一種自適應性在線自主學習模型研究

劉興紅，梅佳星，張軍翔，徐 琦

(湖北師范大學 計算機與信息工程學院，湖北 黃石 435002)

0 引言

隨著計算機網絡技術的快速發展和在線學習資源的不斷豐富完善，在線學習已沒有年齡、地域、職業等限制。在網絡環境幾乎能找到你想要的大多數的相關課程，從管理到運動，從音樂到書法，從廚師料理到美容美發，在線學習是全球性的。學習者除了在老師的控制或指導下進行在線學習外，還有更多的是自主學習。但由于在線方式多種多樣，學習者的學習可以通過在線課程也可能是社交媒體，可以是企業自己的學習平臺也可以是學校的學習管理系統。在各種各樣的學習平臺中，學習者的學習也容易出現各種各樣的問題，從而使學習者在網絡中迷茫，甚至偏離方向。

人工智能等技術的出現并逐漸應用到教育中來，在線自主學習又有了新的進步，自適應學習理論有了新的應用。自適應學習是通過一種以計算機、網絡平臺等作為互動教學設備，在學習者的學習過程中提供診斷測試，了解每一個學習者的學習情況，根據每個學習者獨特的需求來安排教學資源的教育方式。循環往復，來達到自適應學習的效果，提高學生學習的效率。

1 在線自主學習

信息加工理論認為自主學習是一種循環往復的檢驗探索過程，而心理學家們普遍認為，自主學習的主要動機是自我信念，建構主義學者則認為自主學習是指學習者對自己的學習目標、學習方法、學習內容以及所使用學習材料的控制權，也就是說學習者的選擇程度是自由的。

在線自主學習應該是學習者在網絡環境下進行自我管理的一種學習行為。自動控制理論下，在線自主學習是一種帶有反饋功能的閉環控制系統。

1.1 在線學習資源的特點與利弊

現有的網絡教育資源具有豐富、共享、良好的交互性能、多樣的媒體展示、逼真的虛擬表現等優點。但也存在資源繁多、條理不清、容易迷航、檢索困難、搜索效率低等不利的問題。豐富的在線教學資源支持學習者在線搜索，為學習者探究學習提供了方便，同時也為學習者提供多種交流方式。但由于檢索困難、搜索效率低，使學習者面對龐雜的學習資源無所適從，甚至在網絡中迷航，最終會對學習失去信心和興趣。

1.2 學習者在線學習特點及行為特性

1.2.1 在線學習特點[1]在線學習是學習者在自主學習環境下參與學習活動，實際上整體參與程度較低，由于學習者容易受到網絡環境中各種信息的干擾，只有在一定條件的監控下才能讓學習者投入到在線學習中來。對教學內容進行結構化設計和組織更能滿足學習者對教學資源的需求，因此，在設計、安排、組織教學內容的過程中，了解和掌握學習者的學習動機和行為是有必要的。經研究發現，在線學習者的學習特點有以下兩種：1)學習過程容易受到學習者認知結構的影響。學習者在選擇新的學習知識點時，一般習慣于選擇熟悉的知識領域進行在線自主學習。2)學習的隨意性讓學習不受控制。在線學習可以做到學習隨時隨地進行，不受時間、空間的限制，使得學習時間可控，可隨意調配，學習更靈活、更方便，同時也使學習易失去控制。

1.2.2 在線學習學習者行為特征[2]學習者的學習習慣和風格各有不同，每一個人都具有不同的學習行為特征：有的學習者喜歡在瀏覽的同時做筆記；有的學習者卻偏好非常仔細地閱讀每一個知識點細節；有的學習者喜歡先快速、多次、反復地閱讀相關知識點，然后再選擇性地精讀其中的內容等。

學習者行為特征通常有學習風格特性(場定向風格、認知表征風格)和學習行為特性差異(性別特征、年齡特征、學習層次特征)。自主學習的行為特征主要有：1)學習者的學習是有計劃、有目標。自主學習者的目標意識較強，他們的學習目的很明確，對自己需要什么不需要什么、希望達到什么標準等，都十分清晰。同時對如何合理安排學習來完成學習任務，也能形成一個大致的學習計劃。2)能夠積極思考、全神貫注地學習。在學習時，自主學習者能夠高度集中注意力，大多數人具有相當強的抗干擾能力。3)學習積極主動。有疑難問題時積極提問，對不同觀點敢于質疑，樂于反思、及時總結。

1.3 在線自主學習的特點及自適應學習需求

1.3.1 在線自主學習的特點 在線自主學習兼具了在線學習和自主學習的特點，因此，自主學習時更多的是強調學習者的一種心理狀態。在線自主學習過程中，由于在線自主學習的學習者不善于管理和監控自己的學習過程，沒找到正確的或適合自己的學習方法和措施，學習只是在應付，享受不到學習的快樂，使學習失去節奏感。所以在線自主學習的效率極低、對學生的自制力要求高、學習效果差。

1.3.2 自適應學習需求 隨著在線學習在使用的廣度和深度上的不斷的增加，功利性獲取知識不再是在線學習主要的目標，出于修心養性、陶冶情操的在線學習需求也在持續增加。構建支持協同創新和個性發展功能的網絡環境，促進在線學習者自身能力的提高，在線學習已經普遍地融入學習者的生活、休閑和工作。越來越多的在線學習被認為是具有建構意義的、分布式的和基于特定情境的學習。隨著在線學習影響的擴大,代表在線學習的核心表征從自主性逐漸向自適應性變化[3]。

