本发明涉及互联网教育领域，具体涉及基于知识网络的以用户为中心的教学资源组织与服务系统，将教学资源精准服务不同角色的用户。
背景技术：
在线教育将传统教育与移动互联网结合起来，突破时空限制，灵活获取知识，在线教育的发展逐步增长。如今，大部分慕课(mooc)和微课(spoc)教育平台，虽能够克服传统教育模式的一些缺陷，但仍未能解决很多传统教育的问题；例如，学生的自学能力有高有低，尤其是低年级学生，自学能力不够，对知识的掌握、学习方法、学习计划缺乏整体的了解，很容易出现学习方法效率低、学习方向出现错误等情况。mooc未能站在用户角色的角度思考并结合用户角色的特点，为他们推出符合用户角色特点的系统服务。对于学生，现有在线教育系统只提供课程学习，缺少对学生学习情况的统计与反馈。而家长也不能通过系统关注孩子的学习情况。
技术实现要素：
针对现有技术所存在的技术问题，本发明提出基于知识网络的以用户为中心的教学资源组织与服务系统，有效组织并精准分发教学资源给不同角色的用户，针对不同角色用户的主要特点与需求，完成教学资源的组织与表达，解决在线教育中教师不能因材施教、学生学习效率低的问题，针对用户特性需求，实现了教学资源对不同用户角色进行表达，以及将教学资源在不同用户之间的传递与表达。
本发明采用以下技术方案来实现：基于知识网络的以用户为中心的教学资源组织与服务系统，包括从下往上架设的持久化层、服务层和接口层；其中持久化层包括缓存和数据库连接层，通过数据库连接层与数据库连接，通过缓存与服务层连接；服务层包括知识网络地图模块、用户模块和教学资源支撑模块，用户模块分别与知识网络地图模块、教学资源支撑模块连接；接口层包括权限监控过滤器和请求派发器，权限监控模块与服务层连接，请求派发器用于接收用户的请求，并对请求进行派发；
用户模块用于管理和维护不同用户的个人信息及不同用户间的交互与业务需求关系；知识网络地图模块用于构建基于知识点的三维网状图形结构，形成知识网络；教学资源支撑模块负责教学资源的存储和管理，支撑教学资源在不同用户之间的组织与表达。
优选地，所述用户模块中，用户包括：
(1)系统管理员：负责系统维护、用户管理、资源管理；
(2)知识网络管理员：负责知识网络的构建、维护与管理工作，负责教学资源与知识点、知识子网及知识点簇的关联映射的审核工作；
(3)资源提供者：为知识网络提供基于知识元的教学资源；
(4)教师：负责创建课程，根据课程的所有学生或者针对单个学生的学习情况，根据教学大纲、教学雷达图推荐教学资源；
(5)家长：负责监督学生学习，根据学生学习情况推荐教学资源，以及购买教学资源供学生学习；
(6)学生：通过知识网络地图模块中自己的学习雷达图获取教学资源进行学习，获取教师或家长推荐的教学资源，学习后将自动反馈学习效果给给教师与家长。
上述资源提供者在已构建好的知识网络地图模块中，以知识元为单位，构建教学资源并将教学资源按照复合型教学资源或扩展教学资源进行归类，提交给知识网络管理员审核后，纳入到系统教学资源中；教学资源与其对应的知识元关联存储。
所述知识网络地图模块存储并管理系统上的知识点，构建和维护知识网络地图，并在知识网络中标注知识元；知识网络地图模块用于记录学生的学习情况，再结合学习相同知识点的其他学生的学习情况，分析学生的学习能力，并根据学习的知识点情况，分析出漏学、薄弱的知识点。
所述教学资源支撑模块根据以下方面推荐教学资源：
(1)按照教学进度：列举课程所有学生或学生组薄弱的知识点，再根据教师的教学计划和教学雷达图，优化选择教学资源；
(2)按照学生学习雷达图：教师获取课程中所有学生的学习雷达图，比较学习雷达图中知识点的覆盖程度，对于在教学计划中而覆盖较少的知识点，强化相关知识点学习，推荐配套教学资源；
