個性化學習系統學生模型的設計研究

☆范云霞

（湖南師范大學教育科學學院，湖南長沙410081）

個性化學習系統學生模型的設計研究

☆范云霞

（湖南師范大學教育科學學院，湖南長沙410081）

學生模型較好地反映了計算機系統對學生的認知，對學生建模的構建是實現個性化學習系統的基礎。本文是在前期構建了基于知識地圖的個性化學習系統模型的基礎上，繼續對個性化學習系統的學生模型進行構建。在分析學生模型的研究現狀的基礎上，介紹學習模型在個性化學習系統中的運行機制，最后對學生模型進行了構建與闡述。學生模型的構建有助于系統更準確地分辨學生的個體差異，實現個性化學習。

個性化學習系統；習模型；設計研究

隨著計算機技術、信息技術及網絡技術的迅猛發展，學習者利用網絡學習已經成為一種不可或缺的學習方式。在網絡學習中，一個好的個性化學習系統就像是一個好的教育引導者，它能更好地引導學習者掌握學習知識。學生模型是現實世界中學習者在計算機系統中的抽象表示，是個性化學習系統的核心組件之一。學習模型能夠通過記錄學習者的學習數據，反映學習者的學習狀態、學習行為序列和學習的思維過程。學生模型準確的構建可以完整地記錄學習者的個體特征信息和學習信息，并有利于學習者利用個性化學習系統實現個性化學習。因此，學生模型是個性化學習的基礎，學生模型的構建在個性化學習系統的實現中占據十分重要的地位。

一、學生模型研究現狀

近年來，不少研究學者對學生模型做了大量研究。陳仕品和張劍平兩位學者在《適用性學習支持系統的學習模型研究》中，總結前人對學習模型研究的不足，從認知狀態和學習風格兩個角度對學習模型進行構建，提出了一種基于認知狀態和學習風格的學生模型[1]。劉小丹和胡小紅認為這種學生模型缺乏情感的支持，而情感又與一個人的情緒息息相關，因此，他們在陳仕品和張劍平兩位學者構建的學習模型的基礎上進行補充，在《自適應學習系統中基于情緒感知的學生模型設計》中，提出了基于情緒感知的學生模型。計算機通過表情識別技術獲取和分析人的表情信息，完成對學習者學習風格的預測和實時情緒的標記，動態更新學生模型的數據[2]。在基于情緒感知的學習模型的設計中，劉小丹等學者只是從宏觀的角度介紹了該學生模型，本文在此基礎上繼續深入研究，構建學習模型的實體關系模型。

二、學生模型在個性化學習系統中的運行機制

筆者在前期的研究中，構建了基于知識地圖的個性化學習系統應用模型（如圖1）。該個性化學習系統模型的數據分析模塊的數據庫，分為學科知識本體庫、教學策略庫和學習者信息庫。學科知識本體庫的信息通過領域知識模型來描述，教學策略庫的信息通過教學策略模型來描述，學習者信息庫中的信息通過學生模型描述。在個性化學習系統中，其核心要素是領域知識模型、教學策略模型、學生模型和調度器。學生模型在個性化學習系統中的運行機制圖如圖2所示。具體的運行機制描述為：學習者進行學習活動時，個性化學習系統實時收集和更新學生模型中的數據，調度器根據學生模型中收集的學生數據，調用教學策略和相應的領域知識，給學生提供個性化學習，最后服務于學生。

圖1 基于知識地圖的個性化學習系統模型

圖2 學生模型在個性化學習系統中的運行機制

三、學生模型的設計

（一）學習模型的整體設計

構建個性化學習系統的學習模型，首先要知道從哪些方面對個性化學習系統進行設計，本文在深入研究基于認知狀態和學習風格的學習模型和基于情緒感知的學習模型的基礎上，采用如圖3所示的學習模型宏觀設計，給個性化學習系統提供適合學生個性化差異的教學。在該學習模型中，學生基本信息記錄的是學習者的一些固定的靜態信息，認知狀態、學習風格、情緒狀態和學習動機記錄等信息都是動態變化的，這些信息都隨著學習者學習活動的進行，實時和動態更新著學習模型中的數據。其中，認知狀態記錄的是與學習者在學習活動中知識狀態的變化；學習風格是學習者表現出的對學習模式和學習方法的偏好；情緒狀態可以利用計算機對人臉表情的識別，通過捕捉學習者的面部表情圖像，對學習動機進行實時判斷；學習動機是學習者進行學習活動以達到學習目標，維持內部學習驅動力的內部心理狀態，通過對學習動機的觀察，系統能夠判斷出當前學習任務對學習者的適應情況，進而實現調整。

