專利名稱：一種基于集成化建模的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于有向超圖的過程驅(qū)動(dòng)下的教學(xué)資源配置優(yōu)化的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及，互聯(lián)網(wǎng)的交流活動(dòng)日益頻繁，遠(yuǎn)程教學(xué)作為替代傳統(tǒng)的面對(duì)面學(xué)習(xí)的方式，即可共享教學(xué)資源，又能不受時(shí)間和地域限制，隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，給人們帶來極大便利。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是圍繞學(xué)習(xí)活動(dòng)來展開的，學(xué)習(xí)活動(dòng)的進(jìn)展情況即學(xué)習(xí)過程是動(dòng)態(tài)變化的，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)者所掌握的知識(shí)也在更新變化，因此，不同階段所需要的教學(xué)資源也
不同。盡管網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源非常豐富，但相同或近似知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)資源過多，對(duì)學(xué)習(xí)者而言存在嚴(yán)重信息過載的問題，以致很難從眾多資源中挑選出符合自身實(shí)際水平的有用的學(xué)習(xí)資源。不少學(xué)習(xí)者面對(duì)網(wǎng)絡(luò)上過于紛雜的各種教學(xué)資源，在搜索、選擇適合自己的資源時(shí)耗費(fèi)了大量時(shí)間和精力，所選取的資源也未必滿足其需求，學(xué)習(xí)過程中也沒有指導(dǎo)性的學(xué)習(xí)計(jì)劃，從而使得網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的成效不顯著，質(zhì)量不高，因此，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的過程需要進(jìn)行優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)資源需要有適當(dāng)?shù)那肋M(jìn)行推薦。為此，人們雖然探討了一些方式，意圖為學(xué)習(xí)者制定個(gè)性化的學(xué)習(xí)過程并推薦適合其學(xué)識(shí)水平的教學(xué)資源。但總的來說，還存在下面的一些問題首先，目前的個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)資源推薦更多地關(guān)注學(xué)習(xí)活動(dòng)的某個(gè)環(huán)節(jié)，但學(xué)習(xí)是復(fù)雜變化的過程，需要由多個(gè)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)、多種服務(wù)資源組合共同來完成。其次，對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的動(dòng)態(tài)性考慮不足，學(xué)習(xí)過程時(shí)間跨度較大，期間學(xué)習(xí)者所處的資源環(huán)境和學(xué)習(xí)目標(biāo)都有可能發(fā)生變化(尤其在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下)，這使得難于應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘等目前比較流行的推薦技術(shù)對(duì)新學(xué)習(xí)者或新知識(shí)的學(xué)習(xí)提供服務(wù)推薦。正由于學(xué)習(xí)是動(dòng)態(tài)的過程，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目標(biāo)和所處資源環(huán)境都是在動(dòng)態(tài)變化的，并且學(xué)習(xí)著在學(xué)習(xí)過程中不斷地理解和掌握知識(shí)，其知識(shí)水平也在相應(yīng)地發(fā)生變化，對(duì)教學(xué)資源的需求也勢(shì)必產(chǎn)生變化。目前尚未出現(xiàn)一種教學(xué)資源優(yōu)化配置方法，能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目標(biāo)、知識(shí)水平及所處的動(dòng)態(tài)資源環(huán)境實(shí)時(shí)優(yōu)化其學(xué)習(xí)計(jì)劃，并推薦最適合的教學(xué)資源供其使用，從而提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的效率和質(zhì)量，使網(wǎng)絡(luò)教學(xué)符合個(gè)性化服務(wù)的需求，從而得到更廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源過多及動(dòng)態(tài)多變的現(xiàn)狀，以及無法根據(jù)學(xué)習(xí)者的動(dòng)態(tài)目標(biāo)和知識(shí)背景優(yōu)化學(xué)習(xí)過程的缺陷，提出一種基于集成化建模的過程驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化資源優(yōu)化方法，該方法對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行有向超圖建模，利用超圖的性質(zhì)形成學(xué)習(xí)路徑，支持在考慮學(xué)習(xí)者自身水平情況下，對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行優(yōu)化，向?qū)W習(xí)者推薦符合其需求的學(xué)習(xí)資源，從而實(shí)現(xiàn)面向?qū)W習(xí)過程的資源優(yōu)化。
