基于建构主义的个性化网络教学平台研究.docx
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基于建构主义的个性化网络教学平台研究
基于建构主义的个性化网络教学平台研究
王小军+朱祎
摘要:
本文针对传统网络教学平台中不利于学生自身知识构建的情境,结合建构主义理论提出了个性化网络教学平台模型INLPM模型,并对INLPM模型中各层次功能进行描述和分析,同时对模型中个性化算法、流程和策略进行了分析,最后通过实现该系统验证了INLPM模型的可行性。
关键词:
建构主义;个性化;网络教学平台
TP311.56文献标志码:
B:
1673-8454(2014)13-0087-03
一、前言
教育部在《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》中明确提出“构建继续教育公共服务平台,为学习者提供方便、灵活、个性化的信息化学习环境,促进终身学习体系和学习型社会建设”。
[1]为了实现此规划目标,首先就需要在现有互联网的基础上,构建面向教师和学生、灵活高效的网络教学平台,承载网络教学的功能,才能逐步建设终身学习体系。
目前网络教学的研究分为外延式和内涵式,其中外延式研究基于现代网络通信技术,为网络教学提供载体,内涵式研究基于教育心理学和认知科学,为网络教学提供理论支持,两者的目的都是构建学习个体自身知识结构,形成个体的世界观。
[2]
传统的网络教学过程中,仍然存在教师为主导、教师学生时空分离,学生学习过程难以监督,学习效果依赖集中考核的问题,不利于学生自身知识体系的构建。
[3]建构主义认为只有自己建构的知识,才能成为学习者真正拥有并且能灵活使用的知识,学习者可以通过建构获得真正的技能提高和深层的认知改变,因此基于建构主义的网络教学平台,可以促进网络学习者构建新的知识,完成个体原有知识的同化和顺应。
[4]本文从建构主义理论、平台模型、平台功能、个性化推荐、系统验证五个方面进行说明。
二、建构主义理论
建构主义对人本主义理论和认知心理的优点进行了充分的吸收和提炼,对心理学和教育学都产生了深刻的影响,建构主义理论是网络教学的支撑性理论,可以利用其更好地指导网络教学理论发展和实践。
[5]
建构主义认为个体对客观世界的理解是建立在个体的理解之上,通过对原有知识的改造完成对新的信息加工,学习者根据事物的不同方面建构对事物的理解,因此在网络教学平台中学习者可以通过交流互动的方式,从多个方面更全面更丰富地理解所学内容。
[6]网络教学不仅仅是教师教,学生学的单向知识灌输过程,更应该是学习者新旧知识双向构建的过程。
学习者可以根据自身的经验,对教师提供的知识进行主动的筛选加工和构建,完成自身知识从同化到顺应的质变。
[7]
网络教学过程中,建构主义强调以“学习者”为中心,为学习者提供学习环境支持,因此网络教学平台教学环境设计的过程中要有利于学习者的兴趣爱好、学习风格、感情动机,使得学习者在学习过程中,逐渐的明确学习目标,不断的构建自身的知识结构。
三、平台模型
为了提供较好的网上学习环境支持,根据学习者的专业背景、兴趣爱好,基于建构主义理论提出了如图1所示的个性化网络教学平台模型INLPM(IndividuationNetworkTeachingPlatformModel)。
INLPM模型包括访问层、访问控制层、审计层、网络教学平台、硬件层,可表示为INLPM={Visitors,AccessContral,Audit,NetworkLearningPlatform,Hardware},访问层包括教师学生和管理人员,Visitors={Teachers,Students,Managers}。
访问控制层包括访问控制和负载均衡模块,AccessControl={WebSecurityLoadBalance}。
审计层包括认证和授权模块,Audits={AutlenticationAutlorization}。
网络教学平台以课程为中心,包括课程模块、通用功能模块、系统API接口模块,NetworkLearningPlatform={Courseset,CommonModel,APIinterface},其中课程模块包括课程资源、作业、单元测试、推荐课程、个性化资源,Course={Courseresources,Jobs,Unittest,Recommenderscourses,Recommendersresources},通用功能包括个性化推荐模块、师生互动、报表、系统管理,Commonmodel={RecommenderSystemmodel,Interactionmodel,Reportsmodel,Systemmanagementmodel}。
