智慧學(xué)習(xí)資源進(jìn)化框架、模型研究

趙玲朗 范佳榮 唐燁偉 龐敬文 鐘紹春

[摘 ? 要] 在智慧教育逐漸普及的背景下，學(xué)習(xí)資源應(yīng)具備共享性、進(jìn)化性、個(gè)性化和智能化等特點(diǎn)，然而當(dāng)前面向智慧學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)資源進(jìn)化無(wú)法自適應(yīng)學(xué)習(xí)者動(dòng)態(tài)調(diào)整的學(xué)習(xí)需求。基于此，文章提出從多目標(biāo)優(yōu)化視角綜合考慮學(xué)習(xí)者個(gè)性化和智慧化學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)資源的多種需求，建立了一種面向?qū)嶋H智慧學(xué)習(xí)場(chǎng)景的學(xué)習(xí)資源進(jìn)化框架和學(xué)習(xí)者—資源多目標(biāo)優(yōu)化模型，依據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平、媒介類型偏好、學(xué)習(xí)內(nèi)容偏好、學(xué)習(xí)時(shí)間預(yù)期等需求，進(jìn)行最優(yōu)化求解;利用智能優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源進(jìn)化過(guò)程中的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

[關(guān)鍵詞] 資源進(jìn)化; 智慧學(xué)習(xí); 進(jìn)化模型; 多目標(biāo)優(yōu)化

[中圖分類號(hào)] G434 ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 趙玲朗（1990—），女，吉林長(zhǎng)春人。博士研究生，主要從事智慧學(xué)習(xí)環(huán)境研究。E-mail：1391127299@qq.com。

一、引 ? 言

新技術(shù)的迅猛發(fā)展，深刻改變了教育形態(tài)，智慧教育成為教育信息化發(fā)展的新趨勢(shì)。智慧教育側(cè)重學(xué)習(xí)者個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式，關(guān)注學(xué)習(xí)者的主動(dòng)發(fā)展和智慧成長(zhǎng)。學(xué)習(xí)資源作為智慧學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的核心要素[1]，我國(guó)教育信息化整體規(guī)劃性指導(dǎo)文件對(duì)其的建設(shè)、開發(fā)和共享都做了強(qiáng)調(diào)。特別是《教育信息化“十三五”規(guī)劃》強(qiáng)調(diào)“激發(fā)教育智慧，不斷生成和共享優(yōu)質(zhì)資源”[2]，《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》要求“形成覆蓋基礎(chǔ)教育階段所有學(xué)段、學(xué)科的生成性資源體系”[3]?？梢姡瑢W(xué)科學(xué)習(xí)資源體系共享已成為我國(guó)教育戰(zhàn)略層面的工作。但是，靜態(tài)的、預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)資源形式較難滿足學(xué)生的智慧發(fā)展，因此，智能時(shí)代對(duì)學(xué)習(xí)資源提出了新的要求，即強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)資源的有機(jī)共享與有效協(xié)調(diào)。因此，本文基于多目標(biāo)優(yōu)化方法，從學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)資源兩個(gè)維度出發(fā)，綜合考慮學(xué)習(xí)需求，基于智能優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)海量資源在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中的高效進(jìn)化。