本發(fā)明的技術(shù)方案具體包括兩個(gè)方面，一方面提出了一種基于集成化建模的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源優(yōu)化方法，具體包括以下步驟步驟1，對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)行基于知識(shí)點(diǎn)的、集成化建模，該建模具體包括分別對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)、學(xué)習(xí)過程、資源環(huán)境、學(xué)習(xí)任務(wù)以及學(xué)習(xí)者的建模；步驟2，設(shè)定學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)推薦相應(yīng)的學(xué)習(xí)過程；步驟3，根據(jù)學(xué)習(xí)者實(shí)際的背景知識(shí)，建立學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)過程、資源環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)映射，得到針對(duì)該學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程可能的服務(wù)資源狀況；步驟4，對(duì)學(xué)習(xí)過程模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)變換，抽取學(xué)習(xí)活動(dòng)序列LAS (LAS, LearningActivity Sequence)；步驟5，針對(duì)步驟4中的LAS，利用過程屬性與資源屬性的關(guān)系，通過對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)
行優(yōu)化求解，得到學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)資源都優(yōu)化的學(xué)習(xí)計(jì)劃；步驟6，監(jiān)測(cè)資源環(huán)境及學(xué)習(xí)目標(biāo)，若二者任一出現(xiàn)變化時(shí)，則進(jìn)行相關(guān)性判斷以及相應(yīng)處理。進(jìn)一步，本發(fā)明所述步驟I中，各模型之間的關(guān)系具體為資源模型描述資源環(huán)境中的已有資源，每個(gè)資源節(jié)點(diǎn)包括若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)；課程知識(shí)點(diǎn)模型是以單個(gè)知識(shí)點(diǎn)為單位對(duì)所要學(xué)習(xí)的課程進(jìn)行劃分；學(xué)習(xí)者模型包括對(duì)學(xué)習(xí)背景和學(xué)習(xí)目標(biāo)的描述，其中，學(xué)習(xí)背景是已掌握的、與課程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)的總和，學(xué)習(xí)目標(biāo)是指需要掌握的知識(shí)點(diǎn)的總和；任務(wù)模型是實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)所需掌握的知識(shí)點(diǎn)的總和；以及過程模型由若干個(gè)學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)組成。進(jìn)一步，本發(fā)明所述步驟4中抽取服務(wù)資源的LAS包括以下判定步驟步驟4. 1，判斷學(xué)習(xí)過程模型中是否具有并行活動(dòng)，若為有，則判斷并行活動(dòng)是否能進(jìn)行可串行化；步驟4. 2，若為是，則進(jìn)行串行化處理；步驟4. 3，估算學(xué)習(xí)活動(dòng)序列LAS，當(dāng)一個(gè)過程包含η個(gè)活動(dòng)a1; a2，. . .，an，相應(yīng)的獨(dú)立支持資源種類數(shù)為ITi1, rn2, , rnn時(shí)；
ηI)若該η個(gè)活動(dòng)串行時(shí)，則經(jīng)過這η個(gè)活動(dòng)可能的LAS數(shù)量為Π rn;
= I2)若該η個(gè)活動(dòng)并行時(shí)，則經(jīng)過這η個(gè)活動(dòng)可能的LAS數(shù)量為》rn,。
i=l進(jìn)一步，本發(fā)明所述步驟5具體包括選擇相對(duì)優(yōu)化的評(píng)價(jià)LAS的性能指標(biāo),這些指標(biāo)包括學(xué)習(xí)者通過一次學(xué)習(xí)所掌握的知識(shí)點(diǎn)(0BJK)、所用的時(shí)間(0BJT)、完成LAS的成本(0BJC)、完成LAS的質(zhì)量(OBJQ);以及根據(jù)學(xué)習(xí)活動(dòng)與學(xué)習(xí)者、資源及過程的屬性之間的關(guān)系，計(jì)算學(xué)習(xí)活動(dòng)的屬性。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述LAS性能指標(biāo)的計(jì)算方式為0BJK是各學(xué)習(xí)資源中包含的知識(shí)點(diǎn)總和；0BJT是所包含活動(dòng)的時(shí)間的總和；0BJQ是所包含的活動(dòng)的質(zhì)量與質(zhì)量影響因子乘積的總和；0BJC則是所包含活動(dòng)的資源成本的總和。進(jìn)一步，本發(fā)明所述步驟6中，當(dāng)資源環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，對(duì)資源與過程、資源與活動(dòng)以及過程之間進(jìn)行相關(guān)性判斷，找到與變化的資源相關(guān)的活動(dòng)，再進(jìn)行相應(yīng)的處理；
其中，資源與過程的相關(guān)性判斷具體為判斷資源所包含知識(shí)點(diǎn)與過程輸出知識(shí)點(diǎn)的交集是否為空，若為空，則二者不相關(guān)；若不為空，則二者相關(guān)；所述相應(yīng)的處理具體為根據(jù)相關(guān)性判斷，得出與過程相關(guān)的資源，若資源改變時(shí)，與所述與過程相關(guān)的資源相關(guān)的活動(dòng)已執(zhí)行完，則資源變化對(duì)該活動(dòng)沒有影響，否則，對(duì)該活動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的修改。進(jìn)一步，本發(fā)明所述步驟6中，當(dāng)學(xué)習(xí)目標(biāo)發(fā)生變化時(shí)，判斷變化后的目標(biāo)和變化前的目標(biāo)是否相關(guān)，具體為判斷變化前后兩個(gè)目標(biāo)的知識(shí)點(diǎn)的交集是否為空，若為空，則二者不相關(guān)，則可進(jìn)行過程及資源的選擇與優(yōu)化；若不為空，則二者相關(guān)，則先選擇學(xué)習(xí)過程，再根據(jù)原過程的執(zhí)行情況進(jìn)行相應(yīng)處理；所述相應(yīng)處理具體為當(dāng)一些活動(dòng)屬于前后兩個(gè)相關(guān)的學(xué)習(xí)過程的活動(dòng)集的交集時(shí)，若后一過程開始前，這些活動(dòng)已執(zhí)行完，則在后一過程模型中去掉這些活動(dòng)；若這些活
