個性化計算機應用技術(shù)專業(yè)教學資源庫教學系統(tǒng)支持平臺的設計與開發(fā)

黃力明

(鎮(zhèn)江高等?？茖W校 電子與信息工程系，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

個性化計算機應用技術(shù)專業(yè)教學資源庫教學系統(tǒng)支持平臺的設計與開發(fā)

黃力明

(鎮(zhèn)江高等專科學校 電子與信息工程系，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

介紹計算機應用技術(shù)專業(yè)教學資源庫教學系統(tǒng)支持平臺的設計與實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括課程教案、習題測驗、答疑、考試等全部教學環(huán)節(jié)在內(nèi)的功能模塊。通過Internet平臺并利用瀏覽器軟件，學生可參考系統(tǒng)提供的學習策略采用自由靈活的方式完成課程的全部學習任務，教師可輕松地完成課程的全部教學活動。

教學資源庫；教學系統(tǒng)支持平臺；數(shù)據(jù)挖掘；個性化

教學資源庫在學校改進教學模式、加強課程建設、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學資源共建共享、提高教師教學水平、培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和社會服務能力等方面有著極其重要的作用。如何利用好現(xiàn)有的教學資源，使其在教學活動中發(fā)揮最大的效能，是目前我國各類學校信息化建設迫切需要解決的問題。結(jié)合鎮(zhèn)江高等?？茖W校計算機應用技術(shù)專業(yè)教學資源庫建設實際情況，設計和實現(xiàn)了一種基于Web的多媒體教學資源庫系統(tǒng)。多媒體教學資源庫系統(tǒng)由兩部分組成，即多媒體教學資源庫教學系統(tǒng)支持平臺和多媒體教學資源庫。教學系統(tǒng)支持平臺對教學資源進行存儲和管理，支持教學活動的各個環(huán)節(jié)，為教師和學生提供優(yōu)質(zhì)的服務，而資源庫中的資源就是需要共享的內(nèi)容。本文重點討論多媒體教學資源庫教學系統(tǒng)支持平臺的設計和實現(xiàn)。

1 技術(shù)支持

個性化教學已經(jīng)成為現(xiàn)代教育改革的一個熱點話題，個性化教育的競爭優(yōu)勢源于為每一位學生提供的個性化服務[1]。個性化教育是當今世界教育發(fā)展的趨勢，也是當前教育改革的難題之一，數(shù)據(jù)挖掘為個性化的教學服務提供了強有力的支持。文獻[2]中介紹的教學資源平臺提供了個性化資源定制、個性化學習策略推薦、個性化資源存儲等功能。文獻[3]介紹了利用Apriori算法獲得學習者的學習規(guī)則。我們在平臺設計中充分考慮高職高專學生個性化學習的特點，從學生信息庫中提取信息，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)向?qū)W生提供個性化學習策略，以滿足學生個性化教學需求，提高學生學習的自主性、積極性及其效率，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力和獨立解決問題能力，促進學生有效學習與個性發(fā)展。

1.1關聯(lián)規(guī)則

教學系統(tǒng)支持平臺提供個性化服務關鍵在于，從學生學習信息資源中得到關于學生學習效果和認知能力的評價，給出學生知識點掌握的薄弱環(huán)節(jié)和由系統(tǒng)推理出的改善學習效果的個性化學習策略。這些功能主要采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來實現(xiàn)。其中，關聯(lián)規(guī)則就是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的一個重要分析模式，是描述數(shù)據(jù)集合中數(shù)據(jù)項之間存在潛在關系的規(guī)則。在本教學系統(tǒng)支持平臺中,利用關聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)知識點的相關性，分析適合學生學習的個性化信息。

1.2使用Apriori算法獲得學習規(guī)則

利用Apriori算法挖掘所學課程中各教學知識點之間的關聯(lián)規(guī)則[4-5]。該關聯(lián)規(guī)則可以發(fā)現(xiàn)哪些知識點是重點、難點，哪些知識點是學生的薄弱環(huán)節(jié)，進而為學生提供個性化的教學建議，為教師有針對性地調(diào)整教學策略、改進教學方法提供科學依據(jù)，同時，為教學管理部門決策提供理論依據(jù)。