(3)按照知识点掌握程度：对于要求重点掌握的知识点，读取学生的学习雷达图，分析学生总体的掌握程度，掌握程度较低则给出对应的教学资源进行巩固；如果掌握程度较高，根据教学进度调整，推荐下一步学习的知识点或继续增强这部分知识点。
按照教学进度进行教学资源推荐时，当教学进度缓慢，则推荐下一阶段学习的基础知识点，推荐与这部分知识点关联性高的教学资源；如果教学进度较快，则推荐薄弱知识点相关的教学资源，巩固学生的基础知识。
在本发明技术方案中，教学资源组织以知识网络的知识元为基础，提供方便用户选择并自动推荐针对性教学资源给其他相关用户的机制。资源提供者为基于知识网络的在线教育系统提供精准教学资源；系统按照知识网络的结构，以知识元为单位组织、存储教学资源；教师在教学过程中，依据其教学大纲及教学雷达图，以班级或者教学组为单位获取并精准推荐教学资源给学生与家长；家长可根据老师推荐的教学资源、其孩子的个人学习情况、孩子掌握的知识子网及教学要求雷达图，获取并推荐教学资源给自己的孩子(即学生)；学生获取教师或家长推荐的精准教学资源后展开学习；系统可在学生学习后给教师或家长提供自动反馈。本系统针对用户特性需求，实现教学资源对不同用户角色进行表达，并实现教学资源在不同用户之间的传递与表达。与现有技术相比，本发明取得的技术效果包括以下：
1、本发明基于知识网络，以用户角色为中心进行教学资源组织与服务，将精准在线学习系统的教学资源管理围绕着知识网络管理员、学习者、老师、家长和资源提供者不同角色的需求有机地组织起来，实现教学资源精准、按需、自动地服务具体用户的需求。有效组织并精准分发教学资源给不同角色的用户，针对不同角色用户的主要特点与需求，完成教学资源的组织与表达，解决在线教育中教师不能因材施教、学生学习效率低的问题。
2、本发明充分考虑用户的角色、特点和需求，设计一个以用户角色为中心的教学资源组织与服务系统；利用系统的知识网络，教师可根据基于知识网络的教学雷达图、教学大纲、班级或单个学生的具体学习情况针对性地推荐教学资源，学生接收推荐的教学资源并展开学习，学生学习后系统向教师自动反馈，提高了教学效率。
3、通过知识网络地图模块检测薄弱、遗漏的知识点，并将结果列举给课程教师，教学资源支撑模块根据列举的知识点、教师的教学计划、教学知识点雷达图和课程大纲，最后列举相应的推荐教学资源。教师通过筛选可选择性地推荐给学生，推荐的教学资源将会存储到学生的推荐队列，系统自动通知学生和家长。因此，本发明能根据学生具体的学习情况、教学的进度进行教学资源的推荐，因材施教。资源推荐可针对学生组，也可针对学生个体，例如对于成绩优秀的学生，可推荐更宽覆盖面的知识子图或者雷达图的学习资料帮助学生提高成绩。
附图说明
图1为本发明基于知识网络的以用户为中心的教学资源组织与服务系统的系统架构图。
图2为系统中教学资源的存储示意图。
图3为系统中资源、用户与知识网络关系图。
图4为系统中教师推荐资源过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都落入本发明保护的范围之内。
实施例
本实施例所提供的基于知识网络的以用户为中心的教学资源组织与服务系统，如图1所示，所述的教学资源组织与服务系统的架构如下：系统包括从下往上架设的持久化层、服务层和接口层；其中持久化层包括缓存和数据库连接层，通过数据库连接层与数据库连接，通过缓存与服务层连接；服务层包括知识网络地图模块、用户模块和教学资源支撑模块，用户模块分别与知识网络地图模块、教学资源支撑模块连接；接口层包括权限监控过滤器和请求派发器，权限监控模块与服务层连接，请求派发器用于接收用户的请求，并对请求进行派发。
