构建基于网络的个性化学习环境.doc

构建基于网络的个性化学习环境
Construct web-based personalized learning environment
宋 茜
上海师范大学教育技术系
E-mail: sqsq124@
本文以认知心理学为基础，从个体差异对学习的影响阐述了个性化学习的意义，从个性化学习的特征和网络学习环境的特征提出了个性化的网络学习环境的构建策略—网络学习系统的智能化发展。并尝试性设计开发一个个性化的学习系统，收集学生在自主阅读中的学习信息，为不同的学生建立个性化的学习档案，在个性化档案的基础上对学生的阅读进行指导，在一定程度上实现了个性化的学习。
关键词：个性 个性化学习 学习环境
1 引言
因材施教、个性化学习是教育所追求的最高目标，但在传统教学的班级授课制中采用集体教学，要实现这一点是很 难的。随着计算机网络技术的飞速发展，网络在教育中的应用也越来越广泛，网络所具有的分布式特点和强大的交互性为个性化学习提供了技术上的可行性，但从目前的网络教学系统所实施的教学来看，网络教学系统所提供的学习环境还属于低质量的个性化学习，不能满足个性化学习的需要。如何建立一个个性化的网络学习系统，为学生提供一个个性化的网络学习环境，以实现最优的学习，应该是当前网络教育研究的一个重要问题。
2 个性化学习——最好的学习方式
随着知识经济时代的到来，社会竞争日益激烈，社会对教育和教育所培养的人才，提出了更高、更严格的要求。21世纪将是世界经济、科技、综合国力竞争激烈的世纪，而教育的发展是掌握竞争的主动权，走在发展的前列的关键。中国的基础教育面临着巨大的挑战，为此国家提出了素质教育的口号。实施素质教育把发展学生个性列为重要培养目标，提倡“让学生主动发展”，尊重学生的主体地位，调动学生的积极性，因材施教，给学生创造一个自主的发展空间，使他们的个性得到充分的发展。因此素质教育的核心在于实施个性化教育，让每个学生都获得个性化的学习，取得最优的学习效果，提高全民的素质，才是真正实现素质教育。
心理学研究表明，个体的差异对学习的影响非常重要。个体差异是客观存在的，从先天素质到后天发展，个体间都存在差异。既然学习是一种个体行为，个体间存在差异，那么个体在学习中也存在差异。很明显的一个例子就是在传统班集体教学中，同一个教师、同样的教材、同样的教学过程，但每个学生的学习效果却有着相当的差距。因此，研究学习中的个体差异对于因材施教，让每个学生都能有效的进行学习具有重要的意义[6]。
建构主义学习理论认为：学习是学习者进行意义建构的过程，在学习中学习者是信息加工的主体，而不是被动的接收者。对学习过程中学习者的心理变化进行研究，促进学习者进行意义建构是学习理论研究的主要目的，因此研究发现学习者的个别差异，为学生提供满足个性化需要的学习环境,可以促进不同的学习个体进行有效的意义建构,达到学习的目的。
加涅将行为主义学习论与认知主义学习论相结合，运用现代信息论的观点和方法，建立起了信息加工的学习理论，认为学习过程是对信息的接受和使用的过程，学习是主体与环境相互作用的结果。加涅认为，学习不是刺激反应间的一种简单联结，而是学习者神经系统中发生的各种过程的复合。了解学习也就在于指出这些不同的加工过程是如何起作用的。而不同的学习个体在信息加工的过程中是存在差异的，发现差异可以促进更有效的信息加工[2]。
美国著名教育心理学家布卢姆提出了教学目标分类学理论，被国际教育理论界所公认，并被广泛地应用于教学实践。这种分类把教学目标分成六个等级不同的学习水平：识记、理解、应用、分析、综合、评价。从学习者的能力来看，这六个教学目标与学习者的思维能力是相对应的，学习者的智力差异很大程度上是由这六个方面决定的。
人本主义心理学是20世纪五六十年代在美国兴起的一种心理学思潮，其主要代表人物是马斯洛（A．Maslow）和罗杰斯（C．R．Rogers）。人本主义教育理论注重学习者的认知结构，重视学习者的情感在教学上，强调个性与创造性的发展，主张以学生为中心，放手让学生自我选择、自我发现。罗杰斯强调教学要发展学生的个性，充分调动学生学习的内在动机，并要求创造和谐融洽的人际关系，对克服传统教学忽视培养个性发展功能、学生学习的主动性不够等弊端，有一定启迪作用和积极的意义。
