柳 虹

（浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黨委、院長(zhǎng)辦公室，浙江 杭州，310018）

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010－2020）》中在強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式及倡導(dǎo)啟發(fā)探究式教學(xué)的同時(shí)，將構(gòu)建數(shù)字化教育服務(wù)體系視為提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，通過(guò)數(shù)字化教育教學(xué)體系和優(yōu)質(zhì)教育資源的共建共享，促進(jìn)了教育內(nèi)容方法和手段的現(xiàn)代化，增強(qiáng)了學(xué)生探究協(xié)作學(xué)習(xí)的能力，從而全面提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的研究型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的研究發(fā)現(xiàn)［1－3］，目前主要存在以下問(wèn)題及改進(jìn)需求：

（1）現(xiàn)有平臺(tái)多以具體課程為例進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用，適用性較窄，平臺(tái)需對(duì)研究性教學(xué)模式中的通用性模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，這要求系統(tǒng)功能構(gòu)架和技術(shù)構(gòu)架需要良好模塊化，以滿足教學(xué)通用性需求；

（2）平臺(tái)的研究與應(yīng)用主要集中在教學(xué)過(guò)程的數(shù)字化及管理方面，對(duì)于教學(xué)效果評(píng)價(jià)操作性不強(qiáng)，因此，平臺(tái)需對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果提供智能評(píng)價(jià)功能，為教師提供改革的決策依據(jù)；

（3）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是課堂教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化延續(xù)，當(dāng)前的平臺(tái)缺乏互動(dòng)性設(shè)計(jì)，目前要求系統(tǒng)能夠從實(shí)際教學(xué)出發(fā)，提供統(tǒng)一的交互性強(qiáng)的教學(xué)設(shè)計(jì)及功能支持；

（4）學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)采集海量的數(shù)據(jù)量，這就要求系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，以提高數(shù)據(jù)利用的效率。針對(duì)上述問(wèn)題及需求，本文闡述了基于學(xué)習(xí)智能評(píng)價(jià)的研究型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，為教學(xué)方式、方法改革提供了一個(gè)服務(wù)支撐平臺(tái)。

1 總體框架設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)現(xiàn)有平臺(tái)不足之處的總結(jié)，以及實(shí)際需求的分析，首先對(duì)系統(tǒng)構(gòu)架進(jìn)行了設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)的主要功能設(shè)計(jì)包括：用戶管理、角色權(quán)限、機(jī)構(gòu)管理、系統(tǒng)日志管理、新聞動(dòng)態(tài)管理、答疑模塊、互動(dòng)論壇管理、主題任務(wù)管理、作業(yè)管理、教學(xué)班管理、資源管理、課程建設(shè)管理、數(shù)據(jù)挖掘組件、算法集成組件及智能分析支持管理等。系統(tǒng)的核心是學(xué)生教學(xué)參與情況數(shù)據(jù)庫(kù)，它是建立在學(xué)生通過(guò)教學(xué)平臺(tái)參與主題任務(wù)模塊、答疑模塊、資源訪問(wèn)情況、系統(tǒng)登錄情況、在線測(cè)試得分情況、作業(yè)得分情況等條件下提取而來(lái)。這些數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖取，與專家知識(shí)共同形成知識(shí)庫(kù)，通過(guò)學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)算法組件對(duì)學(xué)生在教學(xué)平臺(tái)的參與和學(xué)習(xí)成果方面給予評(píng)價(jià)，并以直觀的統(tǒng)計(jì)報(bào)表方式供教師及學(xué)生查詢，為教師教學(xué)方法改革及學(xué)生調(diào)整自我學(xué)習(xí)方式提供了輔助決策支持。同時(shí)研究型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)具有互動(dòng)教學(xué)、新聞動(dòng)態(tài)、資源共享、課程資源建設(shè)等常規(guī)教學(xué)平臺(tái)的功能。

2 功能分析和建模

2.1 功能分析

針對(duì)基于學(xué)習(xí)智能評(píng)價(jià)的研究型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的功能需求，獨(dú)特的功能設(shè)計(jì)如下：

