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基于本体理论的网络教学适应性及其优化研究

赵品勇  
【摘要】:适应性教学(Adaptive Teaching)的基本思想和要求是:尊重学生个体差异,分析学生个别能力以及学习特点,并据此动态地组织和呈现适合学生学习水平的教学内容,以及在具体的教学情境中采用变化的教学策略等等。 适应性教学能够对教学质量形成积极推动作用。但因为种种主客观原因,我国教师(尤其是高校教师)普遍感觉教学任务繁多、工作压力沉重,没有充分的时间和手段去识别学生特征的多样性和复杂性。在这种情形下,如何建立有益于教师借助现代教学手段和系统工具针对学生个体差异的学习调整、引导和监控是迫切需要解决的问题。 而在另一方面,现代信息技术的蓬勃发展已使网络教学成为人们获取知识的重要方式,网络教学(Web-based Teaching)的研究和实践为我国现代教育的跨越式发展提供了极好的条件。作为一种全新的教学方式,网络教学将为更多的学习者提供接受良好教育的机会,这有利于实现教育机会均等,是构筑21世纪终身学习体系和教育适应未来信息社会、培养高素质人才的重要手段。至今,网络教学已经逐渐成为传统课堂教学的必备辅助手段,由此,网络教学的适应性问题便成为相关研究工作的重点和难点。 尽管国内外的相关研究工作从各个方面(比如:学生模型和资源模型的构建机制,适应性实现机制,代理和Web服务技术的整合应用,等等)尝试解决网络教学的适应性问题,但核心问题仍然非常突出: (1)对于学习者的识别能力还很弱,不能清楚识别学生的个体特征,不能清楚辨别学生之间的个体差异。 (2)对于学习资源的识别能力也很弱,不能清楚辨识学习资源的特质,不能清楚区分资源之间的异同。 (3)受制于学习者和学习资源的识别能力,所形成的适应机制生硬,不能灵活地在学习资源和学习者之间建立一种适应和被适应关系。 (4)虽然应用了代理技术(结合Web服务技术),但由于网络教学中的众多数据都是面向人的,而非面向机器的。即这些信息是人可以理解的,但不是代理可以“理解”的,这导致代理的自动数据处理能力偏弱,不能为网络教学的适应性提供强大保障。 本文认为要解决网络教学的适应性问题,应首先尽力确保系统中每个元素具有语义。而所谓“具有语义”,就是指这些元素不仅仅是人可以理解和处理的,更是机器(计算机)可以理解和处理的,这就极大地方便了人与人、人与计算机、计算机与计算机之间的交互与协作,并为架设高级的智能应用,比如数据挖掘(data mining)、自动推理(automatic inference)、自学习(self-learning)、自组织(self-organization)、自适应(self-adapatation)等等,提供了坚实的基础。 为此,本文以本体理论为基础,从如下几个方面研究了网络教学适应性问题: (1)课程本体和学生本体 学生和课程资源是网络教学的基石,相应的课程本体和学生本体的构建工作的成功程度决定了智能代理(机器)对于学生和课程资源的识别能力。而既有的研究工作对于课程本体和学生本体的构建说明都非常含糊,故此本文提出了一个课程本体和学生本体的构建方案。 (2)基于本体实现多代理通信机制的二义性语义消岐 多代理技术逐渐成为网络教学的依赖技术,它可以为网络教学的适应性提供保障。而多代理之间的协作能力基于多代理之间的通信能力,但现有的多代理技术通信机制中存在二义性,导致不同代理对于同一指令或者数据有不同的“理解”,从而降低了代理间的通信能力。为此,本文提出了基于本体实现多代理通信机制的二义性消岐方法。 (3)基于本体的Web服务推理方法 Web服务已经逐渐成为代理技术的支撑技术,而Web服务推理问题是Web服务发现、调用和集成的关键。另一方面,将本体技术应用于Web服务也已经逐渐成为Web服务今后的发展方向,所以本文说明了一个基于本体的Web服务推理方法。 (4)学习资源动态组织优化方案 学习资源动态组织是指根据学习诊断的结果以及学生的学习历史记录,动态的组织和呈现最能满足学生学习的内容。针对一些现有的相关研究结论要么过于简单而不能达到目的,要么过于复杂而难于实现的状况,本文提出了一种学习资源动态组织优化方案。


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