動(dòng)沒有執(zhí)行，則前一過程對(duì)后一過程沒有影響。此外，本發(fā)明的另一方面是提出了一種基于集成化建模的過程驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化資源優(yōu)化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括三層結(jié)構(gòu)，分別是建模層、分析層及數(shù)據(jù)庫層；其中，所述建模層包括學(xué)習(xí)者建模模塊、課程知識(shí)點(diǎn)建模模塊、學(xué)習(xí)過程建模模塊、學(xué)習(xí)資源建模模塊及學(xué)習(xí)任務(wù)建模模塊；所述分析層包括模型庫管理工具、模型轉(zhuǎn)換和一致性檢查工具、學(xué)習(xí)計(jì)劃生成工具、學(xué)習(xí)序列的解釋執(zhí)行工具、反饋信息處理工具、試題庫管理工具；所述數(shù)據(jù)庫層包括模型數(shù)據(jù)庫和試題庫；其中，所述建模層的各個(gè)模塊分別通過分析層的各個(gè)工具與數(shù)據(jù)庫層進(jìn)行交互。本發(fā)明提供了一種基于集成化建模的過程驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化資源優(yōu)化方法及系統(tǒng)，可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的背景分析，并給出相應(yīng)的過程優(yōu)化方案及支持資源。此外，本發(fā)明建立學(xué)習(xí)活動(dòng)和資源之間的關(guān)系，通過優(yōu)化過程來優(yōu)選組合資源，可根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)和資源環(huán)境的變化來動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)計(jì)劃，給出相對(duì)優(yōu)化的學(xué)習(xí)序列及組合服務(wù)資源。該方法解決了從未知到已知的學(xué)習(xí)過程中信息過載，以及學(xué)習(xí)者不知道如何選擇學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)資源的難題。


圖I是本發(fā)明所述方法的主要流程圖。圖2是本發(fā)明所述E-Learning模型的各要素之間關(guān)系示意圖。圖3是本發(fā)明所述方法中實(shí)例化的過程超圖模型的示意圖。圖4是本發(fā)明所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例I的JAVA課程中知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例I的JAVA課程的學(xué)習(xí)過程模型示意圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例I的JAAV課程的資源與活動(dòng)關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖及較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不僅限于以下的實(shí)施例。
本發(fā)明所述的ー種基于集成化建模的過程驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化資源優(yōu)化方法，該方法分為三部分(I)基于知識(shí)點(diǎn)的、多視圖集成化學(xué)習(xí)(E-Learning)建模；(2)在集成化學(xué)習(xí)建?；A(chǔ)上，利用有向超圖的性質(zhì)，根據(jù)學(xué)習(xí)這目標(biāo)和知識(shí)背景進(jìn)行個(gè)性化的學(xué)習(xí)過程優(yōu)化，從而優(yōu)化學(xué)習(xí)資源；(3)分析學(xué)習(xí)資源如何隨學(xué)習(xí)目標(biāo)和資源的變化而變化。該方法的具體流程圖請(qǐng)參照附圖I所示。步驟I :構(gòu)建基于知識(shí)點(diǎn)的集成化學(xué)習(xí)(E-Learning)模型，具體為對(duì)與E-Iearning模型相關(guān)的各要素分別建模。由于學(xué)習(xí)活動(dòng)與學(xué)習(xí)者的水平、學(xué)習(xí)過程的進(jìn)展、學(xué)習(xí)任務(wù)或目標(biāo)、教學(xué)資源的內(nèi)容以及具體知識(shí)點(diǎn)的分化等要素都有關(guān)，因此，為了使本發(fā)明所述的資源優(yōu)化方法能更加符合學(xué)習(xí)活動(dòng)的實(shí)際，本發(fā)明采用多個(gè)模型分別描述以上各要素，這多個(gè)模型包括任務(wù)模型(TCM)、過程模型(LPH)、知識(shí)點(diǎn)模型(KM)、資源模型(RCM)及學(xué)習(xí)者模型(UM)，總的E-Learning模型可以形式化描述為E_Learning=(TCM，LPH, KM, RCM, UM)。各個(gè)模型之間的