硬件层提供网络教学平台运行的硬件基础设施包括计算、存储、网络等资源。
四、平台功能
个性化网络教学平台模型INLPM由五个层次构成,其主要功能如下:
(1)用户访问层
给教师、学生、管理人员提供基于Web和移动APP的登录入口,用户可以使用个人电脑或者移动终端登录网络教学平台。
(2)访问控制层
访问控制层提供Web安全防护和负载均衡功能,其中Web安全防护主要提供Web端非授权访问、恶意代码防护、网页防篡改、URL访问控制、文件上传下载控制、关键词过滤等功能,通过Web防护对网络教学平台在应用层提供安全防护保障。
负载均衡功能提供网络教学平台横向的扩展能力,在用户量较大的情况下,为不同的用户选择服务器集群中的不同物理主机提供访问服务,由于网络教学平台中用户需要保持访问状态,采用访问持续性负载均衡策略,可供选择的方法包括,轮询法、最少连接法、响应时间最优法、散列法、链路带宽最优法,鉴于网络教学平台高并发、低带宽的访问特性,建议采用访问保持轮询的负载均衡策略。
(3)审计层
审计层的功能是对访问用户进行认证和授权,用户输入口令后由审计层进行认证,或者由第三方认证系统对用户身份进行认证,确定用户身份后,审计层给用户赋予对应的权限,如教师可以管理所负责的课程、学生可以参与所选修的课程、管理员可以参看报表并对平台进行管理。
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(4)网络教学平台
网络教学平台是整个系统的核心,由课程、通用模块、API接口三个部分组成。
课程是教学环节的基本组成部分,也是获取学分的基本单位,课程教学以周组织教学内容,责任教师按周进行教学进度设计、课程资源的整理提交、作业的布置批阅、单元测试的统计分析、尤其是学生互动环节中的重点难点解答。
学生用户在教务系统中选课后,就可以进入课程进行学习,学生在一周的学习周期中,需要紧跟责任教师的教学进度,包括课程资源的阅读,课程作业的提交,单元测试需要合格,按时参加责任教师组织的双向视频互动交流活动,离线的Mail交互,在线的BBS论坛讨论,在此过程中,考虑到学生学习过程中的群体性,利用个性化推荐方法为学生推荐学习兴趣和风格类似的学生和学习小组,借助站内消息功能,增强平台对学生的粘滞性。
通用模块是对网络教学平台中通用组件的功能集合,包括个性化推荐模块、师生双向视频互动、统计报表、系统管理。
个性化推荐模块根据学生感兴趣的课程和讨论话题,为学生推荐学生和讨论小组,有利于学生个性知识的构建。
师生双向互动模块针对各课程中的重点难点由责任教师通过开设虚拟视频教室,为学生进行解答,该功能作为所有课程的通用功能,需要根据教务信息,兼顾学生选课情况合理地安排活动的时间。
报表功能主要提供对平台用户教学过程的统计,主要关注在线时间、资源数、作业数、访问次数、参与互动等统计信息,统计信息可以衡量责任教师工作量和学生的学习效果。
系统API接口模块是网络教学平台与第三方系统对接的核心模块,与平台对接的系统主要包括认证系统、教务系统、考试系统、招生系统、学工系统、财务系统等其他业务系统。
为了保障系统的开放性和兼容性,API接口模块中对其他第三方系统提供基于XML的WebService的通用接口,方便其他系统调用,提高平台的互操作性。
同时API接口还需要支持针对第三方系统的插件功能,方便调用其他平台的核心功能。
(5)硬件层
硬件层由可扩展的虚拟化硬件平台提供支撑,可以针对网络教学平台的硬件需求提供纵向硬件性能的提升,如内存、虚拟CPU、硬盘空间、网络适配器的增加,也可以通过虚拟化克隆,提供横向的虚拟服务器数量增加,满足网络教学平台各个阶段对硬件的需求,保障平台的平滑升级。
五、个性化推荐
学习者在网络教学平台中的学习过程是构建自身知识的过程,网络教学平台中的教学情境需要适应学生的学习兴趣和风格,可以为学生在课程、学习小组、好友等环节提供丰富的个性化推荐功能,促进学习者对知识的构建。
网络教学平台中个性化推荐功能采用经典的模糊聚类算法FCM(FuzzyC-Means)。
FCM算法通过多次迭代法使得目标函数Jm(u,v)=■■(uik)md(xk,vi)取值最小,迭代过程中,聚类中心Vi和隶属度UiK的更新方法如下:
1.算法流程
(1)算法初始参数设置,聚类中心,V(0)={v(0)1,v(0)2,…,v(0)c},l=0,l为迭代计数,T迭代次数上限,?
