一种结合本体论与聚类分析技术的导学方法及学习系统与流程

本发明涉及一种应用于远程教育系统的课程导学方法，以及基于该方法所建立的系统，更具体的说是涉及一种采用本体论创建课程结构、利用聚类分析技术构建P2P动态社区进行交互的课程导学方法和基于该方法的系统。

背景技术：

随着计算机技术、通讯技术的不断发展和广泛应用，远程教育突破了传统教学的物理限制，为更多的人提供了丰富的学习资源和便捷的学习环境。然而，目前多数远程教育系统存在用户孤独感强烈、学习控制功能不全、学习无序等问题，进而导致大量水平不一的学员学习兴趣、学习质量和效率的下降，如何对系统中的学员进行有效的、针对性的学习引导成了远程教育中亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结合本体论与聚类分析技术的课程导学方法以及基于该方法的系统，以解决用户孤独感、学习控制能力不全、学习无序等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种结合本体论与聚类分析技术的导学方法，包括：

步骤一，课程构建：以本体论、CELTS标准为参考，构建课程资源；

步骤二，用户信息采集：收集用户的基本信息、学习信息和交互行为信息；

步骤三，用户信息分析：运用聚类分析技术对步骤二中收集的用户的基本信息、学习信息和交互行为信息进行清理、筛选、分析，建立用户档案及学习初始社区；

步骤四，用户聚类与社区构建：根据步骤二中建立的用户档案将具有相同待征的用户聚集在一起，构建出用于用户间的交流与推荐的用户社区，并且让用户对社区资源进行评价，生成用户反馈值；而后利用用户间的交互信息、资源使用情况、用户反馈值、用户学习实况对社区进行动态调整，构建更精确的聚类用户社区；

步骤五，学习计划制定：根据步骤一中构建的课程资源、步骤三中建立的用户档案为用户定制个性化的学习计划；

步骤六，用户状态与学习计划更新：根据用户不断变化的行为和不断变化的档案数据，返回步骤四更新用户状态和用户间的关系并重构学习计划，直至用户完成课程学习；

步骤七，课程评价与资源档案更新：在用户完成课程学习时，生成学员课程评价信息与进一步学习的建议，并更新步骤一所构建的课程资源及课程资源间的关系。

作为本发明的进一步改进，上述步骤一中的课程资源构建是将课程内容划分为不同的原子知识点，再为原子知识点建立复合汇总知识点和上下文关系，并将课程学习资源下挂在原子知识点下。

作为本发明的进一步改进，所述上下文关系包括包含关系、预备知识关系，所述包含关系和预备知识关系之间具有传递性。

作为本发明的进一步改进，上述步骤四中的学习计划的内容为学习时间和课程资源的编排以及学习对象的推荐。

作为本发明的进一步改进，所述步骤四中的用户社区是将具有相似兴趣、相似行为的用户通过聚类分析技术进行分类，用户在用户社区中进行交流、学习与课程资源推荐。

作为本发明的进一步改进，所述步骤四中的用户社区动态调整是根据用户对用户社区的反馈值与预设的用户社区的预期值进行比较，根据比较结果进行调整。

作为本发明的进一步改进，所述步骤四中的用户反馈值与预设的用户社区的预期值的比较的公式为

其中，Score表示用户对用户社区的反馈值，ExpectedScore表示用户社区的预期值，当为正响应；若则为零响应；否则为负响应。

作为本发明的进一步改进，上述步骤五中的学习计划的内容为知识点的推荐以及课程资源和学习时长的编排。

本发明提供的一种应用上述方法的系统，包括：

用户终端：用于用户学习、交流的端口；

管理员终端：用于管理员维护系统的端口；

课程本体构建模块，耦接于管理员终端，用于构建课程资源，并且不断更新课程资源；

用户数据采集模块：耦接于用户终端和课程本体构建模块，用于收集用户的基本信息、学习信息和交互行为信息；

用户聚类分析模块：耦接于用户数据采集模块，运用聚类分析技术对收集的用户的基本信息、学习信息和交互行为信息进行清理、筛选、分析，建立用户档案，构建用户社区；

P2P社区自组织模块：耦接于用户聚类分析模块、用户数据采集模块和课程本体构建模块，基于用户社区，组织各个用户社区相互交流学习，并根据用户实时反馈数据，动态构建社区；