關(guān)系如圖2所示，具體為資源模型指資源環(huán)境中的已有資源，具體包括若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)的總和；課程知識(shí)點(diǎn)模型是以單個(gè)知識(shí)點(diǎn)為單位對(duì)所要學(xué)習(xí)的課程進(jìn)行劃分；學(xué)習(xí)者模型包括對(duì)學(xué)習(xí)背景和學(xué)習(xí)目標(biāo)的描述，其中，學(xué)習(xí)背景是已掌握的、與課程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)的總和，學(xué)習(xí)目標(biāo)是指需要掌握的知識(shí)點(diǎn)的總和；任務(wù)模型是實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)所需掌握的知識(shí)點(diǎn)的總和；以及過程模型由若干個(gè)學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)組成。具體對(duì)每個(gè)要素分別建模的過程如下 I)課程知識(shí)點(diǎn)的建模。利用有向超圖對(duì)課程進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系描述，用普通邊描述簡(jiǎn)單邏輯，用超邊描述邏輯“與”關(guān)系，用不同的邊描述邏輯“或”關(guān)系，可以形式化描述為L(zhǎng)PH = (KV，KE)，其中，KV表示有向超圖中的表示知識(shí)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)；KE是有向超圖中的表示知識(shí)點(diǎn)關(guān)系的邊。2 )學(xué)習(xí)過程的建模。利用有向超圖，對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行基于知識(shí)點(diǎn)的建模，該過程可以形式化描述為L(zhǎng)PH，= (V，E)，V =(AV，KV)，E =(DE，SRE)，其中，AV和KV，是有向超圖的節(jié)點(diǎn)，分別表示有向超圖中的活動(dòng)和資源包含的知識(shí)點(diǎn)；DE和SRE是有向超圖中的邊,分別表示活動(dòng)的輸入/輸出和資源支持關(guān)系，并用超邊描述邏輯“與”關(guān)系，用不同的邊表示資源可能的支持情況和輸入/輸出的邏輯“或”關(guān)系。3)學(xué)習(xí)資源的建模。由于網(wǎng)絡(luò)上的課程資源繁多，因此，需要對(duì)這些課程資源進(jìn)行分類，并按照資源與其上級(jí)資源和下級(jí)資源之間的關(guān)系，資源中包含的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容等，對(duì)資源進(jìn)行建摸?？梢孕问交枋鰹镽CM = (Con, PR，SRSet, D，R)，其中，Con為資源分類所在的環(huán)境；PR為父類資源，它由資源型構(gòu)成；SRSet為子類資源集，它由資源型和資源實(shí)體構(gòu)成；D為分類器，R為分類建模應(yīng)遵循的規(guī)則；假設(shè)ResSet表示資源實(shí)體集，那么，對(duì)于NRes產(chǎn)ル..v&/，可以描述為(NK, K)，其中NK為知識(shí)點(diǎn)無關(guān)的屬性，K為資源包含的知識(shí)點(diǎn)。4)對(duì)完成某項(xiàng)任務(wù)需要的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行建摸，即任務(wù)建摸。首先，需要對(duì)任務(wù)進(jìn)行分類，并對(duì)實(shí)現(xiàn)該任務(wù)需要的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行描述，構(gòu)建模型?？梢孕问交枋鰹镕CM = (Con, PF, SFSet, D，R)，其中，Con為任務(wù)分類所在的環(huán)境；PF為父類任務(wù)；D為分類器，R為分類建模應(yīng)遵循的規(guī)則；假設(shè)FunSet表示任務(wù)節(jié)點(diǎn)集，那么，對(duì)チVFwjfF謂可以描述為(NK，K)，其中NK為知識(shí)點(diǎn)無關(guān)的屬性，K為實(shí)現(xiàn)功能需要的知識(shí)點(diǎn)。5)根據(jù)學(xué)習(xí)者的具體情況，對(duì)于學(xué)習(xí)者進(jìn)行建模，主要包括學(xué)習(xí)目標(biāo)和背景知識(shí)點(diǎn)描述。其中，學(xué)習(xí)目標(biāo)又包括功能性目標(biāo)和非功能性目標(biāo)，可以形式化描述為UM = (U0，BK，LP, LR)，其中，UM是用戶模型，UO是學(xué)習(xí)目標(biāo)，它又分為非功能性目標(biāo)NFO和功能性目標(biāo)F0，即UO= (NF0，F(xiàn)0)，對(duì)于功能性目標(biāo)用實(shí)現(xiàn)該功能所用到的知識(shí)點(diǎn)來描述。LP是給出了相關(guān)學(xué)習(xí)資源的學(xué)習(xí)計(jì)劃。LR是學(xué)習(xí)者達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)用到的資源。步驟2 :根據(jù)學(xué)習(xí)者的功能目標(biāo)推薦相應(yīng)的學(xué)習(xí)過程。根據(jù)步驟I中5)設(shè)定的學(xué)習(xí)者的功能目標(biāo)，進(jìn)行學(xué)習(xí)過程的選擇，即學(xué)習(xí)過程輸出的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該包含完成任務(wù)需要的知識(shí)點(diǎn)?？尚问交枋鰹閷?duì)于ー個(gè)學(xué)習(xí)者Ui,Ui的功能目標(biāo)是FOi,如果存在一個(gè)過程P，P的輸出是0P，如果存在(みコパ<7,，那么Ui可以采用P來
