適應性E-Learning系統:現狀與趨勢

[摘要]適應性E-Learning是E-Learning發展的一種新的趨勢，而適應性E-Learning系統也代表了E-Learning系統發展的一種潮流。文章首先介紹了適應性E-Learning系統的發展歷史和典型案例，并在此基礎上呈現了適應性E-Learning系統的通用構架和技術模型，最后闡述了適應性E-Learning系統的發展趨勢。

[關鍵詞]E-Learning；適應性學習；適應性E-Learning系統；適應性超媒體系統

[中圖分類號]G40-057 [文獻標識碼]A [論文編號]1009—8097(2011)09—0094—04

在學習過程中，學習者個體具有各種各樣的差異性，不僅表現在個人的能力、背景、學習風格、學習目標等具有差異，即使是個體本身，在學習過程中，知識狀態也在不斷變化。適應性學習(Adaptive Learning)是指學習者通過自身原有知識經驗與適應性學習系統進行交互活動來獲取知識，獲得能力的過程，在這個過程中，學生能夠自我組織、制訂并執行學習計劃，自主選擇學習策略，并能控制整個學習過程，對學習進行自我評估。適應性E-Learning是適應性學習在E-Learning時代的表現形式。而適應性E-Learning系統(Adaptive E-Learning System，AELS)本質上是一種個別化的網絡學習系統，它能夠提供一個適應用戶個性化特征的用戶視圖，這種個性化的學習視圖不僅包括個性化的資源而且包括個性化的學習過程和策略。卡耐基一梅隆大學的Bmsilovsky最早提出了適應性E-Learning系統的適應性，指出其適應性可以分為適應性呈現和適應性導航。適應性呈現負責根據學習者的學習狀況將學習內容以小知識單元的形式組合呈現，具體又分為適應性多媒體呈現、適應性文字呈現和程序化適應性。適應性導航則根據用戶模型調整超鏈接和內容，具體又分為直接導航、鏈接排序、鏈接隱藏、適應性注釋、鏈接適應性生成等。隨著適應性E-Leaming技術的不斷發展，適應性所包含的內容也在不斷增加。總體說來，適應性E-Learning系統的適應性主要體現在能夠根據學習者模型與學習者進行交互，了解學習者的學習水平和目標，提供符合學習者需求的學習路徑和學習內容。

一 適應性E-Learning系統的發展歷史和典型案例

1 適應性E-Learning系統的發展歷史

適應性E-Learning系統的早期表現形式是智能導師系統(Intelligent Tutoring System，ITS)，允許學習者與系統之間進行簡單“對話”，系統能根據學習者提出的問題進行自動解答。由于人工智能技術的局限性，智能導師系統推送學習內容很難令人滿意。尤其是對于人文社科科目的學習，這一缺陷顯得更為明顯。隨著網絡技術的發展，超媒體技術的應用越來越廣泛，一類新的適應性E-Learning系統：適應性超媒體系統應運而生。Brusilovsky也給出了適應性超媒體系統的一個定義：所謂的適應性超媒體(超文本)是指該超媒體系統反映了用戶的某些特征，這些特征存放于用戶模型中，該模型在系統的運行過程中被用來使系統的表現適應于不同的用戶。適應性超媒體系統涉及到兩個關鍵技術和四個主要模塊。兩個關鍵技術分別是適應性內容呈現和適應性導航支持。四個主要模塊分別是：用戶模型、領域模型、適應模型和適應性引擎。至此，適應性E-Learning進行一個新的發展階段，目前正在研究開發并使用的適應性E-Learning大多為適應性超媒體E-Learning系統。

2 適應性E-Learning系統的典型案例

對于適應性E-Learning系統的研究，國外開始較早，從上世紀90年代末期便有相關系統研究和開發的成果。目前占據主流地位的系統包括AHA!ALEA、OntoAIMS、The personal Reader、ACCT和ALE-WINDS等。國內的相關系統主要有首都師范大學王陸教授團隊開發的個性化學習支持系統、華南師范大學陳品德博士等設計開發的A-Tutor、浙江大學張劍平教授等設計開發的M-ALSS等。總體上來講，與國外比較成熟的適應性E-Learning系統相比還存在一定差距。下面主要介紹一下AHA!，ACCT和ALE-WINDS的主要功能特點。

(1)AHA!

