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基于数据库的网络课程学习路径优化方法的研究
添加日期:【2006-2-19 10:04:21】　　 浏览次数:【1358】
（2005年11月29日）
韩涛 孟雅辉
【摘 要】现有网络课程未能根据学习者的学习需求提供良好的导航支持，很难实现个性化学习，本文针对这一现状提出了一种学习路径的优化方法。该方法针对学习者的学习需求和学习风格，综合采用适应性导航与适应性内容呈现策略，向其提供相对合理的动态课程组织结构和内容呈现方式，以帮助其提高学习绩效。
【关键词】 网络课程；数据库；适应性导航；学习路径；优化方法
引言
目前网络课程存在的问题突出表现在三个方面：①内容组织结构的问题。传统网络课程的静态呈现方式，没有给出知识点间的优先关系，学习者频繁地切换于知识点之间，不适应网络课程学习中学习者针对学习需求进行跳跃式学习的期望，影响了学习效果。②导航问题。传统网络课程中的导航系统不能记录学习者的学习路径；传统的静态导航，不能结合学习者的学习进展情况进行智能化动态导航。③内容呈现的问题。现有的网络课程呈现内容的方式比较单一，不能针对不同学习风格和媒体偏好提供相应的内容呈现方式，也不允许学习者自由选择。
针对这些问题，本文提出了一种基于数据库的网络课程学习路径的优化方法。学习者进入网络课程后可根据自身需要选择目标知识点，系统综合采用适应性导航和适应性内容呈现策略，以帮助学习者学习。
基于适应性导航的网络课程系统主要由课程内容库、学习者模型和最优路径导航模块构成（图1）。其中，课程内容库存放课程内容，学习者模型记录学习者的信息，最优路径导航模块实现适应性导航（结构级）和适应性内容呈现（内容级）的功能。
最优路径导航模块的设计
1. 课程内容库
课程内容库系统地记录了网络课程中各知识点间的逻辑关系，是实现适应性导航与内容呈现的基础。建立课程内容库时，教师要根据学科的特点将教学内容按照最基本的认知单元(知识点)进行划分，并按照认知单元间的优先关系，分析每个知识点的先修知识点，从而将一门课程转化成一个内容库。
2. 学习者模型
学习者模型是为使系统在学习者学习过程中能动态地分析学习者特征而设计的，是实现动态导航功能的基础。学习者模型包括静态模型和动态模型：静态模型用来记录学习者的学号、姓名、邮箱地址等基本信息；动态模型用来记录在学习过程中动态信息，主要有学习者的学习目标、学习风格和学习历史记录。
3. 最优路径导航模块
最优路径导航模块的主要功能是实现适应性导航和适应性内容呈现，它包含了以下两个子模块：
(1) 适应性导航子模块
适应性导航子模块根据学习者的学习目标和学习历史记录，为其提供动态的课程组织结构，引导学习者浏览合适的页面内容。此模块中综合采用了以下方法实现适应性导航。
知识点排序： 学习者选择目标知识点后，系统通过预定算法找出其所有的先修知识点，并对其先修知识点按优先关系进行排序。处在同一层次的知识点，则按它们的重要程度升序排列。这样可以提示学习者依次学习目标知识点的先修知识点后，再学习该目标知识点。
隐藏无关知识点：根据学习者的学习目标和学习历史记录，系统自动隐藏与其无关的知识点。因此，呈现在不同学习者面前的页面内容可能不尽相同。
标记知识点：当学习者利用网络课程进行学习时，系统根据学习者的学习历史记录和各知识点的优先关系，用不同颜色动态标记在当前学习状态下学习路径中可以直接学习、已经学习和不宜直接学习的知识点。
(2) 适应性内容呈现子模块
适应性内容呈现子模块依据学习者的学习风格和学习历史记录，为其提供适宜的课程内容呈现方式。此模块也允许学习者自由选择媒体呈现形式。
最优路径导航模块的实现
网络课程的主界面采用框架结构：顶部框架动态呈现最优路径导航模块，左侧框架放置所有知识点的树形结构导航，主框架显示课程内容。
学习者登陆网络课程后，可根据学习目标选择知识点。知识点排序算法根据知识点表中记录的各知识点间的优先关系，计算出包含目标知识点及其先修知识点的学习路径。然后，通过标记知识点法综合考虑各知识点的优先关系、经算法优化后的路径以及学习历史记录，得出一条最优路径供学习者参考。最优学习路径中的每个知识点都有对应其具体内容的超链接，学习者点击超链接后，系统从课程内容表中取出相应课程内容的存放路径，并通过“适应性内容呈现子模块”选择适合当前学习者的媒体呈现方式，再将其显示在呈现课程内容页面上。这样，学习者就可以根据学习目标进行自主学习了，如图2。
1. 数据库设计
数据库中存放的是课程内容和学习者的相关信息，具体包括：知识点表、课程内容表、学习者基本信息表、学习档案表等。
(1) 与课程内容相关的数据库表
① 知识点表