實(shí)現(xiàn)FOitl步驟3 :根據(jù)學(xué)習(xí)者實(shí)際的知識(shí)背景，建立學(xué)習(xí)者模型與過程模型、資源環(huán)境模型之間的動(dòng)態(tài)映射，得到針對(duì)某個(gè)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程可能的服務(wù)資源狀況。對(duì)于步驟2得到的學(xué)習(xí)過程模型，根據(jù)步驟3描述的學(xué)習(xí)者的背景知識(shí)進(jìn)行相應(yīng)的、可能的學(xué)習(xí)資源的選擇。對(duì)于一個(gè)學(xué)習(xí)者他要學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)LKi,學(xué)習(xí)活動(dòng)為相對(duì)于LKi的背景知識(shí)為BKp如果存在一個(gè)資源rk，rk中包含的知識(shí)點(diǎn)為RKk，如果(BKfURKt)]LK那么Uj可以應(yīng)用rk來學(xué)習(xí)LKit5在步驟I中建立的過程模型的基礎(chǔ)上，再加上兩類邊，分別描述學(xué)習(xí)者的知識(shí)背景及資源中包含的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，則此時(shí)的學(xué)習(xí)過程如圖3所示?？梢孕问交枋鰹镻H =(V, E)，其中，V是超圖的節(jié)點(diǎn)集合，它又分為兩類節(jié)點(diǎn)，V = (AV，KV)，其中，AV為活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，KV為資源包含的知識(shí)點(diǎn)；E為超圖的邊集，它又可分為三類，E = (DE，SRE, LE, RE)，DE為輸入/輸出邊，也稱為活動(dòng)之間的變遷邊；SRE為資源對(duì)活動(dòng)的支持；LE描述學(xué)習(xí)者，RE描述環(huán)境中的資源狀況；如果活動(dòng)的輸入為dei，且相對(duì)于活動(dòng)為邏輯“與”關(guān)系，則用超邊來描述，S卩IT (Ciei) |>1，如果輸出為邏輯“與”關(guān)系，且輸出邊為d'.則IH Cdej) |>1，其中，τ((Iei)表示(Iei尾節(jié)點(diǎn)集合，H ((Iej)表示(Iej頭節(jié)點(diǎn)集合。對(duì)于資源支持邊rei;如果多個(gè)資源組合支持某個(gè)活動(dòng)(或在什么資源背景下用那個(gè)資源支持某個(gè)活動(dòng))，則相應(yīng)的rei為超邊；此模型為用于個(gè)性化優(yōu)化的業(yè)務(wù)過程模型。步驟4:對(duì)學(xué)習(xí)過程模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)變換，抽取考慮服務(wù)資源的學(xué)習(xí)活動(dòng)序列(LAS，LearningActivity Sequence)。抽取服務(wù)資源的LAS包括以下判定步驟步驟4. I，首先進(jìn)行可串行化判斷。學(xué)習(xí)過程模型中，并行活動(dòng)可以串行化，且其總輸出不受這些活動(dòng)的順序影響；步驟4. 2，進(jìn)行串行化處理。對(duì)于ー個(gè)活動(dòng)，如果學(xué)習(xí)過程模型中存在一條經(jīng)過該活動(dòng)輸入邊的所有尾節(jié)點(diǎn)的路徑，則該活動(dòng)是可執(zhí)行的；步驟4. 3，可能的串行路徑估算。對(duì)于ー個(gè)過程，包含η個(gè)活動(dòng)a1; a2，. . .，an，相應(yīng)的獨(dú)立支持資源種類數(shù)為Hi1, rn2, . . . , rnn ；
η _I)當(dāng)這些活動(dòng)串行時(shí)，則經(jīng)過這η個(gè)活動(dòng)可能的LAS數(shù)量為Π rni ;
i = lη2)當(dāng)這些活動(dòng)并行時(shí)，則經(jīng)過這η個(gè)活動(dòng)可能的LAS數(shù)量為 ダ· *Urni。步驟5:根據(jù)上述步驟4得到的LAS，利用活動(dòng)屬性與過程屬性、活動(dòng)屬性與資源屬性之間的關(guān)系，進(jìn)行不同學(xué)習(xí)者、不同環(huán)境下的過程屬性計(jì)算，建立學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)活動(dòng)及活動(dòng)屬性和學(xué)習(xí)者及資源屬性之間的關(guān)系。并進(jìn)行學(xué)習(xí)資源的優(yōu)化求解，得到學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)資源都優(yōu)化的學(xué)習(xí)計(jì)劃。步驟5具體可分為下面幾個(gè)子步驟5. I選擇評(píng)價(jià)LAS的性能指標(biāo)。所述LAS的指標(biāo)參數(shù)包括學(xué)習(xí)者通過一次學(xué)習(xí)所掌握的知識(shí)點(diǎn)(0BJK)、所用的時(shí)間(0BJT)、完成LAS的成本(0BJC)、完成LAS的質(zhì)量(OBJQ)05. 2計(jì)算學(xué)習(xí)活動(dòng)的屬性，其屬性可描述為=APi =も(LPj, RPk, PP1)，其中，APi,IiVRPkJP1分別為活動(dòng)、該活動(dòng)的學(xué)習(xí)者、相應(yīng)服務(wù)資源及過程的屬性A為這四者之間的函數(shù)關(guān)系，由具體的學(xué)習(xí)情況而定。5. 3所述LAS的指標(biāo)參數(shù)按照以下方式得出。學(xué)習(xí)者從學(xué)習(xí)過程中獲得的知識(shí)點(diǎn)OBJK等于各個(gè)學(xué)習(xí)資源中包含的知識(shí)點(diǎn)總和
ηOBJK=^ZVii，其中，rki是的服務(wù)資源所包含的知識(shí)點(diǎn)；(I)
1—1因?yàn)長(zhǎng)AS中的活動(dòng)是串行的，因此OBJT是LAS所包含活動(dòng)的時(shí)間的總和OBJT= Σぐ，其中h是執(zhí)行Bi所用的時(shí)間。(2 )
Z=IOBJQ由所包含的活動(dòng)的質(zhì)量決定，其計(jì)算可以表示為
OEUQ=[も· Wi，其中qi是ai的質(zhì)量，Wi為對(duì)LAS的質(zhì)量影響因子，
=1
η
=Io O；
/=1OBJC由所包含的活動(dòng)成本決定，而活動(dòng)成本又等于學(xué)習(xí)資源的成本。因此，OBJC可以由下面的等式來計(jì)算OBJC= 6',，其中 ci 是 ai 的資源成本。(4)
I=I根據(jù)學(xué)習(xí)者的非功能性目標(biāo)，進(jìn)行學(xué)習(xí)資源的優(yōu)化求解，得到學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)資源都優(yōu)化的學(xué)習(xí)計(jì)劃。步驟6 :監(jiān)測(cè)資源環(huán)境及學(xué)習(xí)目標(biāo)，若二者任ー出現(xiàn)變化時(shí)，則進(jìn)行相關(guān)性判斷以及相應(yīng)處理。I)當(dāng)監(jiān)測(cè)到資源環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，先對(duì)資源與過程、資源與活動(dòng)以及過程之間進(jìn)行的相關(guān)性判斷，找到與變化的資源相關(guān)的活動(dòng)；再進(jìn)行相應(yīng)的處理。①資源和過程的相關(guān)性判斷按照如下方式進(jìn)行給定ー個(gè)資源r，其包含的知識(shí)點(diǎn)為も，一個(gè)過程p，其輸出知識(shí)點(diǎn)為Kp，如果足ハ馬ダ0，則該資源與這個(gè)過程相關(guān)；②相應(yīng)的處理按以下方式進(jìn)行
