辛艾桐 張 智

【摘要】 網(wǎng)絡技術的發(fā)展和現(xiàn)代教育理論的研究使網(wǎng)絡化學習平臺在遠程開放教育教學中起到舉足輕重的作用,在保證良好教學效果的同時,絕不能忽視遠教學員的學習消化,只有做到有授有得才能保證知識的連續(xù)性?；谥R推理的在線導學測試平臺用實時反饋和指導學習的方式找出知識的斷點,教會學生如何學習,有效地評價學習過程,促進學生的自主學習和個性化發(fā)展。

【關鍵詞】知識推理;測試系統(tǒng);自適應;雙向反饋

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097(2009)11—0118—05

引言

隨著知識經(jīng)濟的出現(xiàn)和科教興國戰(zhàn)略的部署,繼續(xù)學習與終身學習成為每個人生存和發(fā)展必不可少的條件。信息技術的到來使網(wǎng)絡交互式學習在教育領域中扮演著越來越重要的角色,成為現(xiàn)代遠程開放教育教學的主要形式和途徑。學生支持服務能有效促進學生學習,也是連接學生與學習活動、學習資源的橋梁,是學生在線學習的保障。[1]因此,我們要利用和發(fā)揮網(wǎng)絡的優(yōu)越性,有效組織學員進行網(wǎng)上交互學習,使得他們學會自主學習、提高學習能力,重要的就是要掌握學習方法。方法的知識才是最重要的知識。

一 基于知識推理的在線導學測試系統(tǒng)的提出

1 雙向反饋平臺在遠程開放教育中的必要性

遠程開放教育作為教育形式的一種,最終的目的還是讓學生學到知識。由于學生在年齡、知識水平、專業(yè)背景、工作背景、地理位置、學習環(huán)境、學習動機等方面都比傳統(tǒng)課堂教學中的學習者要復雜,所以做好遠程教育的學生學習支助服務尤為重要。人際交互和基于技術媒體的雙向通信交流是學生學習支助服務的核心成分,對整個遠程教育具有重大意義。[2]

在遠程教育中,師生交流主要是通過非連續(xù)通信手段(包括函件、電話和計算機網(wǎng)絡在內(nèi)的電子通信手段)實現(xiàn)的。在遠程教育中,僅有教學信息由院校和教師向?qū)W生的單向發(fā)布是遠遠不夠的,學生在學習過程中的諸多困難和問題應該及時予以處理答復。在一定意義上,學生信息反饋的暢通與及時處理答復是檢驗遠程教育院校的學生學習支助服務系統(tǒng)的有效性和效率的基本標志。[2]學生在學習過程中的信息反饋往往是具有個性化的特征,因人而異。對學生信息反饋的處理答復也必須是及時的、有針對性的。由此,一個實時解決學習問題并教會學生如何解決問題,因“人”施教的網(wǎng)絡雙向反饋平臺應運而生。

2 具有知識推理的在線導學測試系統(tǒng)能解決的問題

遠程學生會遇到的困難是因人而異的,而且多不勝數(shù),主要的困難有三類:學習問題、交流問題、個人問題。[2]本文提出的測試系統(tǒng)恰好能彌補這些問題中的某些方面。

二 具有知識推理的在線導學測試系統(tǒng)的反饋功能

網(wǎng)絡學習系統(tǒng)正向著智能化、個性化、適應性的方向發(fā)展。學習診斷是適應性學習系統(tǒng)了解學生知識結(jié)構(gòu)和學習效果重要依據(jù),沒有這個依據(jù),適應性學習系統(tǒng)根本無法了解個別學生的學習需求,那就更談不上根據(jù)學生需求進行適應性教學了。適應性學習系統(tǒng)對教學診斷測試具有非常嚴格的要求,它要求這種測試能盡可能測量出學生學習的效果,即哪些知識已掌握,那些知識還需要繼續(xù)學習;同時這種測試還要求必須具有極高效率,盡可能的以最少的測試內(nèi)容診斷出學生的真實能力,而且在不同環(huán)境、不同時間內(nèi)所診斷的結(jié)論是一致的。一個比較合適的測量系統(tǒng)是計算機自適應測試(Computer Adaptive Test-CAT)。它的核心是:依據(jù)受測試者答題情況不斷計算其當前能力值和信息量,并根據(jù)這些參數(shù)實時地調(diào)整試題水平,直到受測試者的能力被恰當估計出來為止。一般說來,自適應考試僅需要傳統(tǒng)考試方式一半的時間和約為40%～60%的長度就可取得同樣的效果。[3]

1 測試前的反饋

在遠程教育中,作業(yè)和檢測也是實現(xiàn)遠程教育個別化教學和個性化學習的重要途徑和手段。由于學習環(huán)境、年齡等因素,使得他們的課后作業(yè)疑難解答和復習難以完全到位,所以測試系統(tǒng)本身可以起到檢測學習的作用。同時由于每個學生的知識水平和學習情況不一樣,籠統(tǒng)的測試只會影響學生后面的測試效果,所以在測試前應對學生者的基礎水平進行估測,然后在此基礎上給出難度相當?shù)念}檢測學生的實際學習情況。對于已經(jīng)進行過測試的學生,每次登錄系統(tǒng)后的測試起點應以上次測試的水平為準。