（1）具有三維屬性的角色訪問(wèn)控制功能。在本項(xiàng)目中，數(shù)據(jù)范圍及角色設(shè)置不同，對(duì)于不同角色進(jìn)行評(píng)價(jià)及反饋信息是不同的，對(duì)于教師給予最全的客觀信息，對(duì)于學(xué)生則側(cè)重給予鼓勵(lì)提示內(nèi)容；又如對(duì)資源訪問(wèn)不同角色權(quán)限也不同，即不同的角色擁有不同資源大小的下載權(quán)限。因此在傳統(tǒng)的RBAC模型的2個(gè)維度屬性——對(duì)象和操作的基礎(chǔ)上引入了范圍（scopes）這樣一個(gè)新的維度屬性。通過(guò)這三者的組合來(lái)體現(xiàn)功能權(quán)限與數(shù)據(jù)權(quán)限的區(qū)別和聯(lián)系，從而為系統(tǒng)提供了更為靈活的角色訪問(wèn)控制策略，提升了系統(tǒng)適應(yīng)性［4］。

（2）研究型教學(xué)流程模式設(shè)計(jì)。研究型教學(xué)流程模式包括教師規(guī)定任務(wù)或主題、學(xué)生分組、組內(nèi)討論或自主學(xué)習(xí)、教師指導(dǎo)、成果展示及評(píng)價(jià)幾個(gè)內(nèi)容，其具體流程如圖2所示。

本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的研究型教學(xué)流程除了提供常規(guī)的基于主題任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)模式之外，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的資源欄目進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。教師和學(xué)生可以對(duì)照學(xué)生學(xué)習(xí)效果智能分析評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行教學(xué)方式和自我學(xué)習(xí)方式的調(diào)整。

（3）智能推理機(jī)組件。通過(guò)獲取專家知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)算法計(jì)算出的數(shù)值，對(duì)學(xué)生參與程度、學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，推理出學(xué)生所花時(shí)間是否足夠、目前學(xué)習(xí)效果是否理想、是否需要改進(jìn)學(xué)習(xí)方法、對(duì)課程的哪些章節(jié)內(nèi)容掌握的還不夠。

圖2 研究型教學(xué)流程設(shè)計(jì)圖

2.2 學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)算法模型

在進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)時(shí)需對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)建立評(píng)價(jià)模型，對(duì)于這種交互性分析模型，最早由Henri提出，他從交互言論的視角分析了交互特征，并提出了分析模型，將交互分為5個(gè)維度：參與、互動(dòng)、社交、元認(rèn)知和認(rèn)知［5］。該分析模型為人們進(jìn)行交互文本的分析搭建了一個(gè)基本框架。Marcos等人也認(rèn)為交互分析方法和工具是為了增強(qiáng)協(xié)作學(xué)習(xí)，為意識(shí)、規(guī)則或評(píng)價(jià)提供支持，而它們將依賴于參與者在協(xié)作過(guò)程中所扮演的角色，并據(jù)此提出了一個(gè)交互分析框架［6］。根據(jù)Henri的在線交互學(xué)習(xí)的5個(gè)維度，結(jié)合學(xué)生在教學(xué)平臺(tái)上參與互動(dòng)教學(xué)的情況，筆者將學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)為：在線學(xué)習(xí)時(shí)間、互動(dòng)答疑次數(shù)、資源訪問(wèn)情況、研究型教學(xué)任務(wù)參與情況、作業(yè)情況和平臺(tái)上參與互動(dòng)情況6個(gè)緯度，根據(jù)評(píng)價(jià)算法模型結(jié)合專家知識(shí)推理出學(xué)生在這6個(gè)緯度上的參與及學(xué)習(xí)效果情況。以下對(duì)這兩種評(píng)價(jià)算法模型進(jìn)行說(shuō)明。

（1）學(xué)生課程參與度。學(xué)生參與度為學(xué)生參與教學(xué)的活躍程度，一般可分為：非常活躍、活躍、較活躍、一般、不活躍，學(xué)生參與度算法如下

