一種基于社會網絡技術的教育協作支持系統設計

摘 要： 為了使用互聯網技術更好地促進創新教育，為培養學生創新能力提供有利的環境，設計了一個基于社會網絡技術的教育協作支持系統，提出了基于社會網絡拓撲結構的相似度概念并以此為基礎設計了協作推薦算法。協作推薦算法可以根據學生的興趣推薦合適的合作伙伴、指導老師、專家、項目或者文檔資料。該系統幫助學生更好地應用所學知識解決學習項目，達到創新教育的目的。

關鍵詞： 社會網絡； 支持系統； 推薦算法； 相似度

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）24?0029?03

Design of a collaborative education support system based on social network technology

LI Zhi?fang1， CHEN Ting?ting2， YE Li?ying3

（1. Shenzhen Senior High School， Shenzhen 518040， China； 2. Shenzhen Research Institute of City University of Hong Kong， Shenzhen 518057， China；

3. Department of Information System， City University of Hong Kong， Hongkong， China ）

Abstract： In order to create a friendly environment to cultivate the innovation ability of students， a collaborative education support system based on social network technology was designed. A similarity concept based on the social network topology was proposed and the collaborative recommendation algorithm was designed on the basis of the concept. The algorithm can help students to find partners who share similar study interests， facilitate communication among students， and enable teachers to provide prompt guidance for students. The proposed approach is of a great help to students for utilizing their knowledge to deal with the learning projects and enhancing their ability of innovation.

Keywords： social network； support system； recommendation algorithm； similarity

法國著名文化教育學家斯普朗格說過：“教育的最終目的不是傳授已有的東西， 而是要把人的創造力量誘導出來”。創新教育是著重培養學生的創新意識與創新能力的教育。為了實現創新教育， 應該為培養學生的創造力提供條件。教師不能只教授課程內容，而是要引導學生創造性地運用知識和能力， 自主地發現問題、研究問題和解決問題 ，在研討中積累知識、培養能力和鍛煉思維的新型教學模式 [1]。創新教育已經成為我國教育的一個重要目標。 然而，創新教育目前在我國的現狀仍然難以讓人滿意。著名的錢學森之問指出：“現在中國沒有完全發展起來，一個重要原因是沒有一所大學能夠按照培養科學技術發明創造人才的模式去辦學，沒有自己獨特的創新的東西，老是‘冒’不出杰出人才”。因此，提高創新教育質量是我國需要解決的一個重要問題。近年來，互聯網技術取得了飛速的發展，已經進入了Web 2.0的時代[2]。其中，具有代表性的互聯網應用包括博客/微博（Weblog/Microblog）、社會網絡（Social Network）、百科全書（Wiki）等[3]。相比傳統互聯網應用，Web 2.0 強調互聯網只是一個信息的公共載體/平臺，每一位網絡用戶既是信息內容的消費者，也是網絡的創造者[4]。以社會網絡為基礎的遠程合作交流已經成為一種重要的協作手段。它是構架未來集團型和交叉型的科研中心的重要組織形式，也是今后互相協作在網絡時代的一種主要運行模式。在歐美發達國家，社會網絡己成為大學和科研機構進行教學、科研合作的一個重要學術和文化領地。在我國，目前的教學系統還多數依賴于傳統的信息系統[5]。目前大多數學校科研教育缺乏系統的管理，很大程度上是松散的進行，通過Excel，Word等辦公軟件來處理大量的數據[6]。

基于創新教育的模式及需求的探討，本文提出一種基于社會網絡技術的教育協作支持系統設計。教育協作支持系統是實現創新教育的網絡化管理平臺，形成一個及時更新的教育管理溝通平臺，全面、實時、準確地提供學校的有關科教信息，為學校教師開展科研活動提供方便快捷的服務，為學生開展項目，學習創新提供極大的便利。所以教育協作支持系統平臺的構建和應用是非常有必要的，該系統平臺服務于學校學生的科研學習，為輔導老師進行指導決策提供有利的信息支持，有助于學校培養創新拔尖人才水平的提高。本文的主要貢獻在于分析創新教育的需求，總結出創新教育概念模型，以此設計了基于社會網絡的教育協作支持系統，并重點研究了基于社會網絡的協作推薦算法。