二、概念解析

（一）智慧學(xué)習(xí)資源

智慧教育是通過(guò)教師智慧教學(xué)引導(dǎo)學(xué)習(xí)者智慧學(xué)習(xí)，發(fā)展師生智慧的過(guò)程。在國(guó)際學(xué)界，大量學(xué)者關(guān)注基于人工智能技術(shù)的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)和開發(fā)，但理論層面的論述相對(duì)較少[4]。國(guó)內(nèi)關(guān)于智慧學(xué)習(xí)的典型論述主要有：（1）將智慧學(xué)習(xí)描述為技術(shù)賦能教育的全新樣態(tài)。從學(xué)習(xí)者、教師和管理者三個(gè)方面闡述，學(xué)習(xí)者能夠基于優(yōu)秀教師的教學(xué)智慧和典型學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，全面培養(yǎng)系統(tǒng)思維和創(chuàng)新能力。教師能夠動(dòng)態(tài)掌握和調(diào)控教學(xué)過(guò)程，依據(jù)學(xué)習(xí)者總體情況調(diào)整教學(xué)安排。管理者能夠全面了解學(xué)校辦學(xué)情況，根據(jù)需要調(diào)整辦學(xué)方案[5]。（2）從學(xué)習(xí)者的角度出發(fā)，關(guān)注學(xué)習(xí)者的智慧培養(yǎng)，即討論如何培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的哪些能力，強(qiáng)調(diào)通過(guò)在情境中體驗(yàn)和創(chuàng)造以及個(gè)性化學(xué)習(xí)等方式，培養(yǎng)學(xué)生合理運(yùn)用知識(shí)的能力和智慧，促進(jìn)各方面綜合發(fā)展[6]。

智慧的培養(yǎng)需要為學(xué)習(xí)者提供開放和按需供給的學(xué)習(xí)資源。楊現(xiàn)民認(rèn)為，智慧學(xué)習(xí)資源是在智慧課堂中，教師圍繞教學(xué)內(nèi)容展開教學(xué)環(huán)節(jié)或活動(dòng)時(shí)所依賴的一種數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，但是它需要兩個(gè)條件，一是為開展高效的智慧教與學(xué)活動(dòng)服務(wù);二是以學(xué)習(xí)者需求為核心[7]。余勝泉認(rèn)為，智慧學(xué)習(xí)資源應(yīng)是一種資源體系，在這種體系中，學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者之間、學(xué)習(xí)者與專家之間建立聯(lián)系，通過(guò)交流與共享，學(xué)習(xí)者能夠持續(xù)地獲得所學(xué)知識(shí)以及知識(shí)的發(fā)展變化[8]。前者強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)資源與學(xué)習(xí)情境、學(xué)習(xí)活動(dòng)的關(guān)聯(lián)性;后者更加關(guān)注學(xué)習(xí)資源與人的聯(lián)通性，反映了知識(shí)的生長(zhǎng)變化是群體智慧的結(jié)晶。從有關(guān)智慧學(xué)習(xí)資源概念的論述中可以看出其泛在性、聯(lián)通與交互性、開放與共享性、進(jìn)化性、個(gè)性化和智能化的特點(diǎn)[9]。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程是由若干個(gè)獨(dú)立知識(shí)點(diǎn)或知識(shí)片段的學(xué)習(xí)組成的。而每個(gè)知識(shí)點(diǎn)或知識(shí)片段的學(xué)習(xí)由不同的學(xué)習(xí)方式來(lái)完成[10]。為了實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)或知識(shí)片段都應(yīng)匹配若干的支撐學(xué)習(xí)資源，供學(xué)習(xí)者選擇。因此，智慧學(xué)習(xí)資源是以知識(shí)組塊之間的內(nèi)在聯(lián)系為客觀依據(jù)，與學(xué)習(xí)層次、方式和興趣愛好相適應(yīng)的驅(qū)動(dòng)任務(wù)、微視頻、學(xué)習(xí)工具等構(gòu)成的資源體系。

（二）學(xué)習(xí)資源進(jìn)化

“進(jìn)化”有事物生長(zhǎng)、變化和發(fā)展之意，最終達(dá)到適應(yīng)環(huán)境的目的。學(xué)習(xí)資源進(jìn)化是指為了不斷適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展、學(xué)習(xí)環(huán)境的變化，滿足學(xué)習(xí)者知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知能力的動(dòng)態(tài)需求，而對(duì)自身內(nèi)容的調(diào)整和完善以及資源內(nèi)外結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[11]，體現(xiàn)了“發(fā)展、變化、適應(yīng)”的核心思想，即發(fā)展性、變化性和適應(yīng)性的特征。從定義中可以看出，資源進(jìn)化的主體是現(xiàn)代智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)資源，是泛在的、聯(lián)通的和交互的。進(jìn)化目的是為了滿足學(xué)習(xí)者的需要，促進(jìn)學(xué)習(xí)者知識(shí)建構(gòu)、能力發(fā)展、智慧學(xué)習(xí)，從而適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境的變化。此外，學(xué)習(xí)資源需要從自身內(nèi)容和內(nèi)外結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面完成進(jìn)化，內(nèi)容的組織與進(jìn)化需要體現(xiàn)群體智慧，通過(guò)交互生成知識(shí)成果，協(xié)同編輯，促進(jìn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的快速更新。結(jié)構(gòu)的組織通過(guò)自然語(yǔ)言處理技術(shù)進(jìn)行實(shí)體命名，通過(guò)知識(shí)融合調(diào)整資源間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