式（1）中：N＝6，Pi為學(xué)生在教學(xué)平臺(tái)某項(xiàng)教學(xué)情形上的 參 與 度，P1學(xué)習(xí)時(shí)間＝ P個(gè)人在線時(shí)間/P平臺(tái)最長(zhǎng)在線時(shí)間，P2互動(dòng)次數(shù)＝ P個(gè)人次數(shù)/ P平臺(tái)最多疑次數(shù)， P3資源訪問(wèn)＝P個(gè)人資源訪問(wèn)次數(shù)/P平臺(tái)最多訪問(wèn)次數(shù)， P4任務(wù)參與＝ P 個(gè)人參與任務(wù)次數(shù)/P平臺(tái)做多參與次數(shù)， P5作業(yè)＝ P個(gè)人作業(yè)提交情況/P平臺(tái)最多提交情況， P6在線測(cè)試＝ P個(gè)人在線測(cè)試時(shí)間/P平臺(tái)最長(zhǎng)在線測(cè)試時(shí)間。上述學(xué)生在每個(gè)教學(xué)情形上的參與度是本人在該教學(xué)情形上的參與情況與在相同層次的學(xué)生該教學(xué)情形上做的最好的情況的比值，該比值作為個(gè)人在該項(xiàng)教學(xué)情形的參與度。以相對(duì)值作為比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，主要考慮到不同學(xué)習(xí)對(duì)象由于學(xué)習(xí)層次、教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境、專業(yè)、年級(jí)等存在較大差異，通過(guò)相對(duì)比較值可保證評(píng)價(jià)結(jié)果的相對(duì)客觀。

（2）學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)計(jì)算，公式如下

式（2）中：N＝3；Ri為學(xué)生在教學(xué)平臺(tái)某項(xiàng)得分項(xiàng)目上的獲得的效果，R1為作業(yè)得分情況，R2為在線測(cè)試得分情況，R3為任務(wù)得分情況。計(jì)算方法比較一致，以作業(yè)得分R1為例進(jìn)行說(shuō)明如下

式（3）中：Si為每次作業(yè)得分，Ti為每次作業(yè)的總分，其他得分項(xiàng)目效果評(píng)價(jià)算法類似式（3）所列算法。

3 關(guān)鍵技術(shù)

本平臺(tái)在開發(fā)過(guò)程中涉及到的技術(shù)難點(diǎn)有層次化設(shè)計(jì)、FSSH柔性構(gòu)架設(shè)計(jì)。

3.1 層次化設(shè)計(jì)技術(shù)

基于學(xué)習(xí)效果智能評(píng)價(jià)的研究型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)要求有很好的安全保障機(jī)制，本研究采用具有數(shù)據(jù)隔離、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)的層次化設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)解決，如圖3所示。

圖3 層次結(jié)構(gòu)圖

由圖3可知：系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為縱向和橫向?qū)哟卧O(shè)計(jì)?？v向?qū)哟卧O(shè)計(jì)為用戶層、軟件層以及物理硬件層，其中系統(tǒng)的核心為軟件層；橫向?qū)哟卧O(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)綜合管理層、映射策略層、邏輯業(yè)務(wù)層、系統(tǒng)接口層以及用戶的視圖層等，此外還有系統(tǒng)安全保障機(jī)制和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。系統(tǒng)的層次化設(shè)計(jì)有助于系統(tǒng)的安全性以及維護(hù)的便捷性。

3.2 FSSH柔性構(gòu)架設(shè)計(jì)技術(shù)

研究型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是師生互動(dòng)的支撐平臺(tái)，是課程教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)延續(xù)，是高互動(dòng)性和人性化的統(tǒng)一管理，這對(duì)RBLMS（基于學(xué)習(xí)效果智能評(píng)價(jià)的研究型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)）提出了較高要求，即要求系統(tǒng)不但具有很強(qiáng)的耦合性，同時(shí)要求具有很好的交互性。為解決該難點(diǎn)問(wèn)題，課題組創(chuàng)新性地開發(fā)了FSSH技術(shù)。

FSSH（Flex－Struts－Spring－Hibernate）是表示層－業(yè)務(wù)層－持久層的綜合性框架，即利用了Java EE開發(fā)平臺(tái)上最為流行的 Web層（flex、struts）、業(yè)務(wù)邏輯層（spring）及數(shù)據(jù)持久層（hibernate）的幾種應(yīng)用框架設(shè)計(jì)形成的輕量級(jí)軟件架構(gòu)。

