基于建構(gòu)主義的個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)研究*

王小軍，朱 祎

（江蘇開(kāi)放大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)中心，江蘇 南京 210036）

一、前言

教育部在《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》中明確提出“構(gòu)建繼續(xù)教育公共服務(wù)平臺(tái)，為學(xué)習(xí)者提供方便、靈活、個(gè)性化的信息化學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)終身學(xué)習(xí)體系和學(xué)習(xí)型社會(huì)建設(shè)”。[1]為了實(shí)現(xiàn)此規(guī)劃目標(biāo)，首先就需要在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建面向教師和學(xué)生、靈活高效的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，承載網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的功能，才能逐步建設(shè)終身學(xué)習(xí)體系。目前網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的研究分為外延式和內(nèi)涵式，其中外延式研究基于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供載體，內(nèi)涵式研究基于教育心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)，為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供理論支持，兩者的目的都是構(gòu)建學(xué)習(xí)個(gè)體自身知識(shí)結(jié)構(gòu)，形成個(gè)體的世界觀。[2]

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過(guò)程中，仍然存在教師為主導(dǎo)、教師學(xué)生時(shí)空分離，學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程難以監(jiān)督，學(xué)習(xí)效果依賴(lài)集中考核的問(wèn)題，不利于學(xué)生自身知識(shí)體系的構(gòu)建。[3]建構(gòu)主義認(rèn)為只有自己建構(gòu)的知識(shí)，才能成為學(xué)習(xí)者真正擁有并且能靈活使用的知識(shí)，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)建構(gòu)獲得真正的技能提高和深層的認(rèn)知改變，因此基于建構(gòu)主義的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，可以促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者構(gòu)建新的知識(shí)，完成個(gè)體原有知識(shí)的同化和順應(yīng)。[4]本文從建構(gòu)主義理論、平臺(tái)模型、平臺(tái)功能、個(gè)性化推薦、系統(tǒng)驗(yàn)證五個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明。

二、建構(gòu)主義理論

建構(gòu)主義對(duì)人本主義理論和認(rèn)知心理的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了充分的吸收和提煉，對(duì)心理學(xué)和教育學(xué)都產(chǎn)生了深刻的影響，建構(gòu)主義理論是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的支撐性理論，可以利用其更好地指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)理論發(fā)展和實(shí)踐。[5]

建構(gòu)主義認(rèn)為個(gè)體對(duì)客觀世界的理解是建立在個(gè)體的理解之上，通過(guò)對(duì)原有知識(shí)的改造完成對(duì)新的信息加工，學(xué)習(xí)者根據(jù)事物的不同方面建構(gòu)對(duì)事物的理解，因此在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中學(xué)習(xí)者可以通過(guò)交流互動(dòng)的方式，從多個(gè)方面更全面更豐富地理解所學(xué)內(nèi)容。[6]網(wǎng)絡(luò)教學(xué)不僅僅是教師教，學(xué)生學(xué)的單向知識(shí)灌輸過(guò)程，更應(yīng)該是學(xué)習(xí)者新舊知識(shí)雙向構(gòu)建的過(guò)程。學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教師提供的知識(shí)進(jìn)行主動(dòng)的篩選加工和構(gòu)建，完成自身知識(shí)從同化到順應(yīng)的質(zhì)變。[7]

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過(guò)程中，建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)以“學(xué)習(xí)者”為中心，為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)環(huán)境支持，因此網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)的過(guò)程中要有利于學(xué)習(xí)者的興趣愛(ài)好、學(xué)習(xí)風(fēng)格、感情動(dòng)機(jī)，使得學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中，逐漸的明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，不斷的構(gòu)建自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

三、平臺(tái)模型

為了提供較好的網(wǎng)上學(xué)習(xí)環(huán)境支持，根據(jù)學(xué)習(xí)者的專(zhuān)業(yè)背景、興趣愛(ài)好，基于建構(gòu)主義理論提出了如圖1所示的個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)模型INLPM（Individuation Network Teaching Platform Model）。