給定ー個(gè)過程P以及ー個(gè)相關(guān)資源！·，如果P中與！·相關(guān)的活動(dòng)為RASet，對(duì)于任意Vi^RASet，如果改變資源r吋，該活動(dòng)已執(zhí)行完，則資源變化對(duì)該活動(dòng)沒有影響，否則，對(duì)該活動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)支持資源修改。2)當(dāng)監(jiān)測(cè)到學(xué)習(xí)目標(biāo)發(fā)生變化時(shí)，先判斷變化后目標(biāo)和變化前目標(biāo)是否相關(guān)；如果兩個(gè)目標(biāo)無關(guān)，則可進(jìn)行過程及資源的選擇與優(yōu)化；如果兩個(gè)目標(biāo)相關(guān)，則應(yīng)首先選擇學(xué)習(xí)過程，再根據(jù)原過程的執(zhí)行情況進(jìn)行相應(yīng)處理。①變化前后目標(biāo)的相關(guān)性判斷，按以下方式進(jìn)行對(duì)于學(xué)習(xí)者U，如果前后兩個(gè)學(xué)習(xí)的功能目標(biāo)分別為Fb和Fa，實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)的知識(shí)點(diǎn)分別為Kb和Ka，如則這兩個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)學(xué)習(xí)過程相關(guān)；②相應(yīng)的處理按以下方式進(jìn)行對(duì)于學(xué)習(xí)者u的前后兩個(gè)相關(guān)學(xué)習(xí)過程，假設(shè)構(gòu)成前ー個(gè)過程的活動(dòng)集為BASet，構(gòu)成后ー個(gè)過程的活動(dòng)集為AASet，對(duì)于VaeBASetnAASet,如果在后一個(gè)過程開始前已經(jīng)執(zhí)行完，則在新的過程模型中去掉這些活動(dòng)，即AASet=AASet_a ;如果沒有執(zhí)行，則前面的學(xué)習(xí)過程對(duì)后面的過程沒影響。此外，基于上述方法，本發(fā)明還開發(fā)了一個(gè)基于web的個(gè)性化學(xué)習(xí)過程的優(yōu)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分三個(gè)層次、五個(gè)視圖，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。該系統(tǒng)包括建模層、分析層及數(shù)據(jù)庫層，建模層是對(duì)學(xué)習(xí)者、課程知識(shí)點(diǎn)、學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)資源即任務(wù)分別建模，并通過位于分析層的各種相應(yīng)的工具與數(shù)據(jù)庫層的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。該建模層包括學(xué)習(xí)者建模模塊、課程知識(shí)點(diǎn)建模模塊、學(xué)習(xí)過程建模模塊、學(xué)習(xí)資源建模模塊及學(xué)習(xí)任務(wù)建模模塊；該分析層包括模型庫管理工具、模型轉(zhuǎn)換和一致性檢查工具、學(xué)習(xí)計(jì)劃生成工具、學(xué)習(xí)序列的解釋執(zhí)行工具、反饋信息處理工具、試題庫管理工具；數(shù)據(jù)庫層包括模型數(shù)據(jù)庫和試題庫。此夕卜，該系統(tǒng)定義了四個(gè)角色教師、學(xué)習(xí)者、資源維護(hù)人員和系統(tǒng)維護(hù)人員，分別進(jìn)行學(xué)習(xí)建模、個(gè)性化學(xué)習(xí)方案的使用、資源維護(hù)以及系統(tǒng)維護(hù)。實(shí)施例I下面選擇有代表性的領(lǐng)域——計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的課程學(xué)習(xí)進(jìn)行建摸。以有代表性的課程——JAVA程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)(目標(biāo)不同)進(jìn)行分析驗(yàn)證。在本實(shí)施例中，需要學(xué)習(xí)的課程是JAVA程序設(shè)計(jì)，因此，需要對(duì)JAVA程序語言的學(xué)習(xí)進(jìn)行建摸。步驟I :構(gòu)建基于知識(shí)點(diǎn)的集成化E-Learning模型，具體為對(duì)與E-learning模型相關(guān)的各要素分別建摸。在本實(shí)施例中，JAVA程序設(shè)計(jì)課程的知識(shí)點(diǎn)模型如圖5所示，其中，節(jié)點(diǎn)kllll表示學(xué)習(xí)該課程需要掌握的知識(shí)點(diǎn)，kl表示編程基礎(chǔ)，k2表示類與對(duì)象的基本概念，k3表示類和方法，k4表不類的重用，k5表不接ロ，k6表不多態(tài)，k7表不輸入輸出流，k8表不多線程，k9表示GUI, klO表示JDBC和數(shù)據(jù)庫訪問，kll表示Servlet和JSP。知識(shí)點(diǎn)之間的箭頭表示前一知識(shí)點(diǎn)是學(xué)習(xí)后一知識(shí)點(diǎn)的必要基礎(chǔ)，整個(gè)學(xué)習(xí)過程必須按照知識(shí)點(diǎn)之間的先后銜接關(guān)系依次進(jìn)行。但，也有的知識(shí)點(diǎn)之間是并列關(guān)系，如k8-kll表示這些知識(shí)點(diǎn)之間不以彼此為學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。