基于多目標(biāo)優(yōu)化的視角進(jìn)行學(xué)習(xí)資源進(jìn)化是在分析傳統(tǒng)視域下學(xué)習(xí)資源進(jìn)化方法和特性的基礎(chǔ)上，綜合考慮學(xué)習(xí)者個(gè)性化和智慧化學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)資源的多種需求，將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)題，建立了一種面向?qū)嶋H智慧學(xué)習(xí)場(chǎng)景的學(xué)習(xí)者—資源多目標(biāo)優(yōu)化模型，通過(guò)學(xué)習(xí)資源群體內(nèi)個(gè)體之間的相互合作與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生的群體智能來(lái)指導(dǎo)資源進(jìn)化，保留滿足學(xué)習(xí)者智慧學(xué)習(xí)需求等多目標(biāo)的資源，淘汰劣質(zhì)資源，促使資源動(dòng)態(tài)進(jìn)化。

三、傳統(tǒng)視域下學(xué)習(xí)資源進(jìn)化方法概述

傳統(tǒng)視域下學(xué)習(xí)資源的進(jìn)化方式，如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)的普及使學(xué)習(xí)者可選擇的學(xué)習(xí)資源非常豐富，在巨大的學(xué)習(xí)資源庫(kù)中實(shí)時(shí)獲取學(xué)習(xí)內(nèi)容和使用相關(guān)的知識(shí)，并在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)創(chuàng)造與共享。通過(guò)在課堂中的自評(píng)、互評(píng)、人機(jī)交互、編輯資源內(nèi)容、發(fā)表評(píng)論等學(xué)習(xí)活動(dòng)，將個(gè)性思想融入群體智慧、學(xué)習(xí)交互、內(nèi)容協(xié)同編輯以促進(jìn)資源的進(jìn)化。

學(xué)習(xí)資源的進(jìn)化體現(xiàn)在內(nèi)容進(jìn)化和結(jié)構(gòu)進(jìn)化兩個(gè)方面。內(nèi)容進(jìn)化是學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中生成階段性成果，依托于智慧學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)外發(fā)布，允許學(xué)習(xí)同伴和教師協(xié)同編輯資源內(nèi)容。學(xué)習(xí)者在參與學(xué)習(xí)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)資源的使用，已經(jīng)形成了一個(gè)微型網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，學(xué)習(xí)者還可以將優(yōu)質(zhì)的課程資源與其他同伴共享，方便學(xué)習(xí)者獲取大量適合自己的課程內(nèi)容，那些不被學(xué)習(xí)者使用的學(xué)習(xí)資源逐漸被淘汰，優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源得到實(shí)時(shí)更新，這個(gè)過(guò)程是學(xué)習(xí)者對(duì)繁雜多樣的資源信息進(jìn)行深度加工并反饋分析，形成所需資源的過(guò)程。