学习计划生成模块：耦接于课程本体构建模块、P2P社区自组织模块，用于定制用户个性化学习计划，并不断更新学习计划。

作为本发明的进一步改进，社区管理模块，用于管理社区内用户间的交互行为；

用户交流模块，用于用户间相互交流；

资源推荐模块，用于用户间资源推荐；

学习与评测模块，用于在社区内学习并评测结果；

社区调整模块，用于调整用户社区的成员结构；

所述社区管理模块、用户交流模块、资源推荐模块、学习与评测模块和社区调整模块相互并联。

本发明的有益效果，建立用户社区，将离散的学员根据相同的特征、相似的行为组织在一起进行学习与交流，解决了普遍存在的学习“孤独感”。使用聚类分析技术，为用户特征采集和划分提供了新的方式，该算法复杂度低。包括P2P社区自组织模块，为用户提供了资源共享与评价接口，动态更新并丰富了网络教学资源。提供个性化课程学习计划，根据用户不断变化的数据，推荐用户目标学习知识点、目标学习对象及学习时长，提高了学员的学习质量和学习效率。

附图说明

图1为一种结合本体论与聚类分析技术的导学方法的流程图；

图2为系统的功能模块结构图。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

参照图1所示，本实施例的一种结合本体论与聚类分析技术的导学方法，包括

步骤一，课程构建：以本体论、CELTS标准为参考，构建课程资源；

具体的：以本体论为指导分析课程内容，将课程内容划分成原子知识点。再根据不同原子知识点在学习过程中的不同作用，为原子知识点建立相互关系。原子知识点间的关系包括包含关系和预备知识关系，其中b包含a用关系式a＜p，b＞p表示，a和b之间的关系权值则表示a和b之间的隶属度；预备知识关系则为掌握c之前必须先掌握d，而c与d之间的关系权值则表示c相对与掌握d的贡献程度。这样划分原子知识点之间的关系，便于理清原子知识点之间的相互关系，方便后期学习计划定制。包含关系传递性表现为a＜p，p＜x，x＜b，即不同知识点间具有隐式的包含关系。复合知识点是把相同领域的原子知识点加以融合，起导航作用，为课程内容建立索引，方便用户了解、学习相关领域的课程知识。

步骤二，用户信息采集：收集用户的基本信息、学习信息和交互行为信息；

具体的：用户在用户终端登录需要注册账号并填写相关的基本信息，基本信息包括年龄、学历、学习课程和学习时间段等，用户数据收集模块通过用户终端收集这些信息；并且持续收集用户在学习系统的各模块中产生的学习信息和交互行为信息。

步骤三，用户信息分析：运用聚类分析技术对步骤二中收集的用户的基本信息、学习信息和交互行为信息进行清理、筛选、分析，建立用户档案及学习初始社区；

具体的：基于不同维度对用户的基本信息、学习信息和交互行为信息，进行归类划分，归类原则是根据用户间的相似性，为相互间相似性最高的用户群体标记若干个特征，建立用户档案及学习初始社区。

步骤四，用户聚类与社区构建：根据步骤二中建立的用户档案将具有相同待征的用户聚集在一起，构建出用于用户间的交流与推荐的用户社区，并且让用户对社区资源进行评价，生成用户反馈值；而后利用用户间的交互信息、资源使用情况、用户反馈值、用户学习实况对社区进行动态调整，构建更精确的聚类用户社区；帮助用户更好的学习与交流，减少学习过程中的“孤独感”，提高用户学习兴趣，使用户更好更快的掌握相关知识。