INLPM模型包括訪(fǎng)問(wèn)層、訪(fǎng)問(wèn)控制層、審計(jì)層、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、硬件層，可表示為INLPM={Visitors，Access Contral，Audit，Network Learning Platform，Hardware}，訪(fǎng)問(wèn)層包括教師學(xué)生和管理人員，Visitors={Teachers，Students，Managers}。訪(fǎng)問(wèn)控制層包括訪(fǎng)問(wèn)控制和負(fù)載均衡模塊，Access Control={Web Security Load Balance}。審計(jì)層包括認(rèn)證和授權(quán)模塊，Audits={Autlentication Autlorization}。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)以課程為中心，包括課程模塊、通用功能模塊、系統(tǒng)API接口模塊，Network Learning Platform={Course set，Common Model，API interface}，其中課程模塊包括課程資源、作業(yè)、單元測(cè)試、推薦課程、個(gè)性化資源，Course={Course resources，Jobs，Unit test，Recommenders courses，Recommenders resources}，通用功能包括個(gè)性化推薦模塊、師生互動(dòng)、報(bào)表、系統(tǒng)管理，Common model={Recommender System model，Interaction model，Reports model，System managementmodel}。硬件層提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)運(yùn)行的硬件基礎(chǔ)設(shè)施包括計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源。

圖1 個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)模型

四、平臺(tái)功能

個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)模型INLPM由五個(gè)層次構(gòu)成，其主要功能如下：

（1）用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)層

給教師、學(xué)生、管理人員提供基于Web和移動(dòng)APP的登錄入口，用戶(hù)可以使用個(gè)人電腦或者移動(dòng)終端登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。

（2）訪(fǎng)問(wèn)控制層

訪(fǎng)問(wèn)控制層提供Web安全防護(hù)和負(fù)載均衡功能，其中Web安全防護(hù)主要提供Web端非授權(quán)訪(fǎng)問(wèn)、惡意代碼防護(hù)、網(wǎng)頁(yè)防篡改、URL訪(fǎng)問(wèn)控制、文件上傳下載控制、關(guān)鍵詞過(guò)濾等功能，通過(guò)Web防護(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在應(yīng)用層提供安全防護(hù)保障。負(fù)載均衡功能提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)橫向的擴(kuò)展能力，在用戶(hù)量較大的情況下，為不同的用戶(hù)選擇服務(wù)器集群中的不同物理主機(jī)提供訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，由于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中用戶(hù)需要保持訪(fǎng)問(wèn)狀態(tài)，采用訪(fǎng)問(wèn)持續(xù)性負(fù)載均衡策略，可供選擇的方法包括，輪詢(xún)法、最少連接法、響應(yīng)時(shí)間最優(yōu)法、散列法、鏈路帶寬最優(yōu)法，鑒于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)高并發(fā)、低帶寬的訪(fǎng)問(wèn)特性，建議采用訪(fǎng)問(wèn)保持輪詢(xún)的負(fù)載均衡策略。

（3）審計(jì)層

審計(jì)層的功能是對(duì)訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)進(jìn)行認(rèn)證和授權(quán)，用戶(hù)輸入口令后由審計(jì)層進(jìn)行認(rèn)證，或者由第三方認(rèn)證系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)身份進(jìn)行認(rèn)證，確定用戶(hù)身份后，審計(jì)層給用戶(hù)賦予對(duì)應(yīng)的權(quán)限，如教師可以管理所負(fù)責(zé)的課程、學(xué)生可以參與所選修的課程、管理員可以參看報(bào)表并對(duì)平臺(tái)進(jìn)行管理。