布卢姆经过实验证明，学习能力差的学生如果花比学习能力强的学生更多的时间来学习，能和学习能力强的学生达到同样的学习效果。也就是如果给予不同的学生以适应他本身的特点的学习，每个学生都能取得好的学习成绩。
对个性化学习的涵义的认识。笔者认为在教学目标的指导下，根据学习者的个性特征，充分满足学习者的个体需要的学习就是个性化学习。
3 网络环境下的个性化学习
现代教育理念认为，最好的学习是自主的个别化的探索性学习，最好的教学方式是对话交流的模式。在传统的教学环境下，人们一直都没有找到一个理想的实现个性化学习的方法。而计算机网络技术为个性化学习提供了良好的技术支持。网络技术、多媒体及虚拟现实等技术相结合，可以虚拟教学课堂的现场，学生可以根据自己的需要主动选择学习的内容及课程的进度。教师与学生之间可以通过网络环境的支持，在任何时间、任何地点进行信息交流，不必拘泥于课堂上有限的时间。人机交互的教学模式能有效的实现班级授课制下的教学个别化，为大面积因材施教提供了重要的条件。
3.1 网络学习环境的特点[4][5]
（1）突破时空的限制。网络所提供的学习环境不受时间、空间的限制，只要有一台连入Internet的电脑，在任何时间、任何地点可以学习。
（2）知识表示多样性。从网络技术本身的发展来看，网络教学是可以提供给学生多种媒体的学习资源，文本、图像、声音、视频，都可以方便地提供给学生，满足各种学习需要。
（3）知识结构非线性。网络教学的知识点连接都是超文本方式，学习者在通过网络学习时，不用按照一个模式进行，可以充分按照自己的需要选择学习内容。
（4）资源丰富与共享性。随着网络的发展，连入因特网的用户越来越多，网络可以说已经成为一个最大的资源库。通过网络搜索工具学生可以方便快速地找到需要的资料，而且可以获得比教师所提供的还要丰富得多的资料，解决学习中的问题。
（5）交互性。通过网络的学习是一个具有多种交互的学习。在交互对象方面，有人与计算机之间的交互、学习者之间通过网络的交互、学生与教师通过网络的交互；在交互方式上有在线的即时交互，有非即时交互，网络技术也为人们之间的交互提供了多种工具，如BBS、聊天室、Email、共享白板等。
（6）学习自主性。培养学生的自主学习能力，才能使他们成为教育认知的主体，实现他们的社会化和个性化，达到个性化教育的目标。在网络环境中，学生的自主学习成为其主要学习手段，学习者自主选择学习内容、学习时间、学习方式，通过网络与其他同学协作学习，充分体现了学习者的主体参与性。
（7）虚拟性。通过网络的学习带有很大的虚拟性，如人们通过网络交流时，面对的是机器，而不是活生生的人；网络教室是一个虚拟的，并没有真实物理意义。
（8）信息传输的快捷性。通过网络进行信息的传输非常快捷，如通过聊天室人们可以即时传递信息，通过电子邮件传递信息比传统意义上的邮件要快上很多倍。
（9）教育社会化，学习生活化。网络教育给教育带来的革新不只是一种新的学习手段，而是对整个教育思想和观念带来了巨大的变革。通过网络人人都可以随时随地进行学习，教育不再是只能在学校进行，而是一种社会化的行为，学习不再只是在一定的时间专门进行，而是成为人们生活的一部分。
3.2 当前网络学习系统在个性化学习实施方面存在的问题
网络为个性化学习的实现提供了一个理想的学习环境。基于网络的教学是通过网络教学系统来实施的，是否能实现个性化的学习与网络教学系统所提供的学习是紧密相关的，但当前的网络学习系统在提供个性化学习方面还存在不足。下面就我认为的主要的不足进行分析：
（1）缺少个性化的学习环境
现在的网络教学系统所提供的学习虽然可以满足不同的学习者在不同的学习时间的个别学习，但大多数教学是将教案放到了网络上，对不同水平的学习者施以的是同一水平的教学，没有考虑到学习者的个性化特征。