學(xué)習(xí)資源外部結(jié)構(gòu)的進(jìn)化體現(xiàn)在資源間進(jìn)行聚合以建立相似關(guān)系、上下位關(guān)系、前驅(qū)關(guān)系、包含關(guān)系、等價(jià)關(guān)系等語(yǔ)義關(guān)系，形成資源間的邏輯關(guān)系網(wǎng)，使所有的資源都成為資源網(wǎng)的一個(gè)結(jié)點(diǎn)[12]。通過(guò)語(yǔ)義建模等技術(shù)，挖掘?qū)W習(xí)資源中最核心的內(nèi)容和任務(wù)語(yǔ)義關(guān)系。然后，相似資源進(jìn)行關(guān)聯(lián)自動(dòng)形成主題資源群，相同知識(shí)點(diǎn)、相同類型的學(xué)習(xí)資源根據(jù)內(nèi)容進(jìn)化的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，淘汰不符合要求的主題資源群，滿足要求的資源繼續(xù)參與群體智慧的生成和進(jìn)化，達(dá)到成熟的狀態(tài)，并再次按照知識(shí)的內(nèi)在邏輯組成結(jié)構(gòu)化的課程資源群。該類方法不能在資源進(jìn)化過(guò)程中綜合學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力、預(yù)期學(xué)習(xí)時(shí)間、資源偏好等實(shí)際因素。

四、基于多目標(biāo)優(yōu)化視角的智慧學(xué)習(xí)資源進(jìn)化框架

在資源進(jìn)化過(guò)程中，學(xué)習(xí)者需要學(xué)習(xí)的多個(gè)資源需求申請(qǐng)會(huì)同時(shí)發(fā)送到云端服務(wù)平臺(tái)，平臺(tái)在接收到這些學(xué)習(xí)資源需求申請(qǐng)后，將其分解為若干個(gè)資源進(jìn)化的子任務(wù)，綜合考慮多個(gè)學(xué)習(xí)資源需求的子任務(wù)因素。每個(gè)學(xué)習(xí)資源都是以學(xué)科知識(shí)點(diǎn)或特定的知識(shí)組塊為核心，包含了大量的問(wèn)題或任務(wù)，每類資源的進(jìn)化都需要根據(jù)學(xué)習(xí)者解決問(wèn)題或完成任務(wù)的認(rèn)知能力和對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的媒介偏好、內(nèi)容偏好、學(xué)習(xí)時(shí)間來(lái)確定，基于資源進(jìn)化的多個(gè)明確目標(biāo)對(duì)自身內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和完善，資源需求體現(xiàn)在資源進(jìn)化的全過(guò)程中，以滿足學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)資源的動(dòng)態(tài)需求，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的可持續(xù)發(fā)展，為學(xué)習(xí)資源的精準(zhǔn)推薦奠定基礎(chǔ)。從多目標(biāo)優(yōu)化視角出發(fā)，結(jié)合學(xué)習(xí)資源進(jìn)化的內(nèi)涵和特征構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)與進(jìn)化模型的基本框架， 如圖2所示。

為幫助學(xué)習(xí)者達(dá)到智慧學(xué)習(xí)的目的，教師應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)具體的學(xué)習(xí)任務(wù)或活動(dòng)，使學(xué)習(xí)者經(jīng)歷對(duì)問(wèn)題分析以及方案構(gòu)想、抉擇、評(píng)價(jià)、歸納的過(guò)程和序列學(xué)習(xí)活動(dòng)。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)課程中，學(xué)習(xí)者通過(guò)所設(shè)定的點(diǎn)及連接來(lái)檢索資料，學(xué)習(xí)活動(dòng)序列是學(xué)習(xí)資源的組織。因此，知識(shí)點(diǎn)間與學(xué)習(xí)資源間的連接構(gòu)成了學(xué)習(xí)路徑。當(dāng)其在智慧學(xué)習(xí)平臺(tái)中參與學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)者的個(gè)體特征和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)資源進(jìn)化的切入點(diǎn)，平臺(tái)通過(guò)云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)感知學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求，即被學(xué)習(xí)者應(yīng)用的學(xué)習(xí)資源知識(shí)點(diǎn)的難度要適合學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力，學(xué)習(xí)資源所包含的知識(shí)點(diǎn)范圍應(yīng)是學(xué)習(xí)者要掌握的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)資源的媒介類型符合學(xué)習(xí)者的資源偏好，推薦學(xué)習(xí)資源的總學(xué)習(xí)時(shí)間符合學(xué)習(xí)者預(yù)計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)間。這是一個(gè)多目標(biāo)的最優(yōu)化過(guò)程，本質(zhì)是需要滿足認(rèn)知能力目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容需求目標(biāo)、媒介類型偏好目標(biāo)、預(yù)期時(shí)間投入目標(biāo)的最優(yōu)資源進(jìn)化過(guò)程。