2 測試中的反饋

(1)系統(tǒng)反饋機制

基于知識推理的在線導學測試系統(tǒng)根據(jù)學生的學習歷史記錄以及學習績效,動態(tài)的組織和呈現(xiàn)與學習者本人當前學習能力最相關的學習內(nèi)容。它利用數(shù)據(jù)庫智能檢索(Intelligent Retrieval From Database)[4]能準確地測試學生的學習基礎或?qū)W習效果,即測量哪些知識學生已經(jīng)掌握,哪些還沒有掌握,對暫時沒有掌握的內(nèi)容進行逆向?qū)訉油评?給出學習提示,當推理到達知識節(jié)點底層時,則呈現(xiàn)當前最適合的學習資源,以此作為自適應學習中動態(tài)呈現(xiàn)學習內(nèi)容的依據(jù)。其反饋機制如下圖所示:

測試系統(tǒng)從登錄開始時進行測試,識別出學生原有的知識結(jié)構(gòu)、認知水平,或是結(jié)合學生前次學習過程的歷史記錄,對學生的知識水平和能力進行估測,從而可根據(jù)學習者的自學能力、接受能力、理解能力呈現(xiàn)與他能力最適應的學習內(nèi)容;正式測試是針對性的測試,為學生發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)并進行鞏固性復習提供依據(jù);對同等難度級別進行測試,主要是對根據(jù)項目反應理論(IRT)考慮潛在因素對學生測試效果的影響,諸如心理焦慮、緊張、視力欠佳等問題。

在正式測試過程中,學生題目回答正確,根據(jù)自適應原則,下一題難度上升,同時應遵循知識結(jié)構(gòu)特點,呈現(xiàn)的是與上題知識點相關的高難度題。當溢出該知識點時,應以章節(jié)為單位,抽取與該知識點所在章節(jié)聯(lián)系緊密的章節(jié)的某一知識點題,出題難度級別應從弱到強,這樣便于被測者知識的梳理和貫通。同時出于個性化考慮,對于基礎較好的學生,在他做連續(xù)做對難度不斷上升的三題以上,系統(tǒng)會對難度進行跳躍式上升。繼續(xù)答對則繼續(xù)跳躍式上升,只要難度達到最大,系統(tǒng)自動結(jié)束考試。如果學生回答錯誤,則題目難度下降,同時不能偏離該知識點的范圍,即逆推過程既要保證自適應出題,從次難題到較易題,又要保證題目范圍在該知識點相關連接區(qū)域之內(nèi)。當難度達到最底層(指數(shù)最低)且分知識點達到原級,跳出測試,頁面則呈現(xiàn)與題目知識點相匹配的學習資料,電子課件,專有習題解答(采用錨點定位到知識點的具體位置)。對于計算要求較高的題,頁面則會出現(xiàn)做題的提示信息和具體解題步驟。學習完畢,學生可點擊“結(jié)束學習,繼續(xù)測試”按鈕,重回測試介面,呈現(xiàn)與最后學習前一題的難度級別和知識點想匹配的題,題目不能溢出此界?；卮鹫_,則進入“正確”模塊;回答錯誤,給出幾道低難度的其它題(如另一章節(jié))的再測試,相當于進入程序的進口。這種并不立即結(jié)束考試的緩沖做法,可以避免盲目判斷學生的整體學習能力和認知風格,并且給學生在別的章節(jié)題測試表現(xiàn)的機會,多維度進行檢測?？紤]遠程開放教育學生的學生背景和學習時間的復雜性,測試以答題數(shù)目最多30道為限。這是除人工可以點擊“結(jié)束考試”自動退出之外的另外一個退出接口,由系統(tǒng)自動結(jié)束測試。一是每個人全身心投入的注意力只有15-30分鐘左右,題量越大時間越長越影響做題效果;二是30道題一般可以包含7個知識點(以每道題可聯(lián)系4道關聯(lián)題來算),基本可以滿足學生的求知欲。由于本在線測試系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡的,考慮運行速度,一般宜采用這種固定長度原則(fixed length)作為測試終止原則。

(2)知識概念結(jié)構(gòu)圖

學習資源是由各個知識點組成的,知識點在結(jié)構(gòu)上一般是樹狀,或者說是層次結(jié)構(gòu),如圖2。

根據(jù)知識樹的特點和難度自適應的要求,設計了題目的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。包括下列資源表:章節(jié)表、類節(jié)點表、知識點表。如下表2、表3、表4、表5。

3 測試后的評價

學生在測試過程中,可以通過個人良好表現(xiàn)自動結(jié)束考試或是主動點擊“結(jié)束考試”按鈕后,得到一份能力測試報告,對本次的學習過程進行一個量化分析和評價。

