基于仿真測試驅動的自適應E-learning系統設計方法

馬妍霞 孫堯 郭昌玉

摘? 要 提出一種可交互的、靈活的測試工具來開發自適應數字化學習（E-learning）系統。該系統提供可視化檢查以及編輯功能、仿真和檢查自適應響應功能，并兼容xAPI，將記錄功能與可視化流程相結合，有助于動態調整測試用例。通過上述功能，確保了基于測試驅動方式的自適應系統的開發。最后，利用數學建模法給出數學模型和基于xAPI的模塊功能框圖。

關鍵詞 E-learning;自適應學習系統;xAPI;智能教學系統;自適應仿真測試器

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）05-0028-02

1 引言

自適應學習系統（ALS）可以幫助用戶更好地實現他們的學習目標，在這種背景下，智能教學系統（ITS）利用學習者學習過程經歷中形成的個性化肖像，使學習環境適應用戶的需求。然而，開發一個可驗證自適應學習引擎（ALE）是非常困難的，僅通過驗證單一軟件功能單元，并不能反映出整個自適應學習引擎能夠交互和正確響應真實用戶。一般自適應學習系統的系統開發可以根據軟件開發中制定好的科學測試原則，如測試驅動開發法或數據驅動測試法。通常，使用黑盒測試和數據驅動的方法來測試軟件功能單元，同時將上述方法用于系統整體性測試，但這并不算是一種科學的測試方案。

基于上述問題，本文提出利用一種基于xAPI仿真和可動態調整自適應的概念測試工具。由于xAPI是一種業界標準，使得本文設計的系統可以很輕松地實現與其他學習系統的互操作。它提供了xAPI學習行為記錄功能來實時捕獲學習活動流，從而生成測試用例，有助于自適應系統的系統開發。另外，由于人為因素引入更多的非確定性因素，因此，該系統從功能角度講具有高度的復雜性和變化性。自適應學習系統對測試方法提出更高的挑戰，設計高層次的測試方案成為一項非常重要的任務。與小型軟件組件的典型單元測試相比，利用高層次的測試對象作為整個系統的測試用例，采用基于xAPI標準格式的數據作為系統的輸入集合，并以自適應整個系統響應數據作為輸出。

該系統主要用于數據可視化的自適應學習，研究問題涉及ALS的系統開發、互操作性、行為數據的分析以及自適應性的可視化。在這種情況下，利用用戶行為建模研究，通過嚴謹的規則，從學習行為的視角對E-learning系統建立起來仿真測試工具也是目前研究的熱點[1-5]。

2 自適應仿真測試器概念

從軟件過程中高層次系統測試系統化的必要性談起，在開發過程中，人們想做一種工具，在這種工具中，行為模式可以被編輯、可視化，并以一種確定性的、現實的方式進行模擬仿真。

問題? 問題是對軟件工程領域從事開發和測試的相關人員提出的挑戰，包括：

如何實現黑盒測試和泛化？

什么樣的標準用于建模和處理行為使用數據？

如何模擬真實的使用數據？如何綜合這些數據？

如何在模擬數據中實現可變性和真實性？

如何可視化適應性？如何可視化系統的適應性響應？

如何模擬現實中的不良或錯誤行為？如何模擬不確定或非破壞性行為？

要求? 理性開發工具的目標規范包括：通過xAPI記錄學習環境中的真實行為的上下文數據;可視化真實行為的上下文數據并提供圖形編輯功能;上下文數據可以作為xAPI語句發送到其他系統;動態修改和上下文數據隨機化;適應性響應的可視化和驗證。

測試用例? 有關上下文的信息對于自適應性至關重要，單個數據點通常沒有包含足夠的信息作為一組觀察到的用法動作（上下文數據）。因此，本方案是基于行為數據序列來形成測試用例或上下文數據，即用戶交互串行數據點的集合，基本上等同于xAPI輸入語句的序列。

功能? 自適應仿真測試器工具主要由五個模塊構成，如圖1所示，分別是學習行為記錄采集模塊、學習行為記錄數據庫、行為記錄回放功能模塊、數據可視化編輯模塊、適應性響應驗證模塊。在存儲器上提取學習動作序列數據，加載并進行可視化編輯和仿真模擬。然后，可以通過將底層xAPI語句發送到其他基于xAPI的學習系統，通過數據化編輯模塊功能，對行為數據按時間順序進行顯示。

可視化? 可視化適應性的目標是動態地調整學習環境對用戶的需求，通?；趯Ω兄换祿斎氲慕忉屵^程的結果用于控制自適應性，如動態難度調整、內容修改或學習路徑更改?？梢酝ㄟ^標準化的性能分數來評估每個動作，這也可以在可選屬性result的xAPI規范中找到。但是要對result屬性進一步進行量化，通過量化后的分數，將這些分數進行可檢查化和可視化。這樣可以用于評估用戶的行為，即建設性/進步性、中立性/停滯性或非建設性/下降性[6]。

3 實現與應用

使用nodejs和reactjs腳本語言作為上述自適應仿真測試器的實現語言。它已經被應用于一個自適應學習引擎中，用于圖像解釋中的教育測試，一個小型軟件團隊對該系統進行了初步研究，實現了該系統并得出測試結果。通過xAPI將兩個學習行為加載到自適應仿真測試器，并將記錄的活動流用作測試場景。該工具已被用于一個自適應系統中[6]。

4 結語

提出模擬和測試工具自適應仿真測試器的概念，有助于開發自適應學習系統。該概念利用xAPI來實現互操作性，并且適用于其他系統和黑盒方法以及記錄和回放功能，支持通用性和易用性。下一步，將基于區塊鏈技術為學習行為微顆粒數據搭建學習記錄底層存儲平臺和實現跨機構數據共享。

參考文獻

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pdf.

作者：馬妍霞（通訊作者），濟寧職業技術學院，講師，主要研究方向為電力電子設備開發;孫堯，濟寧職業技術學院，講師，CCF會員，研究方向為信息資源管理、智能計算、嵌入式系統;郭昌玉，濟寧職業技術學院，CCF會員，研究方向為軟件工程、企業信息化軟件（272000）。