進(jìn)化的過(guò)程是以多目標(biāo)為進(jìn)化視角，基于多目標(biāo)差分進(jìn)化算法，通過(guò)群體內(nèi)個(gè)體之間得相互合作與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生的群體智能來(lái)指導(dǎo)資源進(jìn)化，計(jì)算每個(gè)個(gè)體與最優(yōu)個(gè)體適應(yīng)度值的相互關(guān)系，進(jìn)行變異、交叉和競(jìng)爭(zhēng)操作，滿足學(xué)習(xí)者需求等多目標(biāo)的資源向?qū)W習(xí)者個(gè)性化資源群聚合，組成資源間涵蓋核心內(nèi)容和任務(wù)并建立相似上下位、前驅(qū)后繼、包含、等價(jià)等語(yǔ)義關(guān)系的資源群。對(duì)于不滿足當(dāng)前學(xué)習(xí)者需求的資源，則回到原始云平臺(tái)中的資源儲(chǔ)存的位置，為匹配下一個(gè)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求，以進(jìn)行資源進(jìn)化做準(zhǔn)備，或?qū)⒘淤|(zhì)資源淘汰。這個(gè)過(guò)程以滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求為根本點(diǎn)，與其認(rèn)識(shí)水平、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)投入相匹配，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)資源的智慧性。

五、基于多目標(biāo)優(yōu)化的智慧學(xué)習(xí)資源進(jìn)化模型

智慧學(xué)習(xí)資源有機(jī)共享模式包含三部分：資源需求方、資源提供者和云平臺(tái)。資源需求方以學(xué)習(xí)者為主體;資源提供者包括學(xué)校教師、企業(yè)以及學(xué)生，對(duì)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行設(shè)計(jì)、生成和組織;云平臺(tái)響應(yīng)資源需求方的需求申請(qǐng)，利用各種信息技術(shù)進(jìn)行資源共享和進(jìn)化，滿足不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求。學(xué)習(xí)者是教育教學(xué)的主體，其不同程度的投入、認(rèn)知水平的高低以及媒介、內(nèi)容的偏好都會(huì)影響組織學(xué)習(xí)資源進(jìn)行智慧學(xué)習(xí)的效率[13]?；诙嗄繕?biāo)優(yōu)化的智慧學(xué)習(xí)資源進(jìn)化模型主要從學(xué)習(xí)者函數(shù)模型、學(xué)習(xí)資源函數(shù)模型出發(fā)，構(gòu)建最優(yōu)進(jìn)化策略的目標(biāo)函數(shù)，利用一種自適應(yīng)調(diào)整變異率和交叉率的差分進(jìn)化算法實(shí)現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)資源的進(jìn)化。

（一）學(xué)習(xí)者模型

學(xué)習(xí)內(nèi)容是資源設(shè)計(jì)目標(biāo)確立的依據(jù)，根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)任務(wù)和活動(dòng)是對(duì)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行組織，然后獲得滿足學(xué)習(xí)者智慧學(xué)習(xí)的過(guò)程，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程是由若干個(gè)獨(dú)立知識(shí)點(diǎn)或知識(shí)片段的學(xué)習(xí)組成的，也就是由若干個(gè)學(xué)習(xí)資源輔助完成的。為了提高資源進(jìn)化精確度和服務(wù)效率，必須考慮學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)偏好、投入度等核心特征要素。因此，本研究從認(rèn)知能力、媒介類型偏好、學(xué)習(xí)內(nèi)容偏好、學(xué)習(xí)時(shí)間預(yù)期四個(gè)要素建立學(xué)習(xí)者模型。