通過數(shù)據(jù)挖掘生成關聯(lián)規(guī)則的數(shù)據(jù)是學生學習信息：{Ti，Ii1，Ii2，…，Iij，…，Iin}，其中Ti(i=1，2，…，m)表示學生編號，Iij(j=1, 2，…，n)表示知識點編號，Iij表示第i個學生在第j個知識點上的問題回答的情況，其值為1，表示回答正確。具體算法如下：

Step1： 確定最小支持度minsup值和最小置信度minconf值；

Step2： 通過迭代，檢索事務數(shù)據(jù)庫中的所有頻繁項集，即支持度不低于用戶設定的閾值的項集；

Step3： 利用頻繁項集構(gòu)造滿足用戶最小置信度的規(guī)則，即關聯(lián)規(guī)則；

Step4： 對從前階段找到的強規(guī)則進行分析，獲取知識點間的關聯(lián)，參照學生的學習信息，給出適合學生的學習策略。

2 系統(tǒng)設計

2.1設計要求

教學系統(tǒng)支持平臺主要對教學資源進行存儲和管理，支持教學活動的各個環(huán)節(jié)。具體要求如下：

1) 能對教學資源庫中已有的教學資源素材進行管理，方便教師在平臺上備課、制作課件、發(fā)布教學內(nèi)容。

2) 為師生的教學互動提供良好的環(huán)境，促進高水平的師生互動。

3) 提供完善的講授型網(wǎng)絡課程庫、案例庫、專家答疑輔導系統(tǒng)，使用者可以自主完成專業(yè)課程學習。

4) 根據(jù)學生自身水平與學習狀態(tài)，分析學生的潛在學習行為和特征，提供個性化的教學內(nèi)容、測試內(nèi)容，動態(tài)調(diào)整學習進度和策略。

5) 本系統(tǒng)是基于B/S體系結(jié)構(gòu)的，用戶能夠通過瀏覽器對信息進行編輯、更新和查詢，使信息管理更為便捷和實時。

采用基于.NET Framework和ASP(Active Page Server)的動態(tài)網(wǎng)站技術(shù)——ASP.NET，用操作簡單、功能強大、面向?qū)ο蟛⑶翌愋桶踩腃#編程語言開發(fā)，建立基于Access數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的動態(tài)頁面，實現(xiàn)教學系統(tǒng)支持平臺的各項功能。

2.2總體設計

教學系統(tǒng)支持平臺是一個集教學/學習、課件開發(fā)制作、網(wǎng)上輔導及討論、自我測驗(交互式)為一體的系統(tǒng)平臺。教學系統(tǒng)支持平臺的主要作用是支持教學活動及管理教學資源。教學系統(tǒng)支持平臺按功能劃分為管理員平臺、教師平臺和學生學習平臺。

管理員平臺主要確認用戶使用教學系統(tǒng)支持平臺的權(quán)限，管理、維護系統(tǒng)信息和用戶信息，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行日常管理和維護。

教師平臺為教師提供進行教學設計、備課、教學活動的組織及開展的教學環(huán)境，教師能夠完成課程軟件的制作、教學資源元件的編輯與制作、教學資源的組織檢索與管理，充實用于課后練習的題庫，進行作業(yè)及測試的批閱。對學生的學習行為進行分析和評價，及時為學生提供個性化學習內(nèi)容、學習策略，調(diào)整教學進度等。

學生學習平臺為學生學習提供良好的個性化學習環(huán)境，包括課程學習，與課程學習直接相關的練習、測試、答疑和討論等。學生學習平臺是一個自主學習平臺，是以知識點為中心、能力測試為手段，集教、學、練、考、評等功能于一體的平臺。該平臺提供了教學內(nèi)容的動態(tài)適應機制、教學內(nèi)容動態(tài)導航機制和自適應學習策略選擇機制，為學生學習提供個性化服務。

根據(jù)系統(tǒng)需求分析，教學系統(tǒng)支持平臺應具備的功能如圖1所示。

圖1 教學系統(tǒng)支持平臺系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.3數(shù)據(jù)庫設計

教學資源庫中教學資源的組織是關鍵。教學資源具有復雜性和多樣性，為便于管理和利用，在計算機應用技術(shù)專業(yè)教學資源庫中，按照學科編碼中三級學科目錄層次進行組織，考慮職業(yè)教育的特點，相關部分素材按學習領域課程(課程)分類管理。兩種組織方式的區(qū)別從素材編號反映出來。按三級學科編碼，素材編碼形式如圖2所示，按學習領域課程編碼，素材編碼形式如圖3所示。