（2）缺少对学习过程的监控
学习是一种过程。加涅认为，学习活动不管是短暂的还是持续的，都由几个阶段构成。信息加工理论正是基于对学习过程的研究而形成的，信息加工理论认为，学习过程是一个信息加工过程，加涅给出了一个学习过程的信息加工模型如图1所示。
环 境
效应器
感受器
反 应
生成器
感 觉
登记器
短 时
记 忆

长时记忆
预 期
执行控制

图1 学习过程的信息加工模型

在学习的信息加工过程中，两个很重要的结构是执行控制和预期，它们对学习过程进行控制。预期表现为学习者达到其学习目标的具体动机，预期使学习者有目标的选择要加工的信息和每一个加工阶段的信息输出。现代教育理论家Estes(1972)认为预期与反馈强化是紧密相关的，反馈之所以有用，是因为它证实了学习者的预期。执行控制是决定学习过程中的学习策略选择，控制过程影响所有的信息加工阶段，例如：如何引起学习注意，学习者如何选择信息加工方式，信息怎样被编码、怎样提取及有组织中的反应是如何表现的，这些都是策略的选择，决定了学习者概括和解决问题的策略，影响着个体的思维质量和学习质量。控制过程对学习者能否学会学习有着重要影响，许多教育心理学家认为学习策略的选择是学习过程最重要的，而现代教育理念认为教育的最终目的也就是让个体学会学习，只有会学习的个体才能成为真正的智慧人[2]。
学习者通过网络的学习是一种个别化的学习，教师难以对学习的过程进行控制，而学习者自己由于能力所限，也难以对学习过程进行控制，所以这种对学习过程的控制应该由网络教学系统来完成，但从目前的网络教学系统所具有的功能来看，在这方面还比较缺乏，因此大多数网络教学的效果是难以保证的，自我认知能力强的学习者可以在学习过程中不断调整，取得较好的效果，但自我认知能力差的学习者就难以保证学习效果了。
（3）缺少良好的信息反馈系统
网络教学中学习者要对自身的学习过程不断进行调整，就需要得到对自己学习效果的一个反馈信息作为调整的依据，另外，从强化的角度来看，当学习者做出一些成绩以后，得到肯定，会激发学习者的学习兴趣，促进学习。但目前的网络教学缺少这样的具有个性化特征的信息反馈系统，学习者不能得到适当的反馈信息，对于学习的下一步安排带有盲目性，而且由于没有得到一些鼓励信息，很容易使学习者对这种面对冷冰冰的机器的学习产生厌倦。
（4）学习者的认知负担的增加
网络教学中知识的安排是非线性的结构，从满足不同的学习者的需要来说具有优势，但如果缺少良好的导航系统，很容易使学习者迷失在复杂的超链接中。另外由于知识是具有一定的顺序性的，对于学习能力较差的学习者来说，没有个性化的学习指导，很容易对学习产生茫然性。
（5）缺乏情感交流
情感交流在教学中有着重要的作用，有时教师一个鼓励的眼神，一张喜悦的笑脸都可以对学习者的学习起到很大的促进作用，而在网络教学中，这种情感交流是不可能实现的。但可以通过其他方式进行一些弥补，如通过电子邮件与教师的文字交流，但在网络教学中一个教师要面对大量的学习者，这种交流是很有限的。因此在网络教学系统中通过一些程序的设计，让教学系统自动针对不同的学习情况显示一些鼓励性的文字、画面或一些小动画，增加学习的乐趣，让学习者在学习中得到一些情感的满足。但目前的网络教学系统在设计与学习者的情感交流方面也比较忽略。
3.3 构建良好的个性化网络学习环境——网络学习系统的智能化发展
在个性化学习中，学习者的学习过程是自主性的，但这种自主学习并不是一种完全孤立的学习。最主要的是学习者不能完全自我控制学习，在整个自主学习中，学习者从选择学习内容、理解学习目标、评价学习结果、诊断学习过程中的问题，都需要得到个性化的指导和帮助，这样学习才能有效的进行下去。布卢姆认为。最好的学习是一对一的辅导，这样才能充分了解学习者的情况，施以最佳的学习指导，但一对一的辅导由教师来完成是不可能的，而最好的方法是建立智能化的网络学习系统，由网络学习系统来担当辅导教师的角色，实现学习的智能化管理。
（1）学习者模型的建立
