網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

巫丹

（湖南信息學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410151）

1 引言

信息技術(shù)的普及、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，在網(wǎng)絡(luò)終身學(xué)習(xí)和在線教育中為人們提供了更廣闊的平臺(tái)，遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)系統(tǒng)得到了發(fā)展，受到了人們的認(rèn)可和關(guān)注[1]。傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法在地域和時(shí)間上受到了限制，遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)突破了地域和時(shí)間的限制[2]?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展擴(kuò)展了學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)中的學(xué)習(xí)途徑和平臺(tái)，遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。各院校對(duì)英語(yǔ)學(xué)習(xí)的重視程度不斷提高，借助第三方公司或通過(guò)自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)類型不同的多種英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)，得到了廣泛的應(yīng)用[3]。在線協(xié)作學(xué)習(xí)在信息時(shí)代社會(huì)中根據(jù)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)獲得了全新的思路，為實(shí)現(xiàn)協(xié)作、開(kāi)放、自主、交互、共享學(xué)習(xí)平臺(tái)提供了支持。因此研究英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法具有重要的現(xiàn)實(shí)和理論意義[4]。當(dāng)前英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在系統(tǒng)安全性低和學(xué)習(xí)效率低的問(wèn)題，需要對(duì)英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。

文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)的智能學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)由手機(jī)、單片機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)模塊、服務(wù)器組成，使用相應(yīng)的通訊協(xié)議將各部分連接起來(lái)成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，通過(guò)短信提醒，對(duì)手機(jī)進(jìn)行物理隔絕，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的儀式感等方法幫助學(xué)生戒掉"手機(jī)依賴癥"，同時(shí)也能幫助學(xué)生逐漸養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。但是該系統(tǒng)不能明確的劃分用戶的權(quán)限，導(dǎo)致系統(tǒng)安全性較低。文獻(xiàn)[6]針對(duì)大學(xué)英語(yǔ)四六級(jí)學(xué)習(xí)及考試特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于智能手機(jī)的英語(yǔ)輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)，利用碎片化學(xué)習(xí)的特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)包括：?jiǎn)卧~學(xué)習(xí)模塊、聽(tīng)力學(xué)習(xí)模塊、閱讀和寫作模塊、考試指南和學(xué)霸秘籍模塊以及寓教于樂(lè)模塊，通過(guò)應(yīng)用效果調(diào)查，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為大學(xué)英語(yǔ)學(xué)習(xí)提供了幫助。但是該系統(tǒng)不能為學(xué)生推薦合適的學(xué)習(xí)資源，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效率較低。

為了解決上述系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下設(shè)計(jì)英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)。

2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)流的處理對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，包括查詢結(jié)果返回模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、功能模塊。英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的總體包括系統(tǒng)管理模塊、用戶登陸模塊、在線答疑管理模塊、在線考試管理模塊和課程資源管理模塊等，各模塊之間相輔相成，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

學(xué)校內(nèi)存在的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器通過(guò)封閉的服務(wù)器機(jī)房進(jìn)行集中管理，確定穩(wěn)定性和高性能是設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的原則[7]。決定系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的主要因素包括網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、軟件架構(gòu)、服務(wù)器硬件性能和程序算法，網(wǎng)絡(luò)帶寬利用防火墻外部存在的路由器進(jìn)行劃分。

由多臺(tái)服務(wù)器構(gòu)成英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的虛擬化服務(wù)器，并將對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)布置在虛擬服務(wù)器中，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與虛擬服務(wù)器進(jìn)行對(duì)接。管理服務(wù)器的主要任務(wù)是管理英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中的服務(wù)器，根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求動(dòng)態(tài)調(diào)整虛擬服務(wù)器的磁盤空間、內(nèi)存和CPU等資源。

2.3 功能模塊設(shè)計(jì)

(1) 課程資源管理模塊

課程資源管理模塊是一種功能管理模塊主要包括相關(guān)教學(xué)資料和教師上課課件，學(xué)生可以通過(guò)英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)在線查看由教師上傳的課程資源信息，具有在線學(xué)習(xí)的功能[8]，圖2為英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)課程資源管理模塊的流程圖。

(2) 在線考試管理模塊

教師可以通過(guò)英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中的在線考試管理模塊考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，通過(guò)在線考試的模式評(píng)價(jià)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況，在線考試過(guò)程中所用的試卷都是由教師所出。根據(jù)學(xué)習(xí)的課程，學(xué)生在英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中選擇對(duì)應(yīng)的試卷。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)交卷后，系統(tǒng)根據(jù)正確答案進(jìn)行評(píng)分，并將評(píng)分結(jié)果在顯示界面中顯示出來(lái)，在線考試管理模塊在英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中的工作流程如圖3所示。

(3) 在線答疑管理模塊

在線答疑管理模塊的主要功能是在英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中為教師和學(xué)生提供交流平臺(tái)，在英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中，學(xué)生可以將在線學(xué)習(xí)過(guò)程中以及自己不會(huì)的問(wèn)題向老師提出，教師在在線答疑模塊中為學(xué)生解答，其工作流程如圖4所示。

(4) 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理員通過(guò)系統(tǒng)管理模塊對(duì)英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行管理。在系統(tǒng)管理模塊中，管理員首先需要判定用戶對(duì)應(yīng)的權(quán)限，根據(jù)英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)和需求分析，通過(guò)登陸管理員賬號(hào)進(jìn)行操作。系統(tǒng)管理模塊在英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中的工作流程如下：