（4）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，由課程、通用模塊、API接口三個(gè)部分組成。課程是教學(xué)環(huán)節(jié)的基本組成部分，也是獲取學(xué)分的基本單位，課程教學(xué)以周組織教學(xué)內(nèi)容，責(zé)任教師按周進(jìn)行教學(xué)進(jìn)度設(shè)計(jì)、課程資源的整理提交、作業(yè)的布置批閱、單元測(cè)試的統(tǒng)計(jì)分析、尤其是學(xué)生互動(dòng)環(huán)節(jié)中的重點(diǎn)難點(diǎn)解答。學(xué)生用戶(hù)在教務(wù)系統(tǒng)中選課后，就可以進(jìn)入課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生在一周的學(xué)習(xí)周期中，需要緊跟責(zé)任教師的教學(xué)進(jìn)度，包括課程資源的閱讀，課程作業(yè)的提交，單元測(cè)試需要合格，按時(shí)參加責(zé)任教師組織的雙向視頻互動(dòng)交流活動(dòng)，離線(xiàn)的Mail交互，在線(xiàn)的BBS論壇討論，在此過(guò)程中，考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的群體性，利用個(gè)性化推薦方法為學(xué)生推薦學(xué)習(xí)興趣和風(fēng)格類(lèi)似的學(xué)生和學(xué)習(xí)小組，借助站內(nèi)消息功能，增強(qiáng)平臺(tái)對(duì)學(xué)生的粘滯性。

通用模塊是對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中通用組件的功能集合，包括個(gè)性化推薦模塊、師生雙向視頻互動(dòng)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、系統(tǒng)管理。個(gè)性化推薦模塊根據(jù)學(xué)生感興趣的課程和討論話(huà)題，為學(xué)生推薦學(xué)生和討論小組，有利于學(xué)生個(gè)性知識(shí)的構(gòu)建。師生雙向互動(dòng)模塊針對(duì)各課程中的重點(diǎn)難點(diǎn)由責(zé)任教師通過(guò)開(kāi)設(shè)虛擬視頻教室，為學(xué)生進(jìn)行解答，該功能作為所有課程的通用功能，需要根據(jù)教務(wù)信息，兼顧學(xué)生選課情況合理地安排活動(dòng)的時(shí)間。報(bào)表功能主要提供對(duì)平臺(tái)用戶(hù)教學(xué)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)，主要關(guān)注在線(xiàn)時(shí)間、資源數(shù)、作業(yè)數(shù)、訪(fǎng)問(wèn)次數(shù)、參與互動(dòng)等統(tǒng)計(jì)信息，統(tǒng)計(jì)信息可以衡量責(zé)任教師工作量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

系統(tǒng)API接口模塊是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)與第三方系統(tǒng)對(duì)接的核心模塊，與平臺(tái)對(duì)接的系統(tǒng)主要包括認(rèn)證系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、考試系統(tǒng)、招生系統(tǒng)、學(xué)工系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)等其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)。為了保障系統(tǒng)的開(kāi)放性和兼容性，API接口模塊中對(duì)其他第三方系統(tǒng)提供基于XML的Web Service的通用接口，方便其他系統(tǒng)調(diào)用，提高平臺(tái)的互操作性。同時(shí)API接口還需要支持針對(duì)第三方系統(tǒng)的插件功能，方便調(diào)用其他平臺(tái)的核心功能。

（5）硬件層

硬件層由可擴(kuò)展的虛擬化硬件平臺(tái)提供支撐，可以針對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的硬件需求提供縱向硬件性能的提升，如內(nèi)存、虛擬CPU、硬盤(pán)空間、網(wǎng)絡(luò)適配器的增加，也可以通過(guò)虛擬化克隆，提供橫向的虛擬服務(wù)器數(shù)量增加，滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)各個(gè)階段對(duì)硬件的需求，保障平臺(tái)的平滑升級(jí)。

五、個(gè)性化推薦

學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中的學(xué)習(xí)過(guò)程是構(gòu)建自身知識(shí)的過(guò)程，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中的教學(xué)情境需要適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和風(fēng)格，可以為學(xué)生在課程、學(xué)習(xí)小組、好友等環(huán)節(jié)提供豐富的個(gè)性化推薦功能，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的構(gòu)建。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中個(gè)性化推薦功能采用經(jīng)典的模糊聚類(lèi)算法FCM（Fuzzy C-Means）。FCM算法通過(guò)多次迭代法使得目標(biāo)函數(shù)取值最小，迭代過(guò)程中，聚類(lèi)中心Vi和隸屬度UiK的更新方法如下：