实现个性化学习的关键是发现学习者在学习中的个体差异，提供适应个体需要的学习。发现学习者的个体差异在计算机辅助教学中就是要建立学习者的学习模型，在此基础上建立相应的教学模型。在网络教学中，可以通过网络交互技术记录学习者的学习信息，将收集的学习信息作为学习者的个人学习档案保存下来，可以作为为学习者提供学习帮助和学习策略的依据。
（2）学习过程的智能化控制
前苏联著名的教育家、教学论专家巴班斯基曾经提出“教学过程最优化论”。所谓教学过程的最优化，就是要求将社会的具体要求与师生的具体情况和所处的教学环境、条件以及正确的教学原则几方面结合起来，从而选择和制订最佳工作方案（即教案），并在实际中坚决而灵活地施行之，最终达到最佳的教学效果。
在网络教学中，学习者的学习大多是独自完成，而学习者不能完全自我控制学习过程，由于学习者与教师不是面对面的，通过电子邮件的交流也是很有限的，教师对学习者的学习过程的情况也是不太了解的，要通过教师来完成学习过程的控制是不可能的。因此通过对网络教学系统的教学管理功能的完善，让系统自动来完成对学习者学习过程的监控是切实可行的方法。
目前，机器学习的人工智能技术还在发展中，让计算机像教师一样指导学习者的学习过程还是不可能的，但利用网络交互技术已经可以部分地实现学习过程的智能化控制。学习者是通过与计算机和网络的交互来学习的，学习者的学习过程中的大多数信息都可以通过一定的技术将其记录下来，将这些记录下来的信息由教学系统自动进行分析，根据分析的结果由教学系统将相应的学习情况即时反馈给学习者，让学习者可以了解自己学习过程中的问题，调整下一步的学习，从而有效的控制学习过程。另外，这些信息也可作为参考信息提供给辅导教师，让教师有了因材施教的依据。
（3）完善的学习评价与快捷的信息反馈
学习的目的在于促进学习者的各种能力的提高。不同的学习者对学习目标完成情况不同，通过学习能力的提高也不同，因此应该给予个性化的学习评价和学习策略建议。
另外，学习评价不只是发生在一个学期末或一个学年，在学习过程中，学习评价是应该经常有的。
在目前，对学习者的能力基本还是通过对学习成绩的评估来进行的。在我国传统的教学中，对学习的评估主要通过作业和考试来进行。这种评估方式存在以下缺点：缺少个性化的评价和反馈慢。
网络对学习反馈和评价的技术支持。网络提供的教学是个别化的教学，利用网络技术可以自动记录学习者的学习信息，学习者可以随时通过网络进行学习测试，系统可以即时评卷，即时将测试结果反馈给学习者。
（4）个性化的学习指导和帮助
由于每个学习者在知识水平、认知能力、学习风格、学习动机方面都是有差异的，因此在学习过程中所采取的学习策略也是不同的，而学习者在学习中由于自我控制学习的能力还不够，对于采取何种学习策略的认识不是很明确，因此需要得到如何选择学习策略的指导帮助。只有采取与个人学习相适应的学习策略，才能获得有效的学习，实现个性化学习。
（5）个别学习与协作学习方式的结合
因材施教、个性化学习是建立中个别学习的基础上的，但个别学习并不是一种孤立的学习。在学习中除了需要有个别学习的环境外，还需要有一个协作学习的环境。网络的快捷方便的通信功能为基于网络的协作学习提供了极好的技术支持，在网络为协作学习提供了多种交流方式：实时视频交互、Email、BBS讨论、Netmeeting实时讨论、共享白板等，随着网络技术的发展，将会有更多的网上学习交流方式来促进网上协作学习的进行。
4 一个支持个性化学习的网络辅助学习系统——中学语文电子阅览室
4.1 系统的个性化学习支持的基本思想
（1）利用数据库技术对知识进行分类
个性化学习系统就是要根据学生的不同认知水平为学生提供个性化的学习指导，因此根据布鲁姆的教学目标分类理论对知识进行分类是个性化学习的一个基础。
系统所有的阅读材料和阅读测试材料都由教师在教学管理端上传到数据库里。在上传页面中所有材料都按阅读教学要求进行分类，例如：将阅读测试题按测试学生的不同阅读能力分为识记能力、理解能力、应用能力、综合能力、评价能力、鉴赏能力。存入数据库的材料都有相应的字段对它们的分类进行标记。