此外，多個(gè)知識(shí)點(diǎn)k8-kll以同一知識(shí)點(diǎn)k7為基礎(chǔ)的情況，則表明，知識(shí)點(diǎn)k7輸入輸出流是本課程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在學(xué)習(xí)多線程、GUI等后續(xù)知識(shí)時(shí)都需要用到k7相關(guān)的知識(shí)。由于學(xué)習(xí)過程的建模需要以課程知識(shí)點(diǎn)的建模為基礎(chǔ)，本實(shí)施例中，參照?qǐng)D5所構(gòu)建的JAVA課程中的知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，構(gòu)建具體的JAVA程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)過程模型，如圖6所示。其中，ba表示過程開始，ea表示過程結(jié)束，過程節(jié)點(diǎn)al_all分別表示學(xué)習(xí)圖5所示kl-kll的知識(shí)點(diǎn)的過程。此外，圖6中，點(diǎn)線包圍區(qū)域內(nèi)或點(diǎn)線連接的節(jié)點(diǎn)表示與過程節(jié)點(diǎn)相似或近似的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)過程。該模型的過程大致為在眾多相似或近似的知識(shí)點(diǎn)中選取al(學(xué)習(xí)編程基礎(chǔ))作為節(jié)點(diǎn)，完成編程基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)后，以al為基礎(chǔ)選取了 a2(學(xué)習(xí)類與對(duì)象的基本概念)作為下ー節(jié)點(diǎn)，依次選取a3 (學(xué)習(xí)類和方法)、a4 (學(xué)習(xí)類的重用)、a5 (學(xué)習(xí)接ロ)、a6 (學(xué)習(xí)多態(tài))、a7 (學(xué)習(xí)輸入輸出流)。再以a7知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)，分別選取了 a8 (學(xué)習(xí)多線程)、a9 (學(xué)習(xí)⑶I)、alO (學(xué)習(xí)JDBC和數(shù)據(jù)庫訪問)、all (學(xué)習(xí)Servlet與JSP)這四個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，最終到達(dá)ea，結(jié)束學(xué)習(xí)過程。在本實(shí)施例中，具體資源環(huán)境模型如表I所示。其中，包括資源標(biāo)識(shí)、資源類型、包含的知識(shí)點(diǎn)、背景需求、標(biāo)注。按照上述規(guī)則，對(duì)JAVA程序設(shè)計(jì)課程相關(guān)的資源進(jìn)行建摸。表I.資源環(huán)境模型
權(quán)利要求
1.一種基于集成化建模的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源優(yōu)化方法，具體包括以下步驟 步驟1，對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)行基于知識(shí)點(diǎn)的、集成化建模，該建模具體包括分別對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)、學(xué)習(xí)過程、資源環(huán)境、學(xué)習(xí)任務(wù)以及學(xué)習(xí)者的建模； 步驟2，設(shè)定學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)推薦相應(yīng)的學(xué)習(xí)過程； 步驟3，根據(jù)學(xué)習(xí)者實(shí)際的背景知識(shí)，建立學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)過程、資源環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)映射，得到針對(duì)該學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程可能的服務(wù)資源狀況； 步驟4,對(duì)學(xué)習(xí)過程模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)變換，抽取學(xué)習(xí)活動(dòng)序列LAS (LAS, LearningActivity Sequence)； 步驟5，針對(duì)步驟4中的LAS，利用過程屬性和資源屬性的關(guān)系，對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行優(yōu)化求解，得到學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)資源都優(yōu)化的學(xué)習(xí)計(jì)劃； 步驟6，監(jiān)測(cè)資源環(huán)境及學(xué)習(xí)目標(biāo)，若二者任一出現(xiàn)變化時(shí)，則進(jìn)行相關(guān)性判斷以及相應(yīng)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟I中，各模型之間的關(guān)系具體為 資源模型描述學(xué)習(xí)環(huán)境中的已有資源，每個(gè)資源節(jié)點(diǎn)包括若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)； 課程知識(shí)點(diǎn)模型是以單個(gè)知識(shí)點(diǎn)為單位對(duì)所要學(xué)習(xí)的課程進(jìn)行劃分； 學(xué)習(xí)者模型包括對(duì)學(xué)習(xí)背景和學(xué)習(xí)目標(biāo)的描述，其中，學(xué)習(xí)背景是已掌握的、與課程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)的總和，學(xué)習(xí)目標(biāo)是指需要掌握的知識(shí)點(diǎn)的總和； 任務(wù)模型是實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)所需掌握的知識(shí)點(diǎn)的總和；以及 過程模型由若干個(gè)學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟4中抽取LAS包括以下判定步驟 步驟4. 1，判斷學(xué)習(xí)過程模型中是否具有并行活動(dòng)，若為有，則判斷并行活動(dòng)是否能進(jìn)行可串行化； 步驟4. 2，若為是，則進(jìn)行串行化處理； 步驟4. 3，估算學(xué)習(xí)活動(dòng)序列LAS，當(dāng)一個(gè)過程包含η個(gè)活動(dòng)a1; a2，. . .，an，相應(yīng)的獨(dú)立支持資源種類數(shù)為Hi1, rn2, . . . , rnn時(shí)； 1)若該η個(gè)活動(dòng)串行時(shí)，則經(jīng)過這η個(gè)活動(dòng)可能的LAS數(shù)量為fjrn:; 2)若該η個(gè)活動(dòng)并行時(shí),則經(jīng)過這η個(gè)活動(dòng)可能的LAS數(shù)量為〃；* fl rnI ° i — I