藓为目标函数阈值,平滑因子m=2;
(2)更新v(l+1)ik;(3)更新v(l+1)i;(4)如果maxiv(l+1)i-v(l)i<?
藓或者l>T,则停止;否则,l=l+1,跳转
(2)。
2.利用FCM算法给学习者推荐在线好友的流程
(1)在网络教学平台中,抽取学习者相关的关键属性,其中包括学号、性别、籍贯、专业、课程列表、学习小组列表、兴趣爱好、发帖主题、访问列表、在线时间,通过API接口调用教务系统和统计报表系统数据,生成推荐系统的数据源;
(2)对源数据进行归一化操作,统一到同一个度量空间中;
(3)设置算法初始化参数,其中包括聚类中心V、迭代次数l、目标函数阈值?
藓;
(4)FCM算出聚类中心后,形成学习者在线好友推荐的模型,根据被推荐者的采样信息,采用欧几米德距离公式,确定距离最近的聚类中心Vi,因此根据推荐的人数上限p,在Vi中选择p个同类学习者,推荐给被推荐者。
通过在网络教学平台中采用个性化推荐的方法,灵活的根据各类特征信息,给学习者推荐在专业方向、兴趣爱好、学习风格、网络习惯等方向类似的学习者,这将极大地促进学生的互动交流,进一步推荐建构主义理论中网络教学中的实践应用。
六、系统验证
为了验证个性化网络教学平台模型INLPM的功能,采用HPBL460服务器部署了基于VMwareVsphere5.1的虚拟化硬件平台,利用Nginx软件的反向代理功能提供基于轮询策略的负载均衡功能,系统的认证和授权采用CAS(CentralAuthenticationService)实现。
网络教学平台的功能使用ApacheClick的开发框架,实现了以课程为中心按周学时组织的课程资源、作业、单元测试、互动论坛功能,以及系统管理、统计报表以及师生互动功能。
利用网络教学平台中的推荐功能,实现了教学平台中参照专业、课程、兴趣等关键属性好友的推荐,为学习者提供了积极的学习情境,促进学生自我知识的构建。
平台的API接口利用Java实现了WebService功能,并与教务系统和学工系统完成对接。
通过系统功能的实现验证了基于建构主义的个性化网络教学平台构建的可行性。
七、总结
本文针对传统网络教学平台中不利于学生自身知识构建的情境,结合建构主义理论提出了个性化网络教学平台模型INLPM模型,对INLPM模型中各层次功能进行描述和分析,并对模型中个性化算法、流程和策略进行了分析,最后通过系统功能实现验证改模型的可行性,为个性化网络教学平台的构建提供了一种的新思路。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.教育部关于印发《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》的通知[EB/OL].[2012-03-13].
[2]师琳.建构主义视角下的大学英语网络教学生态环境研究[J].
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- 基于 建构主义 个性化 网络 教学 平台 研究