在本实施例中，用户模块用于管理和维护不同用户的个人信息及不同用户间的交互与业务需求关系等。用户模块的管理包括用户信息管理及用户关联关系管理，用户关联关系主要包括家长与学生、教师与学生组(形成班级或者课程)、学生+家长+教师的关系。其中家长与学生关联形成父母与孩子的关系，教师与学生关联形成班级或者课程，关联形成后父母可以直接查看孩子的学习信息，进行教学资源推荐；教师可以查看课程或班级的学生学习情况，并根据教学大纲、教学雷达图进行教学资源的推荐；教师与家长共同支持学生学习。知识网络地图模块用于构建基于知识点的三维网状图形结构，形成知识网络。教学资源支撑模块负责教学资源的存储和管理，支撑教学资源在不同用户角色之间的组织与表达。
当用户请求系统时，系统会先通过请求派发器进行请求的派发，将请求分别派发到服务层对应的模块中去，即派发到知识网络地图模块、用户模块或教学资源支撑模块中。派发到对应的模块之前，将由权限监控过滤器检查用户请求是否具有执行相应操作所需的全部权限，如果缺少所需的权限，请求将被拒绝。每一个派发到服务层中具体模块的请求，在各自的模块内进行处理，即每一个请求在派发到服务层对应的知识网络地图模块、用户模块或教学资源支撑模块后，由相应的模块对所派发的请求进行处理；服务层处理结束后，通过持久化层对数据库进行数据库操作。
在用户模块中，用户角色包括：
(1)系统管理员：负责系统维护、用户管理、资源管理等系统工作。
(2)知识网络管理员：负责知识网络的构建、维护与管理工作，也负责教学资源与知识点、知识子网及知识点簇(统称知识元)的关联映射的审核工作。
(3)资源提供者：为知识网络提供基于知识元的教学资源。资源提供者包括资深教师、专家、教授、专业资源生产者。资源提供者为知识网络提供基于知识元的教学资源，教学资源包括了复合型教学资源和扩展教学资源。资源提供者对于教学资源的理解较为深入和透彻，为知识网络系统提供优质的教学资源。
(4)教师：负责创建课程，根据课程的所有学生或者针对单个学生的学习情况，根据教学大纲、教学雷达图推荐教学资源。教师可建立班级、课程、开课、授课，监督课程或班级学生学习情况、依据其教学大纲及教学雷达图，以班级或者教学组为单位获取、精准推荐教学资源给学生与家长，帮助学生更好地学习。
教师角色包括了义务教育教师、高校教师、高技术人才、知识分子等，通过与系统平台进行合作，教师教学，推荐学生教学资源。
(5)家长：负责监督学生学习，根据学生学习情况推荐教学资源，以及购买教学资源供学生学习。家长可获得自己学生学习情况，监督孩子的学习，获得孩子所在班级、课程或者相关群体的信息，按老师推荐、其孩子的个人学习情况、孩子掌握的知识子集及教学要求雷达图获取或推荐精准教学资源给自己的孩子(学生)；帮助孩子解决学习遇到的困难。
家长角色群体主要为中小学学生家长，当代学生家长工作繁忙，或受教育程度低，无法给予孩子正确的指导。家长对于孩子的学习情况一般通过语言沟通、成绩单、教师进行了解。本发明从家长角度进行出发，为家长提供一个了解孩子学习情况的平台，协助分析孩子的学习成绩、监督孩子的学习计划、支持家长推荐与购买教学资源给学生。
(6)学生：通过知识网络地图模块中自己的学习雷达图获取教学资源进行学习，查漏补缺，提高自己的学习成绩，获取教师或家长推荐的教学资源，学习后将自动反馈学习效果给推荐者。学生可自动获取教师和家长的推荐或者购买的教学资源，系统可在学生学习结束后将学习结果自动反馈给教师与家长。
学生角色群体自学能力各不相同，学习路线的规划能力参差不齐，往往通过题海战术来弥补知识上的不足，效率相对较低，而且缺乏正确的指导。本发明从学生角度进行出发，学生在知识网络学习过程中，教师、家长推荐教学资源，学生学习并进行反馈。
在本实施例中，资源提供者在已构建好的知识网络地图模块中，以知识元为单位，构建教学资源并将资源按照复合型教学资源或扩展教学资源进行归类，提交给知识网络管理员审核后，纳入到系统教学资源中；这些教学资源与其对应的知识元关联存储。教学资源由知识网络管理员利用系统的教学资源支撑模块进行存储与维护。