AHA!是一個開源的適應性E-Learning系統，能夠以HTML和XML格式實現學習和鏈接的自適應。該系統自1996年開始開發，經過10多年的研究和改進已經成為比較成熟的適應性E-Learning系統的典范。AHA!已經在荷蘭和比利時的多所大學投入使用并獲得了良好評價。其比較有特色的適應性特征包括：選擇性呈現，選擇性呈現技術讓學習者決定哪些頁面或內容需要經常自適應，而哪些知識只需要在特定環境下自適應；適應性圖標標注，一個鏈接狀態(比如推薦的、感興趣的、已訪問的等等)的學習內容不僅可以通過鏈接的顏色標注，同時可以通過個性化圖標呈現方式進行自動標注，不同的訪問者可以根據喜好使用不同的圖標；適應性鏈接目標，這種鏈接狀態不僅可以表示推薦或不推薦，同時可以把學習者引導到個性化頁面。

(2)ACCT

適應性課程開發工具包(Adaptive Course ConstructionTooIkit，ACCT)可以讓課程開發者創建適應性的面向學習活動的E-Learning體驗。ACCT為課程設計人員提供了諸如領域本體建構工具、內容包裝工具、學習資源庫設計工具和課程實時測試及評價環境。ACCT的主要特色是建立于可重用性和面向服務的構架之上。比如，ACCT為課程開發人提供了可視化創建、編輯和分發適應性學習內容的工具，支持不同學科專家對知識操作的協作與共享；ACCT提供了學生與教師進行不同層次交互的工具；ACCT允許課程開發人員與學習資源庫進行交互，支持以關鍵詞搜索形式來推薦候選資源，同時將Web se~ice技術融合在系統構架中。

(3)WINDS-ALE

WINDS-ALE是正在進行的一項歐洲研究項目，目的是實現一個適應性E-Learning環境，整合智能導師系統、教學管理系統和協同學習系統功能。WINDS-ALE將關于學習對象、學習者模型和存儲交換的標準應用到系統中，比如LOM和AICC。該系統根據學生現有的知識狀態、偏好和學習風格生成個性化的教學課件。設計人員根據用戶模型設計一些適應性學習方法，比如附加解釋、先行組織者、比較解釋等。該系統能根據選定的學習策略來提供適應性的內容序列。比如，根據學生的學習需要，可以在一個具體例子之前加一個簡單的介紹。為了降低學習者的認知負載，該系統還采用了多種標注技術。WINDS-ALE還支持不同的學習策略以及學習策略的融合。

二 適應性E-Learning系統的通用構架

一般的適應性E-Learning系統構架包含兩個層和四個主要模型，如圖1所示。兩個層分別是運行時刻層和存儲層。運行時刻層使用適應性規則解析器(也稱適應性引擎)來執行適應程序，存儲層用來存儲與學習資源、學習目標及學習者相關的信息。四個主要模型分別是：

(1)知識空間(Knowledge Space)。知識空間包含兩個子空間：媒體空間和領域模型。媒體空間用來存儲學習資源和對應的學習資源描述信息(比如學習資源的元數據屬性、使用屬性等)。領域模型包含兩個部分：學習目標層級(學習目標集，以樹狀形式存儲)和領域知識本體。

(2)用戶模型(User Model)。用戶模型主要記錄個體學習者的信息和數據，比如學習者已掌握的知識狀態和個人學習風格偏好等。用戶模型包含兩個獨立的子模塊：學習者知識空間模塊和學習者特征模塊。學習者知識空間模塊記錄和呈現學習者的知識狀態，學習者特征模塊記錄學習者的認知特征和學習偏好(比如學習風格，工作記憶容量等)。兩個模塊的區別在于知識空間模塊的數據在學習者與系統進行交互的過程中會不斷更新，而學習者的認知特征和學習偏好則是相對固定的，在某個時期內其特征基本不變。

(3)跟蹤模型(Rack Model)。跟蹤模型用來監控和跟蹤學習者與系統的交互數據，記錄學習者的學習行為并不斷更新學習者模型。

(4)適應模型(Adaptation Model)。該模型主要用來描述系統適應性運行時刻行為的規則。這些規則分為兩類：知識點選擇規則和內容選擇規則。知識點選擇規則用來根據學習者的知識狀態從領域模型中選擇與學習者適應的知識點；內容選擇規則用來根據學習者的認知特征和偏好從媒體空間中選擇與學習者適應的學習資源。

此系統構架的最終目標是向學習者界面顯示個性化的學習路徑和呈現個性化的學習內容。要實現這個過程有三個步驟，如圖2所示。步驟1，基于學習者空間的知識點選擇，即根據學習者空間信息從領域知識本體中選擇適應的知識點集合；步驟2，學習路徑生成，即通過計算知識點與資源描述模型的匹配度，過濾出最相關的學習內容，形成候選學習路徑；步驟3，根據學習者認知特征和偏好從候選學習路徑中篩選出最優的個性化學習路徑。一般來說，適應性E-Learning系統在設計過程中包括三類設計人員：領域專家、教學設計人員和內容專家。領域專家主要負責設計領域知識本體的結構、學習者知識空間的結構以及適應模型中的知識點選擇規則；教學設計人員主要負責定義學習者認知特征和偏好、學習資源描述模型的結構和適應模型中的內容選擇規則；內容專家主要負責開發學習資源和定義媒體空間的結構，通過使用學習資源描述模型來描述生成的學習資源。