用Si表示第i位學(xué)習(xí)者。教育的目的是通過(guò)學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)科核心能力。學(xué)習(xí)者的能力需要通過(guò)問(wèn)題解決或任務(wù)完成進(jìn)行刻畫，需要學(xué)科全局性的知識(shí)結(jié)構(gòu)和問(wèn)題體系進(jìn)行支撐，因此，定義第i位學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力為Si-C={C1，C2，C3，…，Cm}，表示m個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)者認(rèn)知能力集合，集合Cm={Cm1，Cm2，Cm3，…，Cmn}表示學(xué)習(xí)者對(duì)第m個(gè)知識(shí)點(diǎn)的n個(gè)資源的認(rèn)知能力;用Si-MP表示第i位學(xué)習(xí)者對(duì)承載特定知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)資源類型的偏好，Si-MP={MP1，MP2，…，MPm}即學(xué)習(xí)者對(duì)第m個(gè)學(xué)習(xí)資源的偏好程度。由于一個(gè)知識(shí)點(diǎn)可能對(duì)應(yīng)多種類型的學(xué)習(xí)資源，因此，集合MPm={MPm1，MPm2，…，MPmn}，MPmn為學(xué)習(xí)者對(duì)第m個(gè)知識(shí)點(diǎn)的第n個(gè)學(xué)習(xí)資源類型的偏好值，n為學(xué)習(xí)資源包含的類型個(gè)數(shù);定義Si-CP為第i位學(xué)習(xí)者所學(xué)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的類型，Si-CP={CP1，CP2，…，CPm}，一個(gè)學(xué)習(xí)資源包含多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，即涵蓋了不同知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的類型，因此，CPm={CPm1，CPm2，…，CPmn}， CPmn為學(xué)習(xí)者對(duì)第m個(gè)知識(shí)點(diǎn)的第n個(gè)內(nèi)容類型的偏好，值用數(shù)學(xué)概率表示;Tj表示學(xué)習(xí)者Si預(yù)計(jì)學(xué)習(xí)某門課程在線資源時(shí)所投入時(shí)間。集合Tl_m={Tl1，Tl2，…，Tl_m}表示第i個(gè)學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)所需的最短學(xué)習(xí)時(shí)間，Tu_m={Tu1，Tu2，…，Tu_m}表示第i學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)第m個(gè)知識(shí)點(diǎn)所需要的最長(zhǎng)時(shí)間。

（二）學(xué)習(xí)資源模型

假設(shè)某一門課程具有m個(gè)學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)有n種學(xué)習(xí)資源。用C_Si表示第i個(gè)學(xué)習(xí)資源。學(xué)習(xí)資源的難度是客觀存在的，應(yīng)符合學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力，因此，定義Si_D為第i個(gè)學(xué)習(xí)資源C_Si的難度，集合Si_D={D1，D2，…，Dm}為第m個(gè)知識(shí)點(diǎn)的難度，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)會(huì)有多個(gè)學(xué)習(xí)資源與其對(duì)應(yīng)，Dm={Dm1，Dm2，…，Dmn}為第m個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第n個(gè)學(xué)習(xí)資源的難度。將特定知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)資源的媒介類型用Si_MT表示，集合MT={MT1，MT2，…，MTm}表示m個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)資源類型。將資源類型={文本文檔、圖片、演示文稿、仿真工具、微課、題庫(kù)}離散化為{1，2，3，4，5}，Tm={MTm1，MTm2，…，MTmn}表示第 m個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第n個(gè)學(xué)習(xí)資源的媒介類型。將知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容類型={知識(shí)類、理解類、應(yīng)用類、分析類、綜合類、評(píng)價(jià)類}離散為{1，2，3，4，5，6}。用Si_K表示某個(gè)學(xué)習(xí)資源所涵蓋的學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，Si_K={K1，K2，…，Kn}，如果K_n=0，第n個(gè)學(xué)習(xí)資源不覆蓋知識(shí)點(diǎn)K，否則為1，涵蓋知識(shí)點(diǎn)K，第m個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第n個(gè)學(xué)習(xí)資源的內(nèi)容類型的集合為KTm={KTm1，KTm2，…，KTmn}。定義Si_T為學(xué)習(xí)資源的預(yù)計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)間，第m個(gè)知識(shí)點(diǎn)的第n個(gè)學(xué)習(xí)資源需要的時(shí)間集合為Tm={Tm1，Tm2，…，Tmn}，值都用實(shí)數(shù)來(lái)表示。

