基于.NET的自适应学习系统的设计与实现

马容生

（柳州职业技术学院 信息工程系，柳州 545006）

0 引言

在知识“爆炸性”增长的当今时代，各国教育的改革均把着眼点和立足点放在培养学生的素质、提高学生的能力上，由于学习者学习基础参差不齐，在学习的方法、能力、进度和效率上各有不同，这就决定了对于不同的学生教学过程、教学方法以及教学内容都应有所区别。传统的以课堂教学为主、面对面的教学模式因为受到时间和空间等诸多因素的限制，已日渐不能满足知识更新极快的现代教育发展的需要，而基于Web的远程教育采用异步交互学习方式，具有时空自由、资源共享、系统开放、便于协作等优点，打破了教育的时空限制，满足了学习的多媒体化需求，向学生提供开放式、自主式的虚拟学习环境。

1 .NET简介

Visual Studio.NET是Microsoft公司推出的具有战略性发展的新一代开发平台，它将Microsoft公司所有编程语言的开发环境统一起来，可以创建、配置和运行Web应用程序和XML Web Service。在.NET框架中，所有的编程语言编写的程序都将生成托管代码，并且可以一次编写，随处运行。用.NET开发环境创建的Web应用程序和XML Web Service具有安全性、可伸缩性、高可用性以及与设备无关性的特点，通过使用XML Web Service，应用程序可以共享数据并调用其它应用程序。为此，我们在研究.NET平台支撑技术的基础上，结合SQL Service数据库系统，开发出基于.NET的自适应学习系统，给学习者创造一个良好的学习环境。

2 基于.NET的自适应学习系统总体设计

2.1 系统设计目标

基于.NET的自适应学习系统其总体目标为：在研究个性化网络多媒体教育关键技术的基础上，实现个性化、自适应的web学习环境。它集课程构建和学习、考试和测验、个性化学习策略和评估等功能为一体，为通过Internet学习的用户构建了功能完备，体现个性化特征的学习平台。

2.2 系统学习机制

自适应学习系统采用B/S模式构建，如图1所示。系统分为前台和后台，前台主要提供给学生进行学习，学生可依据自己的水平和需求选择相应的学习模式：知识点学习和案例学习。每次学习过程结束都会进入测试或考试模块，系统自动根据测试成绩对学习的状况进行评估，给学生提供下一步学习的参考学习策略。后台主要提供给教师进行常规的数据维护，包括对学生信息、教师信息、知识库、试题库、出题策略库、学习策略库等的数据的增减、修改、保存等。

2.3 系统功能结构

自适应学习系统其功能模块主要包括知识学习系统、测验考试系统、学习策略决策系统和数据维护系统四大功能模块,如图2所示：

1）知识学习系统提供学生进行学习的资源。它包含知识点学习和案例学习两种学习方式以及相关的练习和模拟实验。在知识点学习模式下，学习内容的组织由一系列相对独立而同时又具有内在联系的知识点组成，每个知识点都包含与本知识点相关的文本、图形图象、动画、视频等资源，学生可按传统学习方式进行学习；对于案例学习模式，模拟真实的实验环境，演示各种典型案例及其操作步骤，同时配以文字说明，学生可在观摩案例演示的基础上，自已动手进行实验，并对实验进行相关扩展。两种学习模式可以随时转换，互为补充。

2）测验考试模块的主要功能是对学生已学过的知识进行测试（针对知识点）或考试（针对整门课程），从而获得学生对所学知识的掌握情况。在这个模块中主要解决的是试题的抽取、试卷的组卷、试卷收集以及考试成绩分析等功能。

3）学习策略决策模块主要对学习的个性化信息进行分析与管理，向不同学生呈现不同的学习策略。当学生首次注册时，通过预先设定的测试，了解学生对本课程知识的掌握情况，从而安排学生对本课程的学习计划。在后续的学习过程中，通过对学习日志中所学知识点、访问时间频率、访问时间段、停留时间、访问行为等进行动态分析，了解学生的学习进程，而通过测试结果的分析，了解学生的学习效果，从而制定相应的学习策略，安排学生下次学习的内容。

图1 自适应学习系统

图2 自适应学习系统的功能模块

关的表，如：组卷策略表、学习策略表、学习日志表等

3 系统关键技术及实现

3.1 组卷策略的自适应调整

测试卷的自适应组卷策略是指在测试的实施过程中，根据每一位学生在学习过程中的实际水平自动调节一份试卷中试题的类型、数量和难度，为每位学生提供与学生能力相适应的测试试卷。