根據(jù)布普姆的教育目標分類學,教育目標分為認知領域、情感領域和心理動作技能領域。認知領域的教育目標由低級到高級共分為六級:知識、領會、運用、分析、綜合和評價。同時布魯姆認為,教師應該根據(jù)教育目標分類學的規(guī)定,將每一學科的教學目標具體化。因為任何一道題不可能只考查某一方面的能力,所以測試的目標因子應是一個復雜的多要素集合,構(gòu)成的向量空間可表示為:U={U1,U2,…,Un},根據(jù)布魯姆提出的認知活動的認知規(guī)律,結(jié)合具體的試題庫,測試系統(tǒng)采用多級綜合模糊數(shù)據(jù)模型,針對學生的綜合能力進行評價,U具體表示為:U={記憶,理解,運用,分析}。這個矢量中的每一個分量表示題目所考查的某一方面的認知能力,每一分量的側(cè)重模糊度采用模糊語言值布爾量{極弱,較弱,一般,較強,極強}表示。將其轉(zhuǎn)化為[0,1]內(nèi)的實數(shù):極弱=0.1,較弱=0.3,一般=0.5,較強=0.7,極強=1。其形式為:

其中rij的具體含義為:某一認知層次屬于某一試題的隸屬度。測試系統(tǒng)將以套題為單位,每套題總共有十五個小題,只有對錯兩種結(jié)果A=(0,1),這樣學生的答案將是一個由0或1組成的向量A= {a1,…,aj,…,am} ,可得出學生表現(xiàn)出的認知能力水平,設公式為:

其中i=1,…,m,j=1,…,n,設系統(tǒng)m=學生在結(jié)束測試前的所有題數(shù),n=4,U為四維空間,其意義為:{記憶能力,理解能力,運用能力,分析能力},每種能力均有{極弱,較弱,一般,較強,極強}五種水平級,這樣就會得出評語集B=[B1,B2...B4]。其中Bj={e1,e2,e3,e4 ],ej∈水平集記憶能力(r1)、理解能力(r2)、運用能力(r3)、分析能力(r4),這四個字段賦予了認知能力的隸屬度。測試后,可得到B1,B2,B3,B4四個數(shù)值型數(shù)據(jù),并且有0

設學生的答案是(1,0,1,1,0),得到B1=0.65,B2=0.65,B3=0.37,B4=0.5,就有:IF((0.6<=記憶能力<0.8)AND(0.6<=理解能力<0.8)AND(0.2<=運用能力<0.4)AND(0.4<=分析能力<0.6))THEN(評價結(jié)論為:記憶能力較強,理解能力較強,運用能力較弱,分析能力一般,你的認知風格為整體雙重型[5])。

三 在線測試平臺的發(fā)展與展望

對于學生者而言,學習資源的細化和學習活動的序列化有利于學習者根據(jù)需要方便、靈活地獲取資源和參與活動,有利于跟蹤記錄學習者學習資源利用情況和活動參與情況,從而提供個性化的學習反饋與建設,這對實現(xiàn)個性化的在線學習十分重要。[6]本測試系統(tǒng)用難度自適應匹配不同學生的學習能力,用逆向推理尋找父級知識點的方式解決了學習診斷中學習焦點堵塞的實際問題,是值得肯定的。系統(tǒng)從登錄開始測試到測試結(jié)束,全面的分析學習者學習的歷程,判斷學習者學習能力和認知風格,將學習資料以最適合學習者的方式呈現(xiàn),將所學知識以連續(xù)的、聯(lián)結(jié)的方式進行梳理和導通,是教會學生如何有效的進行學習的良方。

與些同時,測后重“評”。教學自動測評是計算機輔助評價(Computer Assisted Assessment)的核心內(nèi)容和研究前沿之一。[4]客觀而又真實的學習評價是對學生學習能力最貼切的反映,同時也是學生找到差距,重新找到學習起點的合理依據(jù)。在線測試平臺可以嘗試人工智能中的技術和模糊數(shù)學的算法對評價指標和算法進行改進,同時應該用邏輯斯蒂模型(Logistic Equation)或其他合理的方式客觀地處理好答題過程中的隱性因素。

參考文獻

[1] 陳庚,丁新,袁松鶴,徐錚,蔡永.網(wǎng)絡課程要素分析及建議[J].開放教育研究,2008,(12):77-78.

[2] 丁興富.遠程教育學[M].北京:北京師范大學出版社,2001:218-226.

[3] 汪和生.計算機自適應測試在學習診斷中的應用[J].中山大學學報論從,2006,(6):34-38.

[4] 吳吉義,平玲娣.人工智能在現(xiàn)代遠程教育中的應用研究[J].中國遠程教育,2009,(1):66-69.

[5] 穆肅.遠程學習者認知風格的分析研究[J].現(xiàn)代遠距離教育,2007,(1):21-24.

[6] 袁松鶴,丁新,邱崇光.遠程教學與管理平臺的設計研究[J].中國遠程教育,2008,(9):68-72.