（三）最優(yōu)進(jìn)化策略的目標(biāo)函數(shù)

智慧學(xué)習(xí)資源進(jìn)化的核心在于：學(xué)習(xí)資源所包含的知識(shí)點(diǎn)范圍一定是學(xué)習(xí)者要掌握的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)資源知識(shí)點(diǎn)的難度要適合學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力;學(xué)習(xí)資源的媒介類型和知識(shí)內(nèi)容要符合學(xué)習(xí)者的偏好;學(xué)習(xí)資源的總學(xué)習(xí)時(shí)間符合學(xué)習(xí)者預(yù)計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)間。學(xué)習(xí)資源進(jìn)化方法的本質(zhì)在于需要滿足以上基本條件的最優(yōu)化策略選取，即是一個(gè)多目標(biāo)的最優(yōu)化問(wèn)題[14]。設(shè)變量Xmn，如果學(xué)習(xí)資源C_Si被選中進(jìn)行進(jìn)化，則Xmn=1;否則為0。

學(xué)習(xí)資源的難易度要盡量符合學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力，根據(jù)約束條件，構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)F1，見式（1）。其中，N表示一門課在線學(xué)習(xí)資源的數(shù)目，M表示課程所具有的知識(shí)點(diǎn)數(shù)目。Cmn表示學(xué)習(xí)者對(duì)第m個(gè)知識(shí)點(diǎn)的n個(gè)資源的認(rèn)知能力，Dmn表示第m個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第n個(gè)學(xué)習(xí)資源的難度，用F1函數(shù)計(jì)算學(xué)習(xí)者對(duì)資源的學(xué)習(xí)理解力與其難度之間的平均特征差異，表征該學(xué)習(xí)資源的難度是否滿足學(xué)習(xí)者具有的認(rèn)知能力。

（四）基于多目標(biāo)差分進(jìn)化的學(xué)習(xí)資源進(jìn)化

1. 相關(guān)參數(shù)的確定

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者會(huì)學(xué)習(xí)各種不同的學(xué)習(xí)資源，從而產(chǎn)生大量的學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源的交互關(guān)系，一個(gè)學(xué)習(xí)者會(huì)選擇多種學(xué)習(xí)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)。因此，學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源是一對(duì)多的關(guān)系。智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下的學(xué)習(xí)資源進(jìn)化需要滿足學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求，幫助學(xué)習(xí)者建立完整的知識(shí)體系和知識(shí)結(jié)構(gòu)。一門課程有M個(gè)知識(shí)點(diǎn)，具體分布在每個(gè)章節(jié)中，且相互之間存在前驅(qū)后繼、父子兄弟等關(guān)系，因此，M個(gè)知識(shí)點(diǎn)是一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)。而各資源間通過(guò)知識(shí)間的邏輯網(wǎng)絡(luò)也可以建立聯(lián)系，能夠反映資源與知識(shí)以及知識(shí)本身的結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系。

在一個(gè)課程的知識(shí)邏輯網(wǎng)絡(luò)中，以核心知識(shí)點(diǎn)或知識(shí)組塊為資源關(guān)聯(lián)的結(jié)點(diǎn)，一個(gè)核心知識(shí)點(diǎn)或知識(shí)組塊存放各種格式的學(xué)習(xí)資源，包括PPT、Word文本格式、視頻格式、動(dòng)畫Flash格式、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)工具等，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)邏輯組織結(jié)構(gòu)圖，這樣就可以基于知識(shí)點(diǎn)的邏輯順序遍歷學(xué)習(xí)資源的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。當(dāng)學(xué)習(xí)者在知識(shí)點(diǎn)邏輯組織結(jié)構(gòu)圖中點(diǎn)選學(xué)習(xí)內(nèi)容，智慧學(xué)習(xí)平臺(tái)將自動(dòng)記錄下點(diǎn)選的所有學(xué)習(xí)資源和對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，以及每個(gè)編號(hào)的學(xué)習(xí)資源的難度Si_D、媒介類型Si_MT、知識(shí)點(diǎn)類型Si_K和預(yù)計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)間Si_T;學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力、資源偏好、知識(shí)點(diǎn)偏好應(yīng)當(dāng)基于平臺(tái)數(shù)據(jù)并通過(guò)大數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)分析技術(shù)獲得，預(yù)計(jì)投入的學(xué)習(xí)時(shí)間由學(xué)習(xí)者自主定位以完成數(shù)據(jù)的確定。