知识点表中记录的是知识点的ID号、名称、所属章节及其先修知识点。知识点ID号唯一标识一个知识点。先修知识点项记录了当前知识点的先修知识点，体现了它们之间的优先关系，考虑到许多知识点的先修知识点不止一个，需设有多个先修知识点项。
② 课程内容表
课程内容表中记录的是课程内容在磁盘上的路径、所属的知识点、课程呈现方式及其重要程度。
由于网络课程中对应同一知识点的课程内容有文本型、音频型、视频型、混合型等多种课程呈现方式，常用的数据库（Access，SQLsever等）并不便于直接存储音视频文件。因此，con_way项保存的是课程内容在磁盘上的存储路径，con_type项标记出课程内容的媒体类型。weight项标明了此课程内容的重要程度。
(2) 与学习者模型相关的数据库表
① 学习者基本信息表
学习者的基本信息包括用户名、密码、姓名、电子邮箱地址等。
② 学习档案表
系统为每个学习者建立一个以用户名命名的学习档案表，记录的是学习某知识点的时间、名称、课程呈现方式以及学习的次数。con_type项存放学习本知识点内容时的课程呈现方式。count项存放对该知识点的访问次数，如果数值较大，可认为学习者在学习此知识点时遇到了困难或该知识点较重要。设置con_type和count项是为个别化指导提供依据。
2. 适应性导航
(1）选择目标知识点页面
在此页面中系统按章、节的组织方式呈现出本门课程所有知识点，每个知识点前面带一个复选框，学习者选择目标知识点时，只需点中其前面的复选框，后提交即可。
(2）知识点排序算法
通过选择目标知识点页面获取目标知识点后，从知识点表中查找每一个目标知识点的先修知识点，如果该先修知识点还有先修知识点，也将其记录下来，再把这些知识点根据优先关系进行排序，得出优化后的学习路径。
知识点排序算法如下：
学习者的目标知识点存放在target_knowledge[M]数组中，网络课程的所有知识点存放在Knowledge[N]数组中，优化后的路径存放在BestWay[P]数组中。
SearchBestWay( )
{
for(i=0;iif(target_knowledge[i]!=NULL)
SearchXianXiu(target_knowledge[i])；
}
SearchXianXiu（V）
{
for(j=0;jif(V==BestWay[j])
{ flag=true; k=j; }
if (flag==true) /*如果存在，则删除表中记录的V*/
{ Delete(BestWay[k]); n=n-1; }
BestWay[n]=V; /*将V保存在BestWay表中*/
n=n+1;
for (a=0;V!=Knowledge[a];a++) /*查找V在知识点表中的位置*/
k=a;
for(b=0;knowledge[k].xianxiu[b]!=NULL;b++) /*依次查找先修知识点的先修知识点*/
SearchXianXiu(knowledge[k].xianxiu[b]);
}
(3) 标记知识点
标记知识点就是对优化后的学习路径中各个知识点的标记作调整：在学习档案表中，灰色标记为学习者可不学或简单了解的知识点；绿色标记为需先修知识点，即为当前可以直接学习的知识点；红色标记为当前不宜学习的内容。
(4) 呈现最优路径
经知识点排序算法和标记知识点处理后，得出一条最优路径供学习者参考，其每个知识点都有对应具体内容的超链接。当学习者点击知识点时，系统将记录其学习过程。如果学习者回溯已学习过的知识点，系统将自动记录访问次数，为进一步的个别化指导提供依据。
3. 适应性内容呈现
学习者选中某知识点后，系统根据此知识点名称和学习者选择的或系统分析出的课程呈现方式，从课程内容表中找出课程内容的存放路径，再从磁盘中找出课程内容对应的文件，进而将其显示在交互界面上。
结论
本文提出的基于数据库的网络课程学习路径优化方法有以下三个特点：
1. 学习者可以根据自己的学习目标选择相应知识点，进行个性化学习。系统经过算法分析，综合运用适应性导航与适应性内容呈现策略，为学习者提供针对目标知识点的最优学习路径和呈现方式，从而帮助学习者提高学习绩效。
2. 本系统在数据库中存放的是课程内容的存储路径，使得基于数据库的网络课程具备了多媒体功能。当网络课程内容需要更新时，教师只需修改对应的文件，就可以实现课程内容的同步更新。
3. 系统通过算法自动分析知识点间的复杂的层次结构关系，并生成知识点间的拓扑结构图，减轻了教师的负担。
[参考文献]
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作者简介：韩涛，硕士生，河北大学教育科学学院现代教育技术研究所（071002）。
孟雅辉，硕士生，河北大学数学与计算机学院（071002）。