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述步驟5具體包括選擇相對(duì)優(yōu)化的評(píng)價(jià)LAS的性能指標(biāo)，這些指標(biāo)包括學(xué)習(xí)者通過一次學(xué)習(xí)所掌握的知識(shí)點(diǎn)(OBJK)、所用的時(shí)間(OBJT)、完成LAS的成本(OBJC)、完成LAS的質(zhì)量(OBJQ);以及根據(jù)學(xué)習(xí)活動(dòng)與學(xué)習(xí)者、資源及過程的屬性之間的關(guān)系，計(jì)算學(xué)習(xí)過程的屬性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述LAS性能指標(biāo)的計(jì)算方式為OBJK是各學(xué)習(xí)資源中包含的知識(shí)點(diǎn)總和；OBJT是所包含活動(dòng)的時(shí)間的總和；OBJQ是所包含的活動(dòng)的質(zhì)量與質(zhì)量影響因子乘積的總和；OBJC則是所包含活動(dòng)的資源成本的總和。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟6中，當(dāng)資源環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，對(duì)資源與過程、資源與活動(dòng)以及過程之間進(jìn)行相關(guān)性判斷，找到與變化的資源相關(guān)的活動(dòng)，再進(jìn)行相應(yīng)的處理； 其中，資源與過程的相關(guān)性判斷具體為判斷資源所包含知識(shí)點(diǎn)與過程輸出知識(shí)點(diǎn)的交集是否為空，若為空，則二者不相關(guān)；若不為空，則二者相關(guān)； 所述相應(yīng)的處理具體為根據(jù)相關(guān)性判斷，得出與過程相關(guān)的資源，若資源改變時(shí)，與所述與過程相關(guān)的資源相關(guān)的活動(dòng)已執(zhí)行完，則資源變化對(duì)該活動(dòng)沒有影響，否則，對(duì)該活動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的修改。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟6中，當(dāng)學(xué)習(xí)目標(biāo)發(fā)生變化時(shí)，判斷變化后的目標(biāo)和變化前的目標(biāo)是否相關(guān)，具體為判斷變化前后兩個(gè)目標(biāo)的知識(shí)點(diǎn)的交集是否為空，若為空，則二者不相關(guān)，則可進(jìn)行過程及資源的選擇與優(yōu)化；若不為空，則二 者相關(guān)，則先根據(jù)新目標(biāo)選擇學(xué)習(xí)過程，再根據(jù)原過程的執(zhí)行情況進(jìn)行相應(yīng)處理； 所述相應(yīng)處理具體為當(dāng)一些活動(dòng)屬于前后兩個(gè)相關(guān)的學(xué)習(xí)過程的活動(dòng)集的交集時(shí)，若后一過程開始前，這些活動(dòng)已執(zhí)行完，則在后一過程模型中去掉這些活動(dòng)；若這些活動(dòng)沒有執(zhí)行，則前一過程對(duì)后一過程沒有影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于集成化建模的過程驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源優(yōu)化方法。該方法通過基于知識(shí)點(diǎn)的、以過程為中心的、多視圖集成化學(xué)習(xí)建模，并根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)推薦相應(yīng)的學(xué)習(xí)過程，根據(jù)學(xué)習(xí)者實(shí)際的背景知識(shí)，建立學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)過程、資源環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)映射，得到用超圖描述的針對(duì)該學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程及可能的服務(wù)資源狀況；在此基礎(chǔ)上通過對(duì)過程模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)變換，抽取學(xué)習(xí)活動(dòng)序列(LAS)，利用學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)過程屬性之間的關(guān)系，通過對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行優(yōu)化求解，得到過程和資源都優(yōu)化的學(xué)習(xí)計(jì)劃。本發(fā)明能根據(jù)學(xué)習(xí)者的目標(biāo)、知識(shí)背景及所處資源環(huán)境給出相對(duì)優(yōu)化的學(xué)習(xí)序列及組合服務(wù)資源，并能根據(jù)資源和目標(biāo)的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
文檔編號(hào)G06Q10/04GK102819769SQ20121026219
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者孫雪冬 申請(qǐng)人:孫雪冬