针对各知识点的要求，把单知识点组卷策略按由易到难分为多个级别，事先存储在组卷策略库中。学生首次进行测试时任选一个组卷策略，并将组卷策略及学生的测试成绩保存到学习日志中。当学生对同一知识点进行多次测试时，若上

2.4 数据库设计

在整个学习系统中包括了四个数据库，分别为：学习库、知识库、试题库和策略库。1）学习库中主要包含与学生相关的信息表，如：学生基本信息表、学生学习情况表、学生测试情况表等。2）知识库中主要包含与课程、案例相关的信息表，如：知识点表、知识点关联表、案例表、知识点案例关联表等3）试题库中主要包含与试题相关的表，如：试题表、试题知识点关联表、试题答案表等4）策略库主要包含与系统策略相次测试没有达到学习标准，选择低一级难度的组卷策略。若上次测试达到学习标准，则可选择高一级难度的组卷策略。

表1 某单知识点的多级组卷策略

由于不同的组卷策略选取的题目难度不同，学生测试所得分数的比重也不相同，因此在计算学习测试成绩时应将学生测试所得分数乘以组卷策略对应的分数因子，才是学生真正的测试成绩。

3.2 试题难度系数的自适应调整

试题难度系数可由教师根据经验在录入时进行设定。此后可根据试抽题次数及学生答题正确的次数自动调整试题的难度系数。

设某试题难度系数分为 E 级，设定该试题抽取数达到n后对其难度系数进行调整，则该试题在达到抽取题数n的正确率p为：

其中，nA为累计正确答题的次数，n为试题的抽取次数。

若在n次答题后学生答题的正确率在30%-80%的范围之内，此时该题目的难度系数比较合适，否则需要调整其难度系数的值。调整方法为：

若p＜0.3，题目较难，难度系数E+1若p＞0.8，题目较容易，难度系数E-1每次难度系数调整过后，我们均将试题的抽取次数和正确答题的次数的值做清0处理。

随着考试次数的增加，本系统靠自学习不断调整试题的难度系数，使其能够适应考试群体的变化。

3.3 学生学习策略的自适应调整

在学习系统中，对每个学生我们将应学的知识点按知识点之间的联系进行动态拓扑排序，根据学生对知识点的掌握情况确定在拓扑序列中各知识点的状态，确定该学生的学习策略。

设所有知识点为Z0，Z1，…，Zn，知识点Zi对应的状态为Ri，对应测试成绩为Ti，则：

1）学生初始登陆后，创建学习拓扑序列S，将初设的知识点Z0加入到T中，R0＝0。

2）若对S中的任一ZI，都有Ri≠0，则学生已学完所有知识点，可以进行课程考试。否则将S中所有R≤0的知识点按拓扑序列呈现给学生，由学生自由选择其中之一进行学习。

3）设学生选择Zm进行学习后，测试成绩为Tm，则：

若Tm≥60，修改Rm＝－1,并将Zm的所有直接后继加入到S中，同时将所有加入结点的R值置为0。若Tm≥80 ，修改Rm＝1。

若Tm＜60且测试次数达五次以上，则在S中找到Zm的所有前导知识点，并将这些知识点的R置为－1。

4）返回 2。

通过以上的算法，就可以自适应地针对学生对知识掌握程度，向学生呈现个性化的教学内容，保证了学生对每一个教学内容的掌握。

4 结束语

根据以上系统分析,我们采用Visual Stodio.NET 2005设计平台+ SQL SERVER 2000 数据库作为系统开发环境,开发出《Visual Basic程序设计》自适应学习系统，并在教学中加以应用，学生学习成绩普遍有所提高，师生反映良好。基于.NET的自适应学习系统是一种新的教学模式，有着较高的研究价值。今后除了根据学生每次学习测试的结果来确定其掌握知识点的情况来对应调整学习策略外，还可以收集、整理学习过程中产生的各类信息如学习时间，学习内容、学习频度，学习习惯、学习效果等，采用统计学、模糊数学、控制科学中的相关理论和算法进一步实现对学习数据的挖掘，自动获取学习过程中的动态信息，并以此对学习策略进行自适应调整，让学生更好地完成学习目标。

[1] 丛春瑜, 刘家勋, 于滨.一个基于Web的自适应学习系统[J].微型电脑应用, 2004.2(9).

[2].王华波,朱亚平,王经.基于Internet的自适应测试系统的设计和开发[J].实验室研究与探索, 2005.24(5).

[3].李一波,张溶溶.试题得分概率和答题时间概率分布自适应学习整定[J].计算机工程与应用, 2005,17.

[4].程静, 杨明, 邱玉辉.基于知识点对象的个性化学习系统实施[J].西南师范大学学报(自然科学版), 2006.31(5).