（2）教学评价
教学评价是对收集来的学习者的学习信息进行分析，根据分析的结果对学习者的学习进行评价，这个评价包括两个部分：一是系统的自动评价。二是教师可以查阅每个学习者的学习信息，并作出评价。
（3）学习者模型的建立
将学习者的个人信息、学习者在学习过程中的学习信息及学习结果信息、学习评价信息记录下来，建立学习者的个性化学习档案，为因材施教、个性化学习提供依据。
学生模块
教师模块
知识库
学习模块
学习评价
教学策略库
信息收集
信息反馈
4.2 系统组成
图2 系统组成的模块图
（1）学习者模块（学习者模型的构建）
①学习者管理。主要是对学习者登录信息（注册、验证等）、学习状态信息：对知识的掌握程度（学习历史、学习进度、练习历史），学习的层次、学习能力（记忆、理解、应用、分析、综合、评价）等信息进行管理。
②个人电子作品。
（2）教师模块
①教学管理：教师可以上传资料到知识库，并对知识库中的知识进行分类（阅读材料按作品类型、作品的历史时期、作家、长度、难度等分类，测试题按按认知能力、难度等分类）。
②对学习者信息进行管理：查看学习者学习记录、评价学习者学习行为，提出学习建议。
（3）学习评价
学习评价由系统自动分析系统给出的评价和教师的评价综合而成。
①评价的内容。包括智力因素评价：认知能力的评价（由系统自动评价和教师进行评价）；学习的非智力因素评价：学习动机、学习风格、协作性、有恒性（由教师进行综合评价）。
②评价的方法。评价的方法有绝对评价和相对评价。绝对评价：依据一定的评估标准评定学习者学习成绩；相对评价：将学习者置于一定的学习群体中进行学习成绩比较。
（4）学习模块
学习模块包括阅读系统、阅读测试系统、讨论区和发表区。
（5）学习策略库
对应学习者的不同情况对应相应的学习策略，学习策略库的内容也可由教师来制定。
（6）知识库
知识库包括：阅读文章库和测试题库。
①阅读文章可按类型、长度、适应年级分类。
②测试题库按测试的认知能力、难度分类。
（7）信息收集模块：收集学习者在学习中的学习信息，并放入学习者的个人档案中。
（8）信息反馈模块：将学习者的学习状况、评价结果等在学习者的个人信息页面中反馈给学习者。
登录
学生知识水平和认知能力判断
学习建议(学习策略和学习方式
学习评价
知识库
学习内容选择
学习结果测试
首次登录
学生知识水平和认知能力测试
学生个人档案
教师
学习信息收集
教学策略库
学生
4.3 系统功能设计
图3 系统工作原理图
（1）用户管理
①教师管理。教师的个人情况如姓名、密码等。
②学习者管理。学习者的个人信息，如姓名、学号、密码等。
（2）学习系统
①自主阅读。呈现阅读内容，并有相应的阅读笔记功能，让学习者可以将文章中的好的词语、句子、段落记在个人笔记中，以后可以查看。
②阅读测试。学习者可以自主选择测试阅读文章的类型、长度、难度。在学习者作完测试后，系统会自动评分，并对学习者在测试中的各项阅读能力得分情况进行分类。学习者可以看到自己的各项阅读能力的分别得分情况，错误分析、解题思路。
③讨论和发表。在线阅读测试只有提供客观题的测试，而语文阅读的目的是培养语言的运用和表达能力，因此在讨论区学习者可以就某一主题进行讨论发言，在发表区里发表自己的文章，提高语言运用能力。
（3）学习者学习过程智能化控制
系统自动记录学习者的阅读篇目、阅读时间、阅读速度、阅读量，并将学习者近一周的上述情况反馈给学习者，学习者每次进入系统时首先会看到自己前面的学习情况，以及相应的学习指导，让学习者知道自己现在应该做什么。
（4）学习评价
对学习者的学习情况进行评价。评价包括系统的自动评价和教师的主观评价，系统的自动评价是根据学习者的阅读量、阅读速度、阅读测试成绩来评价的，比较片面，但系统的评价是即时的，只要学习者进行了学习就会有相关的反馈信息。教师的评价是教师查看学习者的阅读情况、阅读测试情况以及学习者的参与讨论情况、发表文章情况进行的一个综合评价，因此教师的评价相对全面，但也受教师的个人特点的主观影响，并且不能即时反馈，是阶段性的。