自適應學習又可以叫做個性化學習。它使用計算機算法協調與學習者的交互，并提供定制資源和學習活動，以滿足每個學習者的獨特需求。自適應學習致力于通過計算機手段檢測學生當前的學習水平和狀態，并相應地調整后面的學習內容和路徑，幫助學生提升學習效率。自適應可以用少數名師和研發團隊輔助老師教學，判斷出每個學生的薄弱項，為他們提供個性化學習和指導。最大化調動學生的積極性，這個是我們持續看好的。

2 自適應性在線自主學習模型

自適應學習有三個步驟：第一，要構建完善系統的知識圖譜，將知識點體系標簽化、結構化；第二，對用戶的每個學習行為實現映射；第三，通過算法計算出最佳學習路徑。

2.1 自適應自主學習優勢

1)自適應學習的學習內容呈現出動態可交互，可以更好地適應學習者的學習需求，不斷地激起學習者的學習興趣；

2)自適應自主學習可以在學習者學習的過程中更詳細地診斷出學習者行為中存在的問題；

3)自適應自主學習可以根據學習者的學習行為特征，制定出個性化的學習路徑，提高學習效率；

4)自適應自主學習可以讓學習者找出自己的不足，從而進行彌補；

然而，這兩個比喻的差異之處在于冰山下面埋藏著隱形文化面積大于冰山表面的顯性文化面積，但是洋蔥的表皮面積卻比核心面積要大。所以，“文化冰山論”更能準確地表達出人們平時看到的文化表象只是文化概念的一小部分而已，正如胡文仲在他的《跨文化交際學概論》第41頁所畫的冰山圖一樣讓人一目了然。

5)自適應自主學習可以自動尋求適應人腦的學習方法。

2.2 自適應在線自主學習模型構建[4]

隨著自適應技術在理論和實踐領域的迅速發展，自適應控制系統也出現了多種形式，但目前自適應控制在理論上比較成熟、在應用上比較廣泛的還是模型參考自適應控制和自校正控制。依據自動控制理論和自適應控制理論，自適應自主學習是一種有別于一般反饋控制的反饋控制系統。自適應在線自主學習模型如圖1所示：

圖1 自適應性在線自主學習模型圖

3 自適應性在線自主學習的主要環節

依據自適應控制理論和自主學習理論，自適應在線自主學習模型可以看成是一個在線的自適應學習控制系統，自適應自主學習的核心是自適應性，系統依靠自適應學習評價單元調節自適應性。在線自主學習的自適應過程一般都有以下幾個主要環節[5]：

3.1 獲取數據

此環節的主要目的是獲取學習者的數據。當學習者與自適應性學習平臺交互時，系統會通過統計、記錄學習者的學習行為，收集學習者的數據，得出準確的學習行為特征數據。用框架方式統計，以日志條目的形式呈現，包括學習者的學習內容、媒體選擇、觀看習慣、學習時長等等。

3.2 分析數據

此環節主要是存儲、分析學習者的學習行為的原始數據，創建一個相關的學習者模型。在第一個環節統計數據之后，備份到數據中心，前期通過題目的設置來判斷學習者學習的真實性，經過過濾，把干凈的數據用作樣本分析。利用樣本數據和學習分析技術分析學習者的學習行為特征，構建基于學習者學習行為特征的學習者知識領域的學習者模型。

3.3 選擇學習

此環節主要是根據學習者模型和學習目標來選擇學習信息，更新學習者的知識點網絡結構。知識點網絡中的每一個節點都有掌握度和置信因子，隨著學習者進入學習的時長和程度的推進，置信因子會不斷變高，掌握度也會更加準確，在知識點網絡中，知識點與知識點之間會形成多種關系，所以搭建一個細粒度的知識點網絡結構是有一定難度的，置信因子是關鍵點。

3.4 展示信息

此環節是根據選擇的過程和結果，將學習內容信息可視化地展示給學習者。自適應系統一般都是隱藏選擇的過程詳情，直觀地、可視化向學習者展示最關鍵的信息，讓學習者一目了然，可用詳細的知識點列表和雷達圖等方式來呈現。自適應學習內容也通過搭建內容支架為學習者提供更多的幫助。比如，先將學習者的學習內容分解成具體的一個一個的知識點模塊，直到學習者完成每一模塊的單獨學習之后，再幫助學習者進行知識整合。自適應學習內容以知識點內容為基礎，收集并分析學習者學習不同內容的數據。

除了向學習者展示信息內容，此環節還要動態地改變學習者的學習途徑，比如改變用戶的學習流或者解鎖學習者的學習去向，給學習者更大的自由度。

3.5 輸出結果

此環節主要是輸出學習者的學習信息，將學習者的學習情況以一定的方式呈現出來，幫助學習者進行分析學習情況。

3.6 評價反饋

任何一個系統沒有反饋是不完整的，自適應性在線學習系統根據學習情況實時分析，并自適應評價，然后反饋給系統。

4 結束語

根據在線自主學習和自適應在線自主學習特點，本研究構建了自適應在線自主學習模型，對在線自主學習的自適應過程進行了研究，對自適應學習系統的主要環節進行了探討。研究的不足在于，還沒有結合相關的實踐進行實證研究，故自適應在線自主學習模型及其運行流程還有待進一步完善，在后續的研究中，我們將進一步對模型的實現和實際應用效果進行探討和研究。