1 創新教育概念模型

相比于傳統教育，創新教育最大的特點是其不僅僅教育學生基本的書本知識，還需要通過讓學生利用所學的基礎知識解決實際項目，在項目執行的過程中培養學生的創新能力。創新教育一個重要的評價指標就是學生是否能夠獨立或者在老師的指導下完成高質量的有創新成果的項目。因此，以項目研究為主線， 以研究法、討論法、案例分析法等為主要教學方法 ，以互聯網等現代教育技術為支撐開展教學，是創新教育的主要特點。有學者將研討式教學的步驟概括為5步， 稱為研討式5步教學法[7]。這5步分別為：選題、搜集資料、小組研討、全班交流、總結提高。如圖1所示，通過對創新教育的特點分析，總結出了一個創新教育概念模型。該模型把創新教育所需要進行的教學活動總結為3個主要參與主體以及這些主體之間的協作。主要涉及3個主體：學生，指導老師和外部專家。學生需要和同學，老師以及外部專家交流互動，在系統的創新教育方法的指導下學習開展科研任務；指導老師也需要和同事，學生，以及外部專家溝通交流，以達到有效指導學生的目的。創新教育的一個重要目標就是幫助學生完成具有實際價值的科研項目。因此，在項目執行過程中需要緊密聯系實際需求。實際需求往往需要得到工業界或者學術界的認可，因此外部專家也是創新教育不可缺少的主體。他們還可以及時地給學生和老師提供有效的資源幫助，反饋意見等，能夠對項目質量和創新性提供保障。

在互聯網技術發達的環境下，一個有效的教育協作支持系統將能夠促進各個交流溝通環節。例如，學術可以隨時通過系統聯系相關外部專家，得到及時的反饋意見。老師可以通過系統查看學生的進度，及時幫助學生解決可能的問題。這個概念模型中的協作關系可以用社會網絡很好的表示 [8]。

2 協作教育支持系統框架

根據創新教育概念模型， 在此提出一個教育協作系統框架。該系統架構如圖2所示。為了支持創新教育，基于社會網絡技術，該系統提供了以創新項目為載體的協作平臺。學生、老師和專家可以通過這個平臺管理教學進度、互相交流并相互促進。本文所提出的教育協作支持系統采用的是B/S結構即瀏覽器和服務器結構。它是隨著Internet技術的興起，對C/S結構的一種變化或者改進的結構[9]。 在這種結構下，用戶工作界面是通過瀏覽器來實現，極少部分事務邏輯在前端（Browser）實現，但是主要事務邏輯在服務器端（Server）實現，形成所謂三層3?tier結構。

圖1 教育協作概念模型

圖2 教育協作支持系統框架

基于網頁瀏覽器的界面：用戶通過用戶名和密碼登陸網頁，并通過網頁進行查看與操作。B/S結構最大的優點就是可以在任何地方進行操作而不用安裝任何專門的軟件。只要有一臺能上網的電腦就能使用。系統的擴展性非常容易，只要能上網，再由系統管理員分配一個用戶名和密碼就可以使用了。

（1）社會網絡管理。每個用戶根據自身不同的角色有自己的空間。自己的空間里面顯示了自己的關系網絡，其中包括與項目的關系，與文檔的關系，與人的關系。這些關系是系統用戶在參加創新教育過程中各種活動的記錄。同時，系統還可以根據用戶目前的狀態，推薦用戶合適的項目，小組合作伙伴、導師、外部專家以及相關支持文檔。