1.算法流程

2.利用FCM算法給學(xué)習(xí)者推薦在線(xiàn)好友的流程

（1）在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中，抽取學(xué)習(xí)者相關(guān)的關(guān)鍵屬性，其中包括學(xué)號(hào)、性別、籍貫、專(zhuān)業(yè)、課程列表、學(xué)習(xí)小組列表、興趣愛(ài)好、發(fā)帖主題、訪(fǎng)問(wèn)列表、在線(xiàn)時(shí)間，通過(guò)API接口調(diào)用教務(wù)系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)報(bào)表系統(tǒng)數(shù)據(jù)，生成推薦系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源；

（2）對(duì)源數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化操作，統(tǒng)一到同一個(gè)度量空間中；

（3）設(shè)置算法初始化參數(shù)，其中包括聚類(lèi)中心V、迭代次數(shù)l、目標(biāo)函數(shù)閾值ε；

（4）FCM算出聚類(lèi)中心后，形成學(xué)習(xí)者在線(xiàn)好友推薦的模型，根據(jù)被推薦者的采樣信息，采用歐幾米德距離公式，確定距離最近的聚類(lèi)中心Vi，因此根據(jù)推薦的人數(shù)上限p，在Vi中選擇p個(gè)同類(lèi)學(xué)習(xí)者，推薦給被推薦者。

通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中采用個(gè)性化推薦的方法，靈活的根據(jù)各類(lèi)特征信息，給學(xué)習(xí)者推薦在專(zhuān)業(yè)方向、興趣愛(ài)好、學(xué)習(xí)風(fēng)格、網(wǎng)絡(luò)習(xí)慣等方向類(lèi)似的學(xué)習(xí)者，這將極大地促進(jìn)學(xué)生的互動(dòng)交流，進(jìn)一步推薦建構(gòu)主義理論中網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用。

六、系統(tǒng)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)模型INLPM的功能，采用HP BL460服務(wù)器部署了基于VMware Vsphere5.1的虛擬化硬件平臺(tái)，利用Nginx軟件的反向代理功能提供基于輪詢(xún)策略的負(fù)載均衡功能，系統(tǒng)的認(rèn)證和授權(quán)采用CAS（Central Authentication Service）實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的功能使用Apache Click的開(kāi)發(fā)框架，實(shí)現(xiàn)了以課程為中心按周學(xué)時(shí)組織的課程資源、作業(yè)、單元測(cè)試、互動(dòng)論壇功能，以及系統(tǒng)管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表以及師生互動(dòng)功能。

利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中的推薦功能，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)平臺(tái)中參照專(zhuān)業(yè)、課程、興趣等關(guān)鍵屬性好友的推薦，為學(xué)習(xí)者提供了積極的學(xué)習(xí)情境，促進(jìn)學(xué)生自我知識(shí)的構(gòu)建。平臺(tái)的API接口利用Java實(shí)現(xiàn)了Web Service功能，并與教務(wù)系統(tǒng)和學(xué)工系統(tǒng)完成對(duì)接。通過(guò)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證了基于建構(gòu)主義的個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建的可行性。

七、總結(jié)

本文針對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中不利于學(xué)生自身知識(shí)構(gòu)建的情境，結(jié)合建構(gòu)主義理論提出了個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)模型INLPM模型，對(duì)INLPM模型中各層次功能進(jìn)行描述和分析，并對(duì)模型中個(gè)性化算法、流程和策略進(jìn)行了分析，最后通過(guò)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證改模型的可行性，為個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建提供了一種的新思路。

[1]中華人民共和國(guó)教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》的通知[EB/OL].[2012-03-13].

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