(5) 用戶登陸模塊

用戶登陸系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)各種功能操作的前提，所以操作各種功能模塊的基礎(chǔ)是用戶登陸系統(tǒng)。在英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)用戶登陸模塊時(shí)，主要包括密碼驗(yàn)證、用戶賬號(hào)驗(yàn)證。英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)面對(duì)的主要對(duì)象是學(xué)生和教師，但登陸英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)時(shí)，學(xué)生和教師的登陸過(guò)程都是相同的。根據(jù)普通軟件密碼、賬號(hào)身份驗(yàn)證的特點(diǎn)，結(jié)合英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的實(shí)際情況，得到工作流程圖，如圖6所示。

3 學(xué)習(xí)推薦算法

設(shè)U代表的是用戶集；T代表的是用戶資源標(biāo)簽集；C代表的是用戶訪問(wèn)事物集。

在用戶資源標(biāo)簽集T的基礎(chǔ)上對(duì)用戶u每個(gè)標(biāo)簽出現(xiàn)的次數(shù)Tu，k以及在英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中出現(xiàn)的總次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，設(shè)Φu(k)代表的是狀態(tài)對(duì)應(yīng)的特征向量，其計(jì)算公式如下：

式中，M代表的是用戶總數(shù)；xu，k描述的是用戶u對(duì)應(yīng)的第k個(gè)標(biāo)簽在英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中存在的次數(shù)。

利用用戶資源標(biāo)簽集T對(duì)資源標(biāo)簽在系統(tǒng)中出現(xiàn)的總次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。根據(jù)在用戶u訪問(wèn)集合的基礎(chǔ)上對(duì)其標(biāo)簽出現(xiàn)的總數(shù)Nj進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中Nj描述的是用戶ut在英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中被用戶u訪問(wèn)時(shí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽j在英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)中出現(xiàn)的總數(shù)。

按照時(shí)間從近到遠(yuǎn)的順序?qū)τ脩魎在用戶訪問(wèn)事物集C中進(jìn)行排序，獲得排序結(jié)果，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置時(shí)間衰減因子，并設(shè)置初始函數(shù)值為零。用戶標(biāo)簽向量與初始用戶值函數(shù)的每一維權(quán)值均設(shè)置為零。

用戶u的學(xué)習(xí)向量根據(jù)排序結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)，根據(jù)用戶u每一時(shí)刻i+1 訪問(wèn)的資源a，獲取資源a 的變遷集合。設(shè)代表的是用戶值函數(shù)，其計(jì)算公式如下：

式中，Wi描述的是第k維標(biāo)簽在處理完用戶第i+1步訪問(wèn)數(shù)據(jù)后對(duì)應(yīng)的權(quán)值。

根據(jù)式(2)的計(jì)算結(jié)果，通過(guò)下式更新資源at中存在的標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的權(quán)值：

精簡(jiǎn)資源集合，當(dāng)資源出現(xiàn)在待預(yù)測(cè)用戶歷史訪問(wèn)記錄中時(shí)，刪除該資源，利用剩下的資源構(gòu)成候選資源集。

針對(duì)任何一個(gè)候選資源，用戶對(duì)其級(jí)別進(jìn)行評(píng)分，計(jì)算當(dāng)前需要預(yù)測(cè)用戶s與訪問(wèn)過(guò)用戶si之間的相似度，結(jié)合用戶s最近鄰用戶評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)資源獲得的實(shí)際分?jǐn)?shù)，對(duì)資源a的分?jǐn)?shù)per(s，a)進(jìn)行預(yù)測(cè)，per(s，a)的表達(dá)式如下：式中，sim(si，s)描述的是用戶s與用戶si之間存在的相似度；(si，s)描述的是訪問(wèn)過(guò)資源a 的用戶與s最近鄰用戶之間的相似度和。

根據(jù)推薦分?jǐn)?shù)per(s，a)的計(jì)算結(jié)果排序候選集中存在的資源，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的推薦。

4 實(shí)驗(yàn)與分析

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的整體有效性，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，本次測(cè)試的Web 服務(wù)器為Tomcat6．0，處理器為Intel Core i3-2310M CPU@2．10GHz，數(shù)據(jù)庫(kù)為SQL Server 2005，操作系統(tǒng)為Windows 7。分別采用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)、文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)的智能學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)和文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)的基于智能手機(jī)的英語(yǔ)輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比三種系統(tǒng)的安全性，測(cè)試結(jié)果如下：

分析圖7可知，在多次迭代中，本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的安全性均高于文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)的安全性，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)管理模塊，在系統(tǒng)管理模塊中設(shè)置了用戶的權(quán)限，包括管理員、學(xué)生和教師的權(quán)限，提高了英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的安全性。

遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的基本功能是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，分別采用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)、文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，讓學(xué)生通過(guò)上述系統(tǒng)學(xué)習(xí)相同知識(shí)，對(duì)比學(xué)生學(xué)習(xí)所用的時(shí)間，測(cè)試結(jié)果如下：

由圖8中的數(shù)據(jù)可知，學(xué)習(xí)相同知識(shí)，本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)時(shí)間在多次迭代中均低于文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)的學(xué)習(xí)時(shí)間，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)通過(guò)學(xué)習(xí)推薦算法為學(xué)生推薦合適的學(xué)習(xí)資料，并通過(guò)在線檢測(cè)和在線答疑提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，縮短了學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)所用的時(shí)間，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

在英語(yǔ)教育行業(yè)中信息化技術(shù)的應(yīng)用逐漸變多，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展。當(dāng)前英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)存在系統(tǒng)安全性低和學(xué)習(xí)效率低的問(wèn)題，本文提出并設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)管理模塊設(shè)置用戶權(quán)限，提高英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的安全性，通過(guò)學(xué)習(xí)推薦算法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，解決了當(dāng)前系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，為英語(yǔ)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。