5 结论
本文所研究的智能分析系统区别于传统的智能教学系统，传统的智能教学系统主要是人工智能的技术如机器学习、专家系统，利用推理机制进行分析，建立学习者的认知模型，而本文中的智能分析系统主要是应用了网络的交互技术和数据库技术以及教育测量技术对学习者的学习进行个别分析，并将系统的自动分析与教师的主观评价综合起来，建立学习者的学习模型，提供个性化的学习帮助。在教学过程控制中，将学习者的自主控制、系统的自动监控和教师对教学的控制结合起来，以实现有效的学习。[8][9][10]
参考文献
[1] 陈品德, 李克东. 一个基于用户知识模型的智能学习帮助系统. CBE20001年会论文集.
[2] 加涅. 教学设计原理. 华东师范大学出版社, 1999.
[3] 林崇德. 学习策略. 湖北教育出版社, 1999.
[4] 宋云娴. 智能教学系统设计与实现. 电子工业出版社, 1995.
[5] 杨凯, 滕至阳. 基于client/server的浏览式网络课件的设计. 现代教育技术. 2001.（2）.
[6] 王陆, 李亚文, 陈小宁. 关于学生个性因素与远程教育相关性的探讨. 电化教育研究. 2001.（6）.
[7] 武法提. 远距离适应性学习系统的研究. 博士论文.
[8] 解月光, 孙中悦. 基于网络的自主学习环境设计的原则. CBE2001论文集.
[9]
[10] Peter Brusilovsky “Adaptive Educational Systems on the World-Wide-Web: A Review of Available Technologies”
[11] University of Manitoba “Computer-aided personalized system of instruction for the virtual　classroom” http://home.cc.umanitoba.ca/~umwirthk/capsi/
Teaching incording to personality and personalized learning is the last aid of the education, but it is not easy to realize in the conventional class. Now with the applying the network into the education, there is easibility of personalized learning. This article talk about the importance of personalized learning from the affect of the difference of the person to learning and bring forward the strategic of constructing the ersonalized web –based learning environment — intellect of the web-based learning system. I try to develop a personalized learning system which collects the learning information of the learner in the reading to construct the personalized file for every learner and giving coach to leaner is based on the personalized file which realize the personalized learning in some degree.