2. 基于多目標(biāo)差分進(jìn)化的學(xué)習(xí)資源的最優(yōu)進(jìn)化

根據(jù)式（5），學(xué)習(xí)資源的最優(yōu)進(jìn)化問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為基于約束條件的最優(yōu)化求解問(wèn)題[16]。差分進(jìn)化算法主要包括初始化、交叉、變異和選擇等步驟。通過(guò)群體內(nèi)個(gè)體之間的相互合作與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生的群體智能來(lái)指導(dǎo)資源進(jìn)化，從隨機(jī)產(chǎn)生的初始種群開始，根據(jù)每個(gè)個(gè)體與最優(yōu)個(gè)體適應(yīng)度值的相互關(guān)系，自動(dòng)調(diào)節(jié)變異算子值，在變異、交叉和競(jìng)爭(zhēng)之后，保留滿足學(xué)習(xí)者需求的多目標(biāo)的資源，淘汰劣質(zhì)資源，不斷向最優(yōu)資源進(jìn)化。

對(duì)第α個(gè)個(gè)體Xmn隨機(jī)生成的0或1進(jìn)行賦值，初始化參數(shù)，生成初始種群X（0），將最終的目標(biāo)函數(shù)F作為適應(yīng)度函數(shù)，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值。迭代次數(shù)，對(duì)種群中個(gè)體α由1開始編號(hào)，以1號(hào)資源個(gè)體為研究對(duì)象。在資源進(jìn)化開始階段，較大的變異率F可有效阻止進(jìn)化過(guò)程陷入局部最優(yōu)解。后期較小的變異率能提高尋優(yōu)速度[17]。用FnE+1表示子代資源個(gè)體變異率，F(xiàn)nE表示父代資源個(gè)體變異率，μH、μL表示自適應(yīng)的上下限，θn表示父代個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，自適應(yīng)調(diào)整函數(shù)和自適應(yīng)變異率如下：

通過(guò)上述方式，根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求可實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的動(dòng)態(tài)進(jìn)化，縮小資源進(jìn)化的范圍，節(jié)省運(yùn)算時(shí)間。基于此，結(jié)合個(gè)性化學(xué)習(xí)者模型、資源關(guān)聯(lián)分析模型等，采用情境感知算法，識(shí)別學(xué)習(xí)者當(dāng)前的學(xué)習(xí)情境，定位當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容，在資源完成進(jìn)化后，將符合情境和自身學(xué)習(xí)需求的學(xué)習(xí)資源以恰當(dāng)?shù)姆绞胶蜁r(shí)機(jī)推薦給學(xué)習(xí)者。

六、結(jié) ? 語(yǔ)

為幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)行個(gè)性化和自適應(yīng)學(xué)習(xí)，本文提出基于多目標(biāo)優(yōu)化視角的學(xué)習(xí)資源進(jìn)化框架和模型，通過(guò)學(xué)習(xí)者模型和資源模型，構(gòu)建認(rèn)知能力、媒介類型偏好、學(xué)習(xí)內(nèi)容偏好、學(xué)習(xí)時(shí)間預(yù)期需求四個(gè)目標(biāo)函數(shù)，將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)尋優(yōu)的問(wèn)題，試圖從多目標(biāo)優(yōu)化的視角探索新型的資源支持智慧學(xué)習(xí)的服務(wù)模式。目前，模型的研究尚處于初始探索階段，下一步的工作是對(duì)模型進(jìn)行完善，并應(yīng)用到實(shí)踐中以檢驗(yàn)其有效性。

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