圖2按三級學科編碼，素材編碼形式

圖3按學習領域課程編碼，素材編碼形式

計算機應用技術(shù)專業(yè)教學資源庫系統(tǒng)采用Access作為后臺數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表包括用戶表、課程表、課程課件表、實訓內(nèi)容表、題庫表、作業(yè)成績表、測試成績表、教學策略表、教學資源素材表等。

3 開發(fā)與實現(xiàn)

教學系統(tǒng)支持平臺的組成較為復雜，下面介紹幾個重要模塊的設計思想。

3.1登錄模塊

系統(tǒng)登錄主要是對進入系統(tǒng)的用戶進行安全性檢查，以防止非法用戶進入系統(tǒng)。登錄時，根據(jù)用戶輸入的登錄信息確認用戶的身份，判斷用戶的合法性，確定用戶在系統(tǒng)中的使用權(quán)限，并轉(zhuǎn)到相應的頁面。具體實現(xiàn)過程如下：

Step1: 用戶登錄，填寫用戶信息;

Step2: 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫鏈接;

Step3: 創(chuàng)建用戶數(shù)據(jù)集;

Step4: 判斷用戶身份，如果用戶為管理員,則轉(zhuǎn)管理員頁面；如果用戶為教師，則轉(zhuǎn)教師頁面；如果用戶為學生，則轉(zhuǎn)學生頁面；如果用戶是非法用戶，則提醒用戶重新輸入用戶信息，轉(zhuǎn)Step1。

3.2在線測試模塊

在線測試模塊為學生測試學習效果提供測試題。測試題的選取采用隨機抽取的方式。為保證抽取的測試題不重復，抽取不集中在某一知識點進行。隨機數(shù)產(chǎn)生的代碼：

Random r=new Random();

int i1=r.Next(min,max);//產(chǎn)生的隨機數(shù)在min和max之間

產(chǎn)生的隨機數(shù)作為測試題題號，同時控制每個知識點只允許抽取1道測試題。抽取測試題的算法如下：

Step1： 產(chǎn)生1個隨機數(shù)作為測試題的題號；

Step2： 根據(jù)Step 1產(chǎn)生的題號在試題集中抽取測試題并獲取測試題的知識點；

Step3： 判斷在該知識點上是否已經(jīng)抽取測試題，如果未抽取，則轉(zhuǎn)Step4，否則轉(zhuǎn)Step1；

Step4： 將該測試題加入測試題集，記錄該測試題所在的知識點；

Step5： 判斷抽取測試題是否完成，如果未完成，則轉(zhuǎn)Step1，否則算法結(jié)束。

3.3個性化學習策略推薦模塊

個性化學習策略推薦模塊是整個教學系統(tǒng)支持平臺的核心之一。系統(tǒng)提供的個性化服務是否滿足本系統(tǒng)的設計要求主要取決于個性化學習策略推薦模塊的功能。該模塊能根據(jù)每個學生的知識水平、認知能力、學習興趣等，調(diào)整教學策略，并在教學過程中自動對學生學習信息進行數(shù)據(jù)挖掘，生成對學生學習成績和認知能力的評價，給出學生尚未掌握的知識點的信息及由系統(tǒng)推理得出的學習策略。

個性化學習模式已成為研究的熱點。借鑒文獻[6-7]中介紹的個性化學習模式，根據(jù)教學系統(tǒng)支持平臺的功能，本系統(tǒng)個性化學習策略推薦模塊具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 個性化學習策略推薦模塊

若教學內(nèi)容中的知識點之間存在上、下級或網(wǎng)狀關系，則表示一知識點的學習是以另一知識點的學習為前提和基礎的。教材的編寫充分考慮教學內(nèi)容的構(gòu)成關系、邏輯順序和組織形式等，從而形成符合教學規(guī)律的教學序列，教學活動按這一教學序列進行。關聯(lián)規(guī)則挖掘的結(jié)果是產(chǎn)生大量的規(guī)則[8]，其中存在冗余。規(guī)則產(chǎn)生僅僅反映了知識點間的關系，并沒有反映知識點間的教學序列，這使得挖掘的關聯(lián)規(guī)則雜亂無章，分析和利用這些規(guī)則變得十分困難。在個性化學習策略推薦模塊中，充分考慮知識點的教學序列，消除不符合教學序列的規(guī)則和冗余規(guī)則，有效地減少了規(guī)則數(shù)量，更好地理解了挖掘的關聯(lián)規(guī)則，從而提供符合學生特點的個性化學習策略。