如图2和图3所示，教学资源组织与服务系统中，资源提供者为知识网络提供教学资源，教学资源以知识元为单位进行存储，知识网络将根据学生学习情况生成推荐的教学资源，经过教师或家长选择，推荐给学生学习。
教学资源主要分为复合型教学资源和扩展教学资源，包含了各种类型的资源，例如视频、音频等。教学资源的存储以知识元为单位进行存储，从而能根据知识点进行教学资源的筛选与推荐。知识元包括单一知识点、知识子网和知识簇。教学资源按照复合型教学资源或扩展教学资源进行归类，提交给知识网络管理员审核后，纳入到系统教学资源中；这些教学资源与其对应的知识元关联存储。教学资源由知识网络管理员利用系统的教学资源支撑模块进行存储与维护。
知识网络是以知识点为基本构成单元，与关联的知识点按前后关系或者父子关系连接起来，形成的三维网络；即知识网络是基于知识点和知识点之间的关系而构建的三维知识地图。一个知识点可以有一个或多个与之关联的知识点，即知识节点之间可以是一对一、一对多、多对一的关系。知识点是学习中传递信息的基本单元，具有独立的逻辑结构，核心内容包括理论、原理、概念、定义、范例和结论等。知识点根据不同的分类机制可分为不同类型的知识点。知识子网是完整知识网络中小范围的互相连接的知识点所构成的知识网络的一个子图。知识子网包含以知识点集为起点或终点所涉及的所有学习路径下其它知识点及这些知识点之间的关系。知识点簇由一系列未能形成直接连通的知识子网的知识点构成，用于支持学习或者资源组织，构成知识点簇的一系列知识点一般没有直接继承或者前后关系。围绕着知识元构建的知识资源称为资源单元；教学资源包括一个或者多个资源单元，服务一个或者多个知识元。
复合型教学资源主要指传统学习资料中的课文、语法、概念、章节，并按照学习大纲、知识点难度构建，包括多个相互关联的知识点的课文、视频、讲义等传统的学习资料，且系统会根据学习资料的以往使用频率、评价、搜索次数，不同学习群体的学习效果等对复合型教学资源进行评分。所述的学习资料包括但不限于资料编号、资料名称、资料简介、标签、重要程度、困难程度、资料类型、关联的知识点、测试题、资料内容、评分、学习建议、备注等。复合型教学资源的搜集围绕教学大纲及权威教科书进行，按照难度、科目以及所包含的知识点之间的关系进行组织排序。
扩展教学资源针对知识元中知识点与知识子网的学习要求，提供更有深度、更有扩展性的知识元讲解，往往只涉及单个知识点或者关系紧密的几个知识点形成的知识子网，这些学习资源与知识点或知识子网之间相互对应。扩展教学资源的类型包括但不限于：视频、音频、电子文档。
知识网络地图模块存储并管理系统上的知识点，构建和维护知识网络地图，并在知识网络中标注知识元；知识网络地图模块用于记录学生的学习情况，包括所学习的知识点、知识点学习耗费的时间以及知识点测试成绩；再结合学习相同知识点的其他学生的学习情况，分析学生的学习能力，并根据学习的知识点情况，分析出漏学、薄弱的知识点。
教学资源支撑模块负责基于知识元的教学资源单元的存储和管理，支撑教学资源在不同用户角色之间的表达。教学资源支撑模块通过大数据技术统计课程所有学生的学习情况，包括学生整体及个体学生的知识雷达图、知识点学习情况、评测结果等，分析出学生总体及个体存在的学习问题，依据知识网络地图模块中知识点的关系，给出学生需要查漏补缺的教学资源列表，教师依据系统推荐的教学资源列表，选择合适的资源推荐给相关学生或学生组。教学资源支撑模块将自动地把老师推荐的教学资源发送到学生的资源推荐队列里，并自动通知相关家长；如果相关的教学资源为免费，资源自动确认，变为学生可用资源；如教学资源为需要购买资源，将由学生或者家长确认购买后成为学生可用资源。系统将为教师自动提供每个学生资源确认及使用情况的反馈。