（1）Web層：Web層采用了Flex技術(shù)和Struts技術(shù)，F(xiàn)lex是一種富客戶端技術(shù)即RIA（rich internet application）［7－12］。采用 MXML、ActionScript和 Flex類庫(kù)編寫，編譯后以SWF文件運(yùn)行于客戶端。它具有高度互動(dòng)性和豐富的用戶體驗(yàn)。通過(guò)Flex技術(shù)能減少跳轉(zhuǎn)等待時(shí)間，提高了系統(tǒng)的易用性。Struts是基于模型－視圖－控制器（model－view－control，MVC）的Web應(yīng)用開發(fā)框架［10－12］，其工作機(jī)理參見(jiàn)文獻(xiàn)［10］，在本系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，向上為RBLMS的Web業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)，向下實(shí)現(xiàn)與Spring框架實(shí)現(xiàn)有機(jī)整合。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層：業(yè)務(wù)邏輯層采用了Spring框架技術(shù)。Spring是一個(gè)輕量級(jí)的IoC和AOP容器框架，通過(guò)IoC（inversion of control，控制翻轉(zhuǎn)）技術(shù)將RBLMS各業(yè)務(wù)邏輯模塊實(shí)現(xiàn)解耦［13］，通過(guò)AOP（aspect oriented programming）技術(shù)將RBLMS核心業(yè)務(wù)邏輯從日志、安全、事物等功能提升分離出來(lái)。

（3）數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層采用了Hibernate對(duì)象/關(guān)系映射（ORM）技術(shù)，將Hibernate主要對(duì)象和數(shù)據(jù)庫(kù)表之間建立起一個(gè)映射關(guān)系，只需通過(guò)操作這些對(duì)象和Hibernate提供的一些基本類，就可達(dá)到訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的目的。整合后的FSSH架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

4 應(yīng)用實(shí)例分析

本系統(tǒng)從2012年開始試運(yùn)行，2013年正式投入應(yīng)用。應(yīng)用實(shí)例分析——以學(xué)生自我學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)為例，以一個(gè)應(yīng)用本平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證性應(yīng)用的教學(xué)班為例，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)算法模型得出該教學(xué)班學(xué)生學(xué)習(xí)參與度和學(xué)習(xí)效果計(jì)算結(jié)果，抽取5位學(xué)生為例，結(jié)果如表1所示。

圖4 系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架設(shè)計(jì)圖

表1 學(xué)生學(xué)習(xí)參與度與學(xué)習(xí)效果計(jì)算結(jié)果

根據(jù)推理機(jī)得出的學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)結(jié)果為：學(xué)生A非常活躍，學(xué)習(xí)效果好，學(xué)習(xí)方法正確；學(xué)生B較為活躍，學(xué)習(xí)效果較好，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整學(xué)習(xí)方法；學(xué)生C較活躍，學(xué)習(xí)效果良好，需要加強(qiáng)參與度和調(diào)整學(xué)習(xí)方法；學(xué)生D活躍度一般，學(xué)習(xí)效果較好，學(xué)習(xí)方法正確，建議提高學(xué)習(xí)參與度；學(xué)生E活躍度差，學(xué)習(xí)效果差，建議加大學(xué)習(xí)投入，調(diào)整學(xué)習(xí)方式。在樣本量不是很大的情況下，該智能推理結(jié)果與參與度高的學(xué)生學(xué)習(xí)效果相對(duì)較好的實(shí)際情況相一致。

5 結(jié)束語(yǔ)

具有學(xué)習(xí)效果智能評(píng)價(jià)機(jī)制的研究型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是基于互聯(lián)網(wǎng)的高級(jí)應(yīng)用性教學(xué)軟件，實(shí)例分析結(jié)果證明：通過(guò)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果智能評(píng)價(jià)分析，教師能夠調(diào)整教學(xué)方式，學(xué)生能夠調(diào)整自主學(xué)習(xí)方法，對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)教學(xué)效果的改善起到了一定的幫助。從系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)范圍越寬及指標(biāo)數(shù)量越多，學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)結(jié)果的差異越明顯，也越有利于判斷和評(píng)價(jià)，但各指標(biāo)所占權(quán)重也相對(duì)越難判斷，從而導(dǎo)致偏離實(shí)際的可能性也越大。因此，系統(tǒng)還需進(jìn)一步完善學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和專家知識(shí)庫(kù)建設(shè)，進(jìn)一步細(xì)化開發(fā)推理機(jī)，使之更趨現(xiàn)實(shí)，從而為學(xué)生提供更接近實(shí)際與更具參考價(jià)值的指導(dǎo)意見(jiàn)。隨著研究的不斷深入，本系統(tǒng)將得到不斷升級(jí)和應(yīng)用。

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