模拟是体现WINCOL系统设计思想的关键。本论文以对STAD 过程的模拟为例,探讨了构建协作学习过程模型的方法。此外,本论文还提出了一种构建教师 模型的方法。教师模型的构建为在WINCOL系统中实现教师参与协作学习过程提供了基础,它 主要包括个人信息、教学日历、教师角色、教学辅导、教学监控、教学评价和教师历史记录等 组成要素。WINCOL系统中同教师模型相对应的是虚拟教师Agent,包括辅导AgCnt、监控Agent、 评价Agent手管理Agent。 本论文还探讨了WINCOL系统的模块设计,主要包括知识表示与呈现、协作学习策略、评 价与推理、协作学习工具及WINCOL系统中的数据库等。WINCOL系统中的知识组织主要采 用课程型和问题解决型。对于课程型知识的处理主要涉及内容的选择、组织结构、呈现与应用 等方面;问题解决型知识的表示与呈现涉及问题的确定、呈现及应用策略、评价和学生模型等。 在协作学习策略部分,则探讨了如何采用规则表示协作学习的有关策略,如促进学习伙伴有效 沟通的策略、角色扮演的策略、学习资源的运用策略、熟练运用协作学习技巧的策略、培养小 组成员个体责任心的策略、冲突解决策略等。在评价与推理模块,则主要探讨了协作学习的评 价方法及推理规则。WIN


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