（2）項目管理。主要是以項目的開始，執行，檢查、改進、提交的生命周期為各個參與主體提供項目管理的各項功能，如任務劃分，日程安排，進度監控等。

（3）知識管理。主要幫助用戶管理個人的知識庫，系統所有記錄的項目相關文檔都被存入知識庫，知識庫可以根據個人的興趣和當前項目，

（4）協作管理。教育過程中參與主體需要互相交流，如通過微博、電子郵件、視頻等方式。協作管理通過用戶的聯系方式，提供遠程的協作支持。

3 基于社會網絡的推薦算法

在協作教育支持系統中，由于系統涉及到教育的各個層次，需要管理的內容較多。因此需要一個有效的機制推薦相關的項目，合作小組伙伴、導師、專家與文檔。否則，用戶將會有太多的無用信息，降低學習工作的效率。本系統的推薦機制是基于社會網絡的相似度算法。

該推薦算法的目標是為根據用戶當前的社會網絡狀態為用戶推薦其所需要的最相近的合作伙伴、指導老師、文檔資料、項目和專家等。本算法區別于傳統的推薦算法，主要在于其考慮了社會網絡的拓撲結構 [10?11]。

教育協作社會網絡可以定義為一個圖G（Ns，Nt，Np，Nd，Ne，E），其中Ns為學生節點集合；每個節點代表一個學生；Nt是導師節點集合；Np是項目節點集合；Nd是文檔資料節點集合；Ne是專家節點集合；E是關系集合，表示了所有創新教育社會網絡中節點的相互關系。

檢索算法采用基于復雜網絡的的相似度計算算法[12]。通過引入網絡各種節點的相互關系，能夠更加準確的表示學生，老師，專家，項目，文檔資料以及他們之間的相關性。根據復雜網絡節點相似性理論，可以基于復雜網絡拓撲結構定義節點相似度，例如學生a和學生b的相似度可以由式（1）計算：

[Sima，b=ωsSsa，b+ωtSta，b+ωpSpa，b+ωdSda，b+ωeSea，bωs+ωt+ωp+ωd+ωe] （1）

式中[ωs，ωt，ωp，ωd，ωe]是學生關系，教師關系，項目關系，文檔資料關系和專家關系在學生相似度計算中的權重系數，且[ωs+ωt+ωp+ωd+ωe=1。]

[Ssa，b=Ba?BbBa?Bb] （2）

式中：B（a）和B（b）分別是和學生a與學生b有合作關系的學生集合。

同理類似，可以計算St，Sp，Sd，Se。根據上述相似度計算公式，協作合作伙伴推薦算法如下所示：

輸入：現有教育協作社會網絡的節點與邊的集合，需要推薦合作伙伴的學生a

輸出：為學生a的推薦的k個合作伙伴列表

RecommendedList=[?]

學生a現有的合作伙伴列表為B={b1，b2，…bn}

MinimumSimilarity=0；

for i=1 to n

For each x[∈]Ns

Similarity=Sim（bi，x）

If RecommendedList.size（）

添加x到RecommendedList

Else if Similarity> MinimumSimilarity

添加x到RecommendedList

移除RecommendedList中相似度最小的節點

MinimumSimilarity= Similarity

Return RecommendedList

該算法根據已有合作伙伴為學生推薦相似的合作伙伴，非常準確的利益社會網絡的特性，尋找有共同興趣與能力的學生，幫助他們組建團隊，完成項目。但是，如果一個學生沒有任何社會關系，系統則無法推薦。因此，該系統需要給予新用戶一段時間建立基礎的關系。類似算法可為用戶推薦所需的文檔資料，項目，導師與專家。該算法計算公式中的權重調節可調整推薦的側重點，如果研究方向比較重要，則文檔與項目的權重較高。如果導師指導比較重要，則導師的權重較高。

4 結 語

創新教育是我國教育發展重要目標。近年來，以社會網絡技術為代表的互聯網技術已取得廣泛應用。但是現有教育系統的設計與開發還沒有使用社會網絡技術。本文基于現有的創新教育方法，總結出了以協作為中心的創新教育概念模型，并設計了基于社會網絡技術的教育協作支持系統。其中，基于社會網絡的推薦算法是該教育協作支持系統支持創新教育的一個重要保障。

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