專(zhuān)家系統(tǒng)推薦知識(shí)模塊的自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)

0 引 言

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)有大量的知識(shí)模塊，例如有關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容的網(wǎng)頁(yè)、學(xué)習(xí)資料視頻、練習(xí)題目等。然而，若無(wú)恰當(dāng)?shù)耐獠繋椭?學(xué)生容易在學(xué)習(xí)過(guò)程中感到困惑，無(wú)人為其解決學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，最終放棄學(xué)習(xí)目標(biāo)。為了解決網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)單一閱讀的學(xué)習(xí)模式，領(lǐng)域?qū)＜乙肓撕芏喾椒?，如學(xué)生之間的交互、學(xué)生與教師之間的交互、推薦優(yōu)秀學(xué)習(xí)伙伴等。此外，一項(xiàng)重要的機(jī)制是自適應(yīng)，它采集并分析有關(guān)學(xué)生知識(shí)水平、學(xué)習(xí)過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，提供學(xué)生期望的知識(shí)模塊， 形成一條適合學(xué)生當(dāng)前知識(shí)水平的個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑[1]。

文獻(xiàn) [2] 應(yīng)用分析方法從學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的日志數(shù)據(jù)中提取 40 個(gè)特征值，用來(lái)定量刻畫(huà)兩個(gè)知識(shí)模塊的關(guān)系 ：相似度、 難度和先行關(guān)系。采用回歸分析方法對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù) 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了較好的結(jié)果，然而，并沒(méi)有將其應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò) 學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中。文獻(xiàn) [3] 從文獻(xiàn) [2] 中的增量數(shù)據(jù) 集中提取了 20 個(gè)特征值用以描述兩個(gè)知識(shí)模塊間的關(guān)系，應(yīng) 用訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)方法，即多元線性回歸和高斯過(guò)程等 訓(xùn)練，并用測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也得到了類(lèi)似的結(jié)果。為進(jìn) 一步驗(yàn)證、改善基于知識(shí)模塊關(guān)系的推薦機(jī)制，本文采用專(zhuān) 家系統(tǒng)作為自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的推薦模塊 [4]，以 Web 服務(wù)器作 為知識(shí)模塊的載體，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于專(zhuān)家系統(tǒng)推薦知識(shí)模塊的 學(xué)習(xí)平臺(tái)原型，該原型可以進(jìn)一步用于數(shù)據(jù)采集、特征值分析 與檢驗(yàn)知識(shí)模塊的推薦機(jī)制。

1 知識(shí)模塊推薦 

在文獻(xiàn) [2，3] 中，知識(shí)模塊是練習(xí)題目，從網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平 臺(tái)的學(xué)生日志數(shù)據(jù)中提取特征值可以確定兩個(gè)練習(xí)題目的關(guān) 系 ：相對(duì)難度、相似性和先行關(guān)系。確定所有練習(xí)題目對(duì)的關(guān) 系后，由專(zhuān)家系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生完成練習(xí)題目的情況為其推薦符合 學(xué)生當(dāng)前知識(shí)水平的練習(xí)題目。例如，當(dāng)學(xué)生回答完成了練習(xí) 題目 A 后，若回答正確，則網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的專(zhuān)家系統(tǒng)根據(jù)專(zhuān) 家知識(shí)庫(kù)的教學(xué)規(guī)則，為學(xué)生推薦一個(gè)較難的練習(xí)題目 B。若 回答不正確，則為學(xué)生推薦較容易的練習(xí)題目 C。因此，依據(jù) 學(xué)生的知識(shí)水平可以為每個(gè)學(xué)生建立一條個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

基于專(zhuān)家系統(tǒng)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)主要由學(xué)生學(xué)習(xí)客戶端、教師編輯練習(xí)題目客戶端、練習(xí)題目庫(kù)、增量式更新知識(shí)模塊關(guān)系組件、專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)、專(zhuān)家推理機(jī)、動(dòng)態(tài)事實(shí)及推薦機(jī)制模塊和Web 服務(wù)器構(gòu)成。自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。其路徑功能如下所示：

（1）教師使用教師編輯客戶端沿著路徑1、3 和 4 可以添加、 修改和更新練習(xí)題目庫(kù) ； 

（2）學(xué)生使用學(xué)習(xí)客戶端沿著路徑 2、3 和 4 可以下載練 習(xí)題目，并上傳題目的回答情況 ；

（3）動(dòng)態(tài)事實(shí)及推薦機(jī)制模塊沿路徑 11 得到學(xué)生回答練 習(xí)題目的情況，推理機(jī)制沿路徑 9 和 10 對(duì)動(dòng)態(tài)事實(shí)進(jìn)行分析 處理，激活專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)符合條件的教學(xué)規(guī)則，動(dòng)態(tài)事實(shí)及推 薦機(jī)制模塊沿路徑 10 獲得激活的教學(xué)規(guī)則。例如推薦下一個(gè) 練習(xí)題目的名稱(chēng)，沿著路徑 11 傳遞給 Web 服務(wù)器 ； 

（4）Web 服務(wù)器可以從練習(xí)題目庫(kù)中獲得被推薦的下一 個(gè)練習(xí)題目，并返回給學(xué)生客戶端 ； 

（5）學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的日志數(shù)據(jù)會(huì)被 Web 服務(wù)器沿路徑 5 保存在學(xué)生用戶日志數(shù)據(jù)庫(kù)中 ； 

（6）沿路徑 6，增量式更新知識(shí)模塊關(guān)系組件可以分析 學(xué)生活動(dòng)數(shù)據(jù)，計(jì)算知識(shí)模塊之間的關(guān)系 ； 

（7）沿路徑 7 更新專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)有關(guān)知識(shí)模塊關(guān)系的規(guī)則； 

（8）教師編輯客戶端沿路徑 1、3、5 和 8 可以修改專(zhuān)家知 識(shí)庫(kù)的規(guī)則。

3 原型實(shí)現(xiàn) 

采用 Tomcat[5] 作為 Web 服務(wù)器，開(kāi)發(fā)教師編輯練習(xí)題目 客戶端，練習(xí)題目以 Web 頁(yè)面的形式保存在 Tomcat 服務(wù)器中。 采用 Java 專(zhuān)家系統(tǒng) Jess [6] 開(kāi)發(fā)專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)。開(kāi)發(fā)增 量式更新知識(shí)模塊關(guān)系組件和推薦機(jī)制模塊，與其它模塊集 成自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)。專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)及教師編輯客戶端的練習(xí)題目 頁(yè)面截圖如圖 2 所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的專(zhuān)家系統(tǒng)基于學(xué)生練習(xí)題目的答案及專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則為學(xué)生動(dòng)態(tài)提供知識(shí)模塊，創(chuàng)建一條個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑，以符合學(xué)生當(dāng)前的知識(shí)水平，幫助其完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。