具体的：用户社区的动态调整主要是根据用户对用户社区的评价进行调整。先定义一个阈值，再用用户的反馈值与阈值作比较，判断社区的响应方向。当为正响应是说明社区适合用户；当为负响应时说明社区不适合用户需要进行调整。其关系式为：

其中，Score表示用户对该项目的反馈值，ExpectedScore表示系统预期值，当则为正响应；若则为零响应；否则为负响应。这种调整方法简单易行，使用户获得更好的使用体验。

步骤五，学习计划制定：根据步骤一中构建的课程资源、步骤三中建立的用户档案为用户定制个性化的学习计划；

具体的：学习计划生成是基于用户档案寻找目标原子知识点，再根据已完成相关原子知识点用户的学习过程，编排学习时长和学习的课程资源，并为用户推荐相关知识的高分用户为学习对象。为用户定制个性化的学习计划，保证计划的可行性，引导用户依据计划学习，提高用户的学习效率。

步骤六，用户状态与学习计划更新：根据用户不断变化的行为和不断变化的档案数据，返回步骤四更新用户状态和用户间的关系并重构学习计划，直至用户完成课程学习；通过不断的调整，提供更合适用户的个性化学习计划，引导用户学习，使用户能根据计划持续地学习，最终掌握相关知识。

步骤七，课程评价与资源档案更新：在用户完成课程学习时，生成学员课程评价信息与进一步学习的建议，并更新资源库及资源间的关系。不断完善课程体系，使知识点间的关系更加明确，帮助更多的用户更好地学习相应的知识。

如图2所示本实施例的一种应用上述方法的系统：

包括

用户终端：用于用户学习、交流的端口；

管理员终端：用于管理员维护系统的端口；

课程本体构建模块301，耦接于管理员终端，用于建立知识点结构、创建和管理课程资源；

用户数据采集模块302：耦接于用户终端和课程本体构建模块，用于收集用户的基本信息、学习信息和交互行为信息；

用户聚类分析模块303：耦接于用户数据采集模块，运用聚类分析技术对收集的用户的基本信息、学习信息和交互行为信息进行清理、筛选、分析，建立用户档案，构建用户初始聚类；

P2P社区自组织模块304：耦接于用户聚类分析模块、用户数据采集模块和课程本体构建模块，基于用户社区组织各个用户社区相互交流学习，并根据用户交流与学习行为、用户实时反馈数据，动态构建、调整社区；

学习计划生成模块305：耦接于课程本体构建模块、P2P社区自组织模块，用于定制用户个性化学习计划，并不断更新学习计划。

模块化设计系统，降低程序复杂程度，使程序设计、调试和维护等操作简单化。用户通过服务终端登陆学习系统，录入用户基本信息，并完成课程的初步测评，用户终端包括手机端口和PC端口。用户在用户终端上进行学习、交互、测评和P2P交流活动。用户终端的信息通过互联网发送到用户数据收集模块302。用户数据收集模块302收集的用户初始信息。用户聚类分析模块303运用聚类分析技术对信息进行分析，建立用户档案，并将具有相似特征的用户聚集，建立用户社区，学习计划生成模块305结合用户档案和历史数据，生成个性化的学习计划，引导用户的学习行为。P2P社区自组织模块304根据用户在社区内的交流学习情况和反馈信息动态构建社区。

作为改进的一种具体实施方式，所述P2P社区自组织模块304包括

社区管理模块，用于管理社区内用户间的交互行为；

用户交流模块，用于用户间相互交流；

资源推荐模块，用于用户间资源推荐；

学习与评测模块，用于在社区内学习并评测结果；

社区调整模块，用于调整用户社区的成员结构；

所述社区管理模块、用户交流模块、资源推荐模块、学习与评测模块和社区调整模块相互并联。通过各个模块的协作运行，使P2P社区自组织模块304的运行更加流畅，使用户获得更好的交互体验。

综上所述，本发明提供了一种既高效完成课程学习又可以提升用户体验的导学方法，并为用户提供了交流渠道，适用于各类课程的远程教育。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。