圖3 個性化學習系統學習模型宏觀設計圖

（二）學習模型的實體間的關系

由上文學習模型的整體設計可知，個性化學習系統由學生基本信息、認知狀態、學生風格、情緒狀態和學習動機五個要素構成，每個要素都包含不同的屬性，這些屬性從各個方面描述了學生的個體差異。因此，在學習模型整體設計的基礎上，對每個屬性進行詳細設計，抽取每個要素的主要屬性，整合起來就形成如圖4所示的學生模型實體間的關系模型。

圖4 學生模型實體間的關系模型

1.學生基本信息

學生基本信息主要分為個人信息和安全信息[3]。學習者個人信息在學生注冊登陸系統時，就已經存儲到學習系統中，這些信息涉及到學生的姓名、性別、年齡等大部分固定的屬性。學生的基本信息在學習過程中是始終不變的。在系統中直接對這些數據進行查詢，就能顯示出結果。

2.認知狀態

認知狀態這一要素的屬性，是依據知識地圖中的知識點所設置的。每一個知識點都會依據教學目標設置這個知識點應該達到的認知狀態（知道、理解、應用、分析、綜合、評價）。根據學習者在學習過程中對該知識點的掌握情況，系統會及時動態更新，以便為學習者隨時更換教學策略。

3.學習風格

學習風格描述了學習者對學習環境和學習方式的偏愛。這一要素間接影響著學習者的學習效率。根據菲爾德和希爾維曼對學習風格的分類，將學習風格分為感知型、直覺型、主動型、反思型、感覺型、言語型、全局型、序列型。系統感知學習者的學習偏好，提高學習者的學習效率。

4.情緒狀態

情緒狀態是利用表情識別技術，計算機通過對人的表情的識別與計算，將其轉換成相應的情緒。積極的情緒對應積極的情緒狀態，消極的情緒對應消極的情緒狀態。人臉的表情大體可分為高興、驚奇、悲傷、憤怒、恐懼和厭惡[4]。不同的表情對應不同的情緒指數，對情緒狀態的記錄，結合學習者的學習風格屬性更能客觀的反映學習者的學習特征。

5.學習動機

耶克斯—多德森定律表明，學習者的學習效率和學習的動機呈函數關系，效率隨著動機強度呈現倒U型變化。學習動機過強或者過弱都不利于學生學習[5]。當學習者學習動機不足時，系統可以給予學生獎勵，提高其學習動機；當學習者學習動機過高時，系統可以增加學習的難度，使學習者能夠保持一種平衡的心態。

四、結束語

對個性化學習系統學生模型的設計研究是實現個性化學習系統的核心。只有對學生的個體差異做出準確判斷，才能從真正意義上實現學習者的個性化學習。本文在前期研究的基礎上，對基于知識地圖的個性化學習系統的學習模型進行設計研究，從整體到局部闡述了學習模型的構建過程，以期為日后個性化學習系統的深入研究奠定基礎。

[1]陳仕品,張劍平.適應性學習支持系統的學生模型研究[J].中國電化教育,2010,(05):112-117.

[2]劉小丹,胡小紅.自適應學習系統中基于情緒感知的學生模型設計[J].中國教育信息化,2015,(19):86.

[3]王艷芳.支持個性化學習的e-Learning系統研究[J].中國電化教育,2008,(03):105.

[4]劉偉鋒.人臉識別技術研究[D].合肥:中國科學技術大學,2007:6.

[5]王振紅,李彩娜.教育心理學[M].北京:高等教育出版社,2011.

[編輯：莊豐源]

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1671-7503（2017）07-0078-03