教师通过知识网络地图模块和教学资源支撑模块，结合知识网络地图模块所记录的学生学习情况以及教学大纲，推荐教学资源给学生。教师可以查看课程中所有学生的学习数据，结合大数据技术和知识网络地图模块，分析出所有学生普遍存在的问题，例如薄弱的知识点或漏学的知识点，然后根据教学大纲、教学计划及教学雷达图等数据，通过教学资源支撑模块精准获取基于知识元的教学资源，按需推荐给课程或班级的所有学生或个别学生；学生及其家长将收到教师推荐的教学资源。
具体来说，教师获取推荐教学资源的过程中，教学资源支撑模块将根据以下几个方面推荐教学资源：
(1)按照教学进度：列举课程所有学生或学生组薄弱的知识点，再根据教师的教学计划和教学雷达图，优化选择教学资源；当教学进度缓慢，则优先推荐下一阶段学习的基础知识点，推荐与这部分知识点关联性高的教学资源；如果教学进度较快，则优先推荐薄弱知识点相关的教学资源，巩固学生的基础知识。
(2)按照学生学习雷达图：教师能够获取课程中所有学生的学习雷达图，比较雷达图中知识点的覆盖程度，对于在教学计划中而覆盖较少的知识点，强化相关知识点学习，推荐配套教学资源。
(3)按照知识点掌握程度：对于要求重点掌握的知识点，读取学生学习雷达图的数据，分析学生总体的掌握程度，掌握程度较低则给出对应的教学资源进行巩固。如果掌握程度较高，根据教学进度调整，可推荐下一步学习的知识点或继续增强这部分知识点。对于仅小部分学生尚未掌握的学生组，可针对这部分学生个性化推荐基础教学资源。
家长与学生进行关联后，通过知识网络地图模块和教学资源支撑模块，结合学生的学习情况，给学生推荐教学资源。具体来说，家长可通过系统自动获取其关联学生的学习情况，通过知识网络地图模块精准定位其关联孩子的知识雷达图中知识点的掌握情况，获得系统推荐教学资源列表。学生及其家长可按其设置的购买权限，依据系统精准推荐、教师推荐或者主动选择购买基于知识元的教学资源并自动确认给该学生使用；学生使用推荐资源后，教学资源支撑模块将记录学生学习的进度、学习时长、资源的评测结果等，并将具体的记录信息反馈给系统、资源推荐者、家长及教师。
本发明中，家长通过注册、登录使用系统，在系统上与其孩子(即学生)进行关联，家长能够获取所关联学生的学习情况，包括学习计划、考试成绩、相关的数据分析结果，家长通过系统可监督学生学习，了解孩子学习的情况，并通过知识网络地图模块和教学资源支撑模块，结合学生的学习情况推荐适合的教学资源给学生学习。在本实施例中，家长可与学生及教师建立关联关系，从而让家长角色一同辅助学生学习，家长可通过知识网络地图模块查看其关联孩子的学习情况，查看学生的学习雷达图和学习数据信息，根据学生的学习进度、薄弱知识点推荐适合的教学资源，如果有付费的优质资源，家长也可进行购买，购买的教学资源将自动进入学生的推荐队列中。
学生登录帐号，如果收到推荐的教学资源，将收到相关的消息通知，如果是免费的教学资源则自动确认接收，如果是收费的教学资源，则由学生确定是否购买。学生可将推荐的教学资源加入自己的个人学习计划，学习过程中，系统记录学生的学习情况等数据，并将对应的结果反馈给资源推荐者，例如学生教学资源的时间、是否完成资源的学习内容、教学资源的测试成绩。资源推荐者可收到这部分反馈信息，并作出相应的调整，整个流程循环进行，更好地协助了学生学习。
本发明中，学生通过注册、登录使用系统，在系统上选择课程进行学习，课程包括了该门课程所有的知识点，知识点又包含了知识点内容、学习资料、测试题目，知识点通过知识网络地图的形式展示出来，清晰地了解知识点的学习前后关系。学生通过知识点的内容，结合相关资源进行学习，学习结束可做相关知识点的测试题目，巩固知识点的掌握；课程还包括了课程推荐学习计划，为学生提供课程学习进度参考，提高学生学习效率、时间利用率。
如上所述，便可较好地实现本发明。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。