3.4教學資源編輯制作模塊

本模塊主要完成教學素材的編輯與收錄，提供對文本素材、圖像素材、動畫素材、音頻素材、視頻素材等的編輯、剪輯、制作、預覽等功能。還可以從教學資源庫中檢索有用的素材，根據(jù)需求進行完善提高后，再追加為新的教學資源。教師可以從本系統(tǒng)將素材很方便地導入課件制作系統(tǒng)，從而完成教學課件的制作。

3.5課程教案

課程庫中的課程教案通過本模塊展示，重點在于向?qū)W生演示和表達知識，輔助教師傳授知識。課程教案按課程、章、節(jié)劃分，課程與章、節(jié)之間存在層次關系，為能夠適用課程庫中的所有課程，本模塊使用TreeView控件和數(shù)據(jù)庫技術(shù)創(chuàng)建網(wǎng)頁程序中的動態(tài)目錄樹展現(xiàn)課程、章、節(jié)的關系和內(nèi)容，以供學生學習時選擇相關內(nèi)容。這種利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)生成的目錄樹將隨著數(shù)據(jù)源的改變而轉(zhuǎn)換樹結(jié)構(gòu)，避免了靜態(tài)目錄樹下因數(shù)據(jù)源經(jīng)常性改變而不得不頻繁修改程序代碼帶來的麻煩。

4 結(jié)束語

本文介紹了計算機應用技術(shù)專業(yè)教學資源庫教學系統(tǒng)支持平臺的構(gòu)建。多媒體教學資源庫的應用，對于改革教學模式、取得較佳教學效果、推進現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展將起到重要和積極的作用。該系統(tǒng)已在鎮(zhèn)江高等專科學校電子與信息工程系投入使用，運行效果良好。

[1] 袁劍.數(shù)據(jù)挖掘在個性化網(wǎng)絡教學平臺中的應用研究[D].西安:西安電子科技大學，2007:1-2.

[2] 戴心來.面向教育碩士的個性化教育資源平臺的構(gòu)建與技術(shù)實現(xiàn)[J].電化教育研究,2011(1):69-73.

[3] 繆廣寒.關聯(lián)規(guī)則Apriori算法在個性化學習系統(tǒng)中的應用研究[J].硅谷,2014(5):47-48.

[4] 白彥輝.關聯(lián)規(guī)則挖掘在試卷分析系統(tǒng)中的應用[J].內(nèi)蒙古民族大學學報:自然科學版,2012(3):159-161.

[5] 陳世保.一種改進的Apriori算法在試卷評估中的應用研究[J].井岡山大學學報:自然科學版,2012(3):58-62.

[6] 蔣志輝.網(wǎng)絡環(huán)境下個性化學習的模式建構(gòu)與策略優(yōu)化[J].中國遠程教育,2013(2):48-51.

[7] 高江錦.基于數(shù)據(jù)挖掘的個性化網(wǎng)絡教學系統(tǒng)的設計[J].現(xiàn)代計算機,2012(7):44-47.

[8] 韋素云,吉根林,曲維光，等.關聯(lián)規(guī)則的冗余刪除與聚類[J].小型微型計算機系統(tǒng),2006(1):110-113.

〔責任編輯： 盧 蕊〕

DesignanddevelopmentoftheindividualizedteachingsystemsupportplatformofteachingresourcedatabaseforComputerApplicationTechnology

HUANG Li-ming

(Electron and Information Engineering Department, Zhenjiang College, Zhenjiang 212003, China)

This paper introduces the design and realization of the individualized teaching system support platform of teaching resource database for Computer Application Technology. The function modules of the system includes teaching plan, exercise test, question answering, test, and all teaching links. Using the internet platform and the browser software, students can refer to the learning strategies system provided by free and flexible ways to complete all learning tasks of the course and teachers can easily complete all the teaching activities.

teaching resources; teaching system support platform; data mining; personalization

2014-09-20

2012年江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究重點課題(2012-R-22170)

黃力明(1956—)，男，江蘇溧陽人，教授，主要從事智能優(yōu)化算法、聚類分析、數(shù)字圖像處理研究。

TP3

： A

：1008-8148(2015)01-0048-04