三 適應性E—Learning系統的發展趨勢

1 多維化發展趨勢

傳統的適應性E-Learning系統往往是一種智能導師系統或者個性化學習支持系統，主要適用于個別化學習的場合，主要關注的是學習者的知識維度。隨著信息網絡技術的飛速發展，尤其是Web 2.0技術的不斷普及，適應性E-Learning系統正在向支持學習者多維度學習的方向發展，這些維度包括：知識維度、認知維度、社會維度和活動維度。

(1)知識維度。知識維度包含三個層次結構：第一個層次是學習對象，學習對象是在技術支持的學習中使用、重用或參引的任何數字化或非數字化的實體，其具有可重用行、數字化、教學性、互操作性與可讀取性等特征。第二個層次是知識本體，知識本體是領域概念及概念之間關系的規范化描述，這種描述是規范的、明確的、形式化的和可共享的。第三個層次是元數據，即對學習資源特征的結構化描述。

(2)認知維度。認知維度包括：學習者的認知狀態，用來呈現學習者已具有的知識；學習者學習偏好(如難度、語言、情境、學習時間、交互類型、學習資源類型等)；學習者的認知狀態和學習偏好的演化規則，包括學習活動前的測試(前測)和學習活動后的評估(后測)，從而根據學習者所使用過的學習內容，已經獲取的知識和技術來決定向他們提供何種類型的學習資源。

(3)社會維度。社會化維度主要是指對Web 2.0社會化應用的支持。Web 2.0是當前互聯網流行的一種新模式，與Web 1.0相比，Web2.0的鮮明特征在于以開放為導向，以用戶為中心，并提供了參與、互動、分享的機制。Blog、RSS、Postcast、Wiki等社會性軟件與適應性E-Learning系統的無縫鏈接將成為新一輪發展趨勢，同時推動E-Learning向社會化學習的方向發展。

(4)活動維度。早期的適應性E-Learning系統中學習者的學習活動主要是自主學習，即由系統向學習者提供個性化的學習內容和學習路徑，學習者自主完成學習任務。隨著適應性學習技術的不斷發展，適應性E-Leaming系統對學習活動多樣化的支持也越來越強，比如協作學習、探究式學習、問題解決式學習、自定位的學習、基于實踐社區(CommunityofPractice)的學習等多種學習活動可以滿足不同類型的學習需求。

2 標準化發展趨勢

早期的適應性E-Learning系統在設計上往往都是各自為政，由此使得不同適應性E-Learning系統中的學習資源難以實現共享，不同的系統平臺也難以相互溝通。為了實現E-Learning系統平臺之間的信息互通和資源的共享，多個國際性組織如IMS，ADL，AICC和IEEE先后推出了一系列E-Learning標準，比如元數據標準、學習者標準、內容包裝標準等。由于標準的存在，使得各類適應性E-Learning系統間的互操作和資源共享成為可能，既提高了系統的通用性，也提高了學習內容的互用性。尤其值得指出的是，IMS開發的學習設計規范(IMS Learning Design，LD)被廣泛應用到各類適應性E-Learning系統中。LD的目標是提供通用的框架來描述教與學的過程，整合學習者和教師的活動、以及學習過程中用到的資源(媒體)和服務，同時支持多種教學法、多個學習者(包括個別學習者)的學習、混和式學習和各種學習資源的可重用。目前標準化已成為適應性E-Learning系統研制開發的必備要求。

3 整合化發展趨勢

從適應性E-Learning系統的通用構架可以看出，其主要的應用在于根據學習者模型，選擇適應性的知識點并以個性化的方式將內容呈現給學習者，即主要功能是個性化學習內容的生成、管理和呈現。隨著E-Learning的不斷發展，這種相對功能單一的E-Learning系統越來越不能滿足多方面、不斷變化的學習需求。因此，將適應性E-Learning系統與其他E-Learning系統進行功能互補與整合，將是以后適應性E-Learning系統的發展趨勢。荷蘭的GRAPPLE項目正致力于將適應性E-Learning系統技術與學習管理系統(LMS)進行整合。LMS是一種E-Learning自動化管理系統，一般的LMS都具有如下功能：用戶注冊管理、課件目錄管理、學習者的信息數據記錄等。對于學習者來說，LMS有助于安排計劃學習進度，并且有助于與其他學習者進行交流和開展協作學習。但絕大部分LMS不具備學習內容制作的功能，以至于LMS使用者都需要另外提供內容制作工具。適應性E-Learning系統技術正好彌補了LMS的這一缺陷，同時LMS中記錄的學習者信息數據可以與適應性E-Learmng系統中的學習者模型數據進行共享和互用。當LMS與適應性E-Learning系統進行有效整合后，學習者并不能感覺到服務到底是LMS提供的還是適應性E-Learning系統提供的，這樣便形成了一個功能完整